Optimisation du microclimat des potées fleuries
produites en serre dans une optique d’économie
d’énergie
Mémoire
Taoufik Essekkouri
Maîtrise en biologie végétale
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
Résumé
Le développement de l’horticulture ornementale sous serre en climat nordique, est confronté à l’uniformisation de la qualité des plants produits et à une consommation élevée d’énergie pour le chauffage. L’étude porte sur trois potées fleuries produites sous serre au Québec, les poinsettias, les hydrangées et les pétunias. L’objectif du projet est la réduction de la consommation de gaz de chauffage des serres, en injectant du CO2 combiné à un différentiel de température jour-nuit positif (DIF+). Un DIF+ combiné à l’enrichissement carboné entre 900 et 950 ppm, est appliqué dans deux serres. Deux autres serres ont servi de témoin, où seul un DIF+ similaire à la production conventionnelle est appliqué. Les plants produits sous les deux régies climatiques, ont atteint les standards de commercialisation. Chez les poinsettias, la réduction de la consommation d’énergie a varié entre 15,8% et 21% et chez les hydrangées, cette réduction a varié de 4% à 5,2%.
Table des matières
Résumé... iii
Liste des tableaux ... vii
Liste des figures ... ix
Liste des annexes ... xi
Liste des abréviations... xiii
Remerciements ... xv
Introduction ... 1
1 Revue de littérature ... 3
1.1 L’industrie horticole ornementale au Canada ... 3
1.2 Production de plantes fleuries en pots et consommation d’énergie pour le chauffage des serres ... 4
1.2.1 Utilisation d’écrans thermiques ... 4
1.2.2 Régulation du microclimat des serres ... 4
2 Problématique ... 17
3 Hypothèses de recherche ... 19
4 Les objectifs du projet ... 19
5 Matériel et méthodes ... 20
5.1 Description des serres ... 20
5.2 Matériel végétal ... 21
5.3 Régie de culture ... 23
5.3.1 Essai des poinsettias ... 23
5.3.2 Essai des hydrangées ... 24
5.3.3 Essai des pétunias ... 24
5.4 Protocole expérimental ... 25
5.4.1 Facteurs et traitements étudiés ... 25
5.4.2 Dispositif expérimental ... 25
5.5 Calcul de l’énergie pour le chauffage des serres ... 28
5.5.1 Bilan énergétique d’une serre ... 28
5.5.2 Méthode de calcul ... 29
6 Résultats et discussion... 33
6.1.1 Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur la croissance
des poinsettias ... 33
6.1.2 Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur le développement des poinsettias ... 37
6.2 Essai sur les hydrangées ... 39
6.2.1 Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur la croissance des hydrangées ... 39
6.2.2 Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur le développement des hydrangées ... 46
6.3 Essai sur les pétunias ... 48
6.3.1 Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur la croissance des pétunias ... 48
6.3.2 Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur le développement des pétunias ... 51
6.4 Consommation d’énergie de chauffage ... 54
Conclusion ... 59
Liste bibliographique ... 61
Liste des tableaux
Tableau 1. Effet de la différence de température diurne et nocturne (DIF) sur la
morphogenèse de certaines plantes ... 6 Tableau 2. Effet de la différence de température diurne et nocturne négative
(DIF -) sur la croissance et le développement de cultivars
d'Euphorbia pulcherrima Willd ex.Klotzsch (Poinsettia) ... 7 Tableau 3. Effet de la différence de température diurne et nocturne négative
(DIF -) sur la croissance et le développement de cultivars d'autres
espèces ornementales ... 10 Tableau 4. Effet de la différence de température diurne et nocturne positive
(DIF +) sur la croissance et le développement de cultivars
d'Euphorbia pulcherrima Willd ex.Klotzsch (Poinsettia) ... 12
Tableau 5. Effet de la différence de température diurne et nocturne positive (DIF +) sur la croissance et le développement de cultivars d'autres
espèces ornementales ... 15 Tableau 6. Effet de l’enrichissement carboné (1000 - 1500 ppm) sur la
croissance et le développement de quelques plantes ornementales ... 16 Tableau 7. Programme des essais ... 23 Tableau 8. Traitements et variables mesurées pour les cultures de poinsettias,
hydrangées et pétunias... 27 Tableau 9. Données sur les serres de l'Université Laval ... 29 Tableau 10. Coefficient global de transfert de chaleur (U), de matériaux de
serres ... 30 Tableau 11. Taux d'infiltration estimé dans les serres par type de construction ... 31 Tableau 12. Coefficients de l'équation de pression de vapeur saturée ... 32 Tableau 13. Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur la
croissance des poinsettias ... 34 Tableau 14. Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur le
développement des poinsettias ... 39 Tableau 15. Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur la
croissance des hydrangées ... 40 Tableau 16. Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur le
développement des hydrangées ... 46 Tableau 17. Effet de l’enrichissement carboné de la température et de la
dimension du pot sur la croissance des pétunias ... 48 Tableau 18. Effet de l’enrichissement carboné, de la température et de la
dimension du pot sur le développement des pétunias ... 53 Tableau 19. Consommation et économie d'énergie pour le chauffage des
Liste des figures
Figure 1. Bilan thermique de la serre (Selon Villeneuve et coll., 2005) ... 28 Figure 2. Croissance en hauteur du ʽChristmas Eveʼ sous DIF+1°C sans CO2 et
sous DIF+7°C avec CO2, comparée aux croissances en hauteur
maximale et minimale exigées pour la vente commerciale ... 35 Figure 3. Évolution de l'indice de croissance de ʽPremium Redʼ et de
ʽChristmas Eveʼ sous DIF+1°C sans CO2 et sous DIF+7°C avec CO2 .. 35
Figure 4. Nombre de cyathia de ʽPremium Redʼ et de ʽChristmas Eveʼ sous
DIF+3°C sans CO2 et sous DIF+5°C avec CO2 ... 38
Figure 5. Croissance des hydrangées roses et bleues en hauteur sous
DIF+1°C sans CO2 et sous DIF+5°C avec CO2 ... 41
Figure 6. Diamètre moyen des inflorescences des hydrangées roses et bleues sous DIF+1°C sans CO2 et sous DIF+5°C avec CO2... 42
Figure 7. Biomasse aérienne sèche des hydrangées roses et bleues sous
DIF+1°C sans CO2 et sous DIF+5°C avec CO2 ... 44
Figure 8. Biomasse aérienne fraîche des hydrangées roses et bleues sous
DIF+1°C sans CO2 et sous DIF+5°C avec CO2 ... 45
Figure 9. Évolution de l'indice de croissance des pétunias sous DIF+3°C sans CO2 et sous DIF+5°C avec CO2 dans des pots de 10,2 cm et de 12,7
cm de diamètre ... 50 Figure 10. Biomasse aérienne sèche et fraîche des pétunias produits dans des
pots de 10,2 cm et de 12,7 cm de diamètre ... 51 Figure 11. Nombre de fleurs par pétunia soumis à DIF+3°C sans CO2 et à
DIF+5°C avec CO2 dans des pots de 10,2 cm et de 12,7 cm de
diamètre ... 54 Figure 12. Consommation en gaz pour le chauffage des poinsettias et des
Liste des annexes
Annexe 1. Plan d'expérience des essais sur les poinsettias, les hydrangées et
les pétunias ... 67
Annexe 2. Tableau d'ANOVA pour l’essai sur les poinsettias ... 67
Annexe 3. Tableau d'ANOVA pour l'essai sur les hydrangées ... 68
Liste des abréviations
DIF : Différentiel de température jour-nuit exprimé en °C (différence entre la température diurne et la température nocturne).
DIF - : Différentiel de température jour-nuit négatif (température de jour < température de nuit).
DIF + : Différentiel de température jour-nuit positif (température de jour >
température de nuit).
Remerciements
Mes vifs remerciements s’adressent à mon directeur de recherche, le Dr. Damien de Halleux, pour son encadrement, son soutien et son encouragement. Étant toujours disponible et prêt à m’orienter dans mon travail de recherche, son aide a été inestimable.
Je tiens également à remercier mon co-directeur, le Dr. André Gosselin, pour ses précieux conseils et sa confiance, ainsi qu’au Dre. Blanche Dansereau pour son expertise en horticulture ornementale, qui a enrichi mes connaissances.
Je remercie particulièrement Joey Villeneuve, Ing. qui a été partie prenante de ce travail de recherche et m’a soutenu intensivement tout le long du projet. Mes remerciements s’adressent également à sa conjointe, Marise Vallières, Ing. pour son intérêt qu’elle a porté au projet.
Sans le soutien technique du personnel des pavillons de l’Envirotron et Gene-H.-Kruger, mon projet de recherche ne serait pas mené à terme. Ainsi, je remercie sincèrement Dre. Carole Martinez, Nicolas Pelletier, Ing., François Larochelle, Ing. ainsi que Rachel Daigle et Marie-André Paré.
Aussi, je remercie la compagnie Les Serres Sylvain Cléroux Inc., partenaire du projet et en particulier son président, M. Sylvain Cléroux. En plus, j’exprime toute ma gratitude à son personnel technique, notamment Guy Fortier, Agr. et Martin Venne, Agr., pour leurs conseils et leurs soutiens.
Finalement, je suis très reconnaissant envers Le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT) pour avoir financé mes études de deuxième cycle, sous forme de bourse en milieu pratique (BMP).
Introduction
La floriculture, principal secteur de l’horticulture ornementale au Canada, a contribué en 2011, à hauteur de 63% du total des recettes monétaires agricoles de plantes ornementales (AAC, 2012). Au Québec, la tendance est la même, en 2011 elle représentait 57,5% de la recette totale en provenance du marché du secteur de l’horticulture ornementale (MAPAQ, 2012).
L’un des soucis majeurs de la production ornementale est l’uniformisation de la qualité des plants produits, telles que la morphologie et l’architecture (Berghage, 1998). En effet, la cédule de production est précise et fait appel à la maitrise de tous les facteurs environnementaux, en particulier ceux du microclimat des serres. En outre, dans un climat nordique, l’énergie pour le chauffage des serres est une contrainte de taille. La facture qui y est associée est de plus en plus lourde, compte tenu de la hausse constante des prix des produits énergétiques. Aux États-Unis, l’énergie pour le chauffage représente 75% de la consommation annuelle d’énergie d’une serre classique (Newman, 2011). En Ontario, le coût de chauffage des serres est de 20 à 35% des coûts totaux de production, selon le type de culture (Brown, 2011). Au Québec, les coûts de l’énergie en serriculture représentent de 15 à 30% des coûts totaux (SPSQ, 2007).
La réduction de la consommation de gaz de chauffage des serres et en conséquence, de l’émission du CO2 par l’industrie serricole ornementale, peut se faire en réduisant les températures dans les serres (Benninga et coll., 2005). En plus, la température est un outil simple et un excellent moyen pour contrôler le microclimat d’une serre (Berghage, 1998).
Par ailleurs, le contrôle de la hauteur de certaines potées fleuries, comme les poinsettias, est un problème majeur qui est édicté par les exigences commerciales de vente. Les régulateurs de croissance sont un moyen de ce contrôle, mais dans un souci de préservation de l’environnement, une alternative doit être trouvée. La température se place ainsi comme un bon outil de contrôle de la taille des plantes ornementales (Berghage et Heins, 1991).
La température est l’un des facteurs climatiques les plus importants dans la culture ornementale sous serre, car elle affecte non seulement les taux de croissance des plantes, la qualité et le temps de cycle de production, mais aussi les coûts de chauffage (Hao et coll., 2011).
1 Revue de littérature
1.1 L’industrie horticole ornementale au Canada
L'horticulture ornementale a une importante incidence économique au Canada, en plus d'offrir un fort potentiel de développement et d’expansion (ACHO, 2009). Elle détient une part importante du segment de l’horticulture, soit 31% des 6,3 milliards de dollars de recettes monétaires qu’a généré le secteur horticole en 2011 (AAC, 2012). Au Québec, elle a généré près de 26% des recettes monétaires provenant de l’industrie horticole en 2011 (MAPAQ, 2012).
Par ailleurs, les fleurs et plantes en pots occupaient le premier rang avec des ventes de 669 millions de dollars, représentant ainsi près de 59% des ventes des produits serricoles en 2011. Avec 38% d’unités produites, le poinsettia est la principale potée fleurie d’intérieur. Cependant, les recettes en provenance du marché des potées fleuries produites sous serre, ont diminué de 4,5% et de 17,6% entre 2010 et 2011, au Canada et au Québec respectivement. Le nombre d’unités produites a chuté également de 11,8% au Canada et de 28,7% au Québec (Statistique Canada, 2012). Alors qu’au cours des 10 dernières années, le prix du gaz naturel, principale source d’énergie pour le chauffage des serres, ne cessait d’augmenter (Newman, 2011), les recettes de l’horticulture ornementale sous serre, demeurent relativement stables. Dans un climat nordique, l’horticulture ornementale sous serre, consomme plus d’énergie pour le chauffage que sous d’autres climats. En hiver, cette consommation explose. En effet, en Ontario, 58% du total des frais de chauffage des serres, est consommé entre décembre et février (Brown, 2011). Même constat au Québec où une simulation de la consommation d’énergie pour le chauffage des serres, a révélé que 57% de cette énergie est consommée durant la même période (Halleux et Gauthier, 1998).
1.2 Production de plantes fleuries en pots et consommation
d’énergie pour le chauffage des serres
1.2.1 Utilisation d’écrans thermiques
L’augmentation des coûts énergétiques, amènent les producteurs serricoles à utiliser des technologies simples afin de réduire la consommation d’énergie pour le chauffage, tout en ne compromettant pas la qualité des plants produits. À cet effet, les d’écrans thermiques permettent de réduire le volume d’air à chauffer, fournissent une isolation qui empêche la perte de chaleur par rayonnement externe au cours de la nuit (Frangi et coll., 2011) et procurent de l’ombrage en période estivale (Villeneuve, 2010).
Une étude a été faite en Italie, pour comparer l’effet de deux types d’écrans thermiques sur l’économie d’énergie pour le chauffage de cultivars de deux potées fleuries, le poinsettia et l’impatiens de Nouvelle Guinée. Elle a révélé que l’écran thermique de type Svensson XLS17F/ILS70, a permis d’économiser l’énergie de chauffage par rapport au type Aluminet 70I/70IC, de 17% et 18%, respectivement avec les poinsettias et les impatiens de Nouvelle Guinée (Frangi et coll., 2011). En outre, les paramètres de croissance mesurés pour les cultivars des deux potées fleuries ne différent pas entre les deux types d’écran thermique, sauf pour le cultivar Par Moorea (Impatiens de Nouvelle Guinée), dont la hauteur et le diamètre ont augmenté de 27% et de 29,6% respectivement avec le type Svensson (Frangi et coll., 2011). Par ailleurs, dans la côte est de la Grèce, l’écran thermique en aluminium de type ULS-17, a permis de sauver jusqu’à 15% d’énergie pour le chauffage des serres en verre par rapport au témoin sans écran thermique, pour le cultivar First Red de rose (Kittas et coll., 2003). L’utilisation d’écrans thermiques comme matériaux isolants, permet d’économiser l’énergie pour le chauffage des plantes ornementales sous serre, surtout en hiver.
1.2.2 Régulation du microclimat des serres
Les facteurs qui influencent le microclimat d’une serre sont : la température, l’humidité, la ventilation, l’enrichissement carboné et les matériaux de recouvrement
(Villagràn et coll., 2012; Mashonjowa et Milford, 2007; Teitel, 2007; YaHong et coll., 2006; Kittas et coll., 1997). Dans un but d’économie d’énergie de chauffage et de production de plantes ornementales aux exigences de vente satisfaisantes, la température est fréquemment étudiée (Camberato et coll., 2012; Dunn et coll., 2011; Nordli et coll., 2011; IQDHO, 2010; Lopez et Krug, 2009; Benninga et coll., 2005; Berghage, 1998; Erwin et Heins, 1995; Jensen, 1995; Myster et Moe, 1995; Moe et coll., 1992). Quant au CO2 seul et combiné à la température, ils sont étudiés dans un but d’amélioration des paramètres de croissance et de développement des potées fleuries (Mortensen et Moe, 1992; Mortensen, 1987; Mortensen, 1985). Par contre, on a étudié rarement le CO2 combiné à la température dans un but d’économie d’énergie de chauffage.
1.2.2.1 Intégration de la température
L’un des facteurs les plus importants qui régule le microclimat d’une serre, est la température. Elle influence le taux de développement et la morphologie de la plante (Berghage, 1998). Ainsi, les variations de température diurne et nocturne, jouent un rôle dans la croissance et le développement de plusieurs espèces ornementales (Shvarts et coll., 1997). L’étude de l’effet de ces variations de température sur la morphologie des plantes est appelé thermo-morphogenèse (Myster et Moe, 1995; Erwin et Heins, 1995). La thermo-périodicité désigne la description de la réponse de la croissance des plantes aux fluctuations de température diurne et nocturne (Sysoyeva et coll., 2001; Myster et Moe, 1995). La différence ou l’écart entre la température diurne et nocturne, désigné par le terme DIF, a été longuement étudiée et rapportée qu’il affecte la croissance et le développement de plusieurs espèces ornementales (Berghage, 1998; Moe et coll., 1995; Cockshull et coll., 1995; Erwin et Heins, 1995; Myster et Moe, 1995). En outre, le DIF est une option qui ouvre de bonnes perspectives d’économie d’énergie de chauffage chez les poinsettias (Camberato et coll., 2012). Le tableau 1 résume l’intensité de l’effet de DIF sur la morphogenèse de certaines plantes ornementales.
Tableau 1. Effet de la différence de température diurne et nocturne (DIF) sur la morphogenèse de certaines plantes
Adapté de (Myster et Moe, 1995)
Grand ou moyen
effet Petit ou effet nul
Plantes de jour court
Begonia X hiemalis Fortsch X
Chrysanthemum L. sp. X
Euphorbia pulcherrima Willd. ex Klotzseh X
Kalanchoe blossfeldiana v. Poelln. X
Plantes de jour long
Campanula isophylla Moretti X
Dianthus L. sp. X
Plantes de jour neutre
lmpatiens walleriana Hook. f. X
Lilium longiflorum Thunb. X
Petunia X hybrida Hort Vilm. - Andr. X
Rosa L. X
1.2.2.1.1 Différentiel de température diurne et nocturne négatif (DIF -)
Le contrôle de la hauteur de certaines potées fleuries comme les poinsettias, est un problème majeur en production commerciale. Les régulateurs de croissance sont un outil de contrôle de la taille des plantes, mais dans un souci de préservation de l’environnement, d’autres alternatives doivent être trouvées (Berghage et Heins, 1991). En effet, certains régulateurs de croissance, comme le Daminozide et le Paclobutrazol, ont été retirés du marché dans certains pays (Myster et Moe, 1995), hormis l’Amérique du Nord où leur utilisation est permise. Un DIF négatif est une alternative qui permet de réduire l’élongation de la tige et des pousses latérales (Berghage, 1998; Cockshull et coll., 1995; Moe et coll., 1995; Myster et Moe, 1995; Mortensen et Moe, 1992; Berghage et Heins, 1991).
Les poinsettias répondent très bien à un traitement de chute de température diurne par rapport à la température nocturne (Tableau 2). La longueur des entrenœuds est réduite sous DIF négatif et par conséquent la hauteur du plant diminue. Cependant, des différences sont observées entre cultivars. En effet, le nombre de pousses latérales
chez les cultivars Diva et Lilo a diminué de 13,3% et augmenté de 2,9% respectivement sous DIF -5,5°C vs DIF +5,5°C (McAvoy, 1992). Sous un grand écart de température diurne et nocturne de -12°C, la floraison est retardée chez le cultivar Steffi (Cokshull et coll., 1995).
Tableau 2. Effet de la différence de température diurne et nocturne négative (DIF -) sur la croissance et le développement de cultivars d'Euphorbia pulcherrima Willd
ex.Klotzsch (Poinsettia)
Cultivar Températures TD/TN*, DIF* Effets sur la croissance et le développement Références
ʽStarlightʼ 17/22 , 15/20 DIF -5°C
Réduction de la hauteur de 25% vs DIF(+0) ou DIF(+7).
Pétioles des feuilles courts. Pas d’abscission des bractées.
Moe et coll., 1992
ʽLiloʼ Nécrose des bractées.
ʽLiloʼ
15,5/21 DIF -5,5°C
Diminution de la hauteur de 10,4% vs DIF(+5,5).
Écart faible entre température racinaire et aérienne vs DIF(+5,5). Augmentation du nombre de pousses
latérales de 2,9% vs DIF(+5,5). McAvoy, 1992
ʽDivaʼ
Diminution de la hauteur de 10,4% vs DIF(+5,5).
Écart faible entre température racinaire et aérienne vs DIF(+5,5). Diminution du nombre de pousses latérales de 13,3% vs DIF(+5,5%). ʽAnnette Hegg Dark Redʼ 36 combinaisons de températures (14, 17, 20, 23, 26 et 29°C) -15°C < DIF < +15°C
Corrélation positive entre DIF et la longueur internodale.
Plus le DIF diminue, plus la longueur des entrenœuds diminue.
Berghage et Heins, 1991 ʽLiloʼ et ʽStarlightʼ 13/19 DIF -6°C
Longueur internodale réduite. Effet comparable à un retardateur de
croissance. Moe et coll., 1995 ʽSteffiʼ 16/20, DIF -4°C 12/24, DIF -12°C
DIF(-4) diminue la longueur des pousses vs DIF(0).
DIF(-4) raccourci la durée
d’initialisation florale vs DIF(0) et DIF(+4), de 3 et 9,4 jours
respectivement.
Au DIF(-12), la floraison est retardée.
Cokshull et coll., 1995
Chez les pétunias (Tableau 3), la longueur des entrenœuds et des pousses latérales diminuent sous DIF négatif (Bachman et McMahon, 2006; Patil et coll., 2001; Kubota et coll., 2000). La teneur en chlorophylle (a) diminue de 20,5% sous DIF-6°C vs DIF+6°C chez le cultivar Celebrity White (Bachman et McMahon, 2006) et la durée d’initiation florale est plus longue sous DIF-8°C vs DIF+8°C (Patil et coll., 2001). Par contre chez les chrysanthèmes, la réponse des cultivars est minime sous DIF négatif.
Par ailleurs, la température moyenne journalière est un facteur très important à prendre en considération dans une production commerciale de poinsettias. La température moyenne optimale est de 20°C, plus on s’éloigne de cette température, plus l’initiation florale est retardée et la plante donne plus de feuilles et d’entrenœuds (Jensen, 1995). En outre, une température nocturne de 22°C sous DIF négatif est trop élevée pour favoriser une floraison optimale des cultivars Starlight et Lilo (Moe et coll., 1992).
Dans une perspective d’économie d’énergie pour le chauffage des serres, Benninga et coll. (2005), ont étudié l’effet de la réduction de la température moyenne journalière (TMJ) sur la consommation en gaz de chauffage des serres chez les poinsettias et les hydrangées. Cette consommation a été calculée par le modèle KASPRO et a utilisé des données collectées sur le terrain et dans la littérature. Les résultats obtenus ont révélé qu’une diminution de la température moyenne journalière (TMJ) de 8°C avec les hydrangées et de 3°C avec les poinsettias, a permis de réduire la consommation de gaz de 29 m3.m-2/an et de 13 m3.m-2/an respectivement. En outre, Nordli et coll. (2011) ont rapporté que sous une haute TMJ de 24°C, l’apparition de bourgeons visibles est retardée de 30 à 40 jours chez deux cultivars d’hydrangée (Early Blue et Schneeball). Au contraire une TMJ modérée de 17°C, a réduit la longueur de la tige de 25,4 cm et de 13 cm, respectivement chez ʽEarly Blueʼ et ʽScneeballʼ. En plus, sous cette TMJ de 17°C, 80% de plants avaient des bourgeons floraux visibles à 20 jours du début de forçage et les plants avaient une meilleure ramification avec beaucoup de pousses latérales.
Un différentiel de température diurne et nocturne permet de remplacer les régulateurs de croissance. Sous DIF -6°C, l’effet est comparable aux retardateurs de croissance chez les poinsettias (Moe et coll., 1995) et il est recommandé de ne pas utiliser des régulateurs de croissance sous un DIF positif (Berghage et Heins, 1991).
Tableau 3. Effet de la différence de température diurne et nocturne négative (DIF -) sur la croissance et le développement de cultivars d'autres espèces ornementales Espèce et cultivar Températures TD/TN*, DIF* Effets sur la croissance et le développement Références
Petunia x hybrida
ʽCelebrity Whiteʼ
18/24 DIF -6°C
Longueur internodale réduite de 21% vs DIF(+6).
Augmentation diamètre tige de 23% vs DIF(+6) Augmentation du diamètre d’épiderme, d’écorce et de la moelle. Diminution de la teneur en chlorophylle (a) de 20,5% vs DIF(+6). Bachman et McMahon, 2006 ʽUltra Blueʼ 13/21 DIF -8°C
Diminution de la longueur des pousses de 28% vs DIF(+8). Patil et coll., 2001 ʽSilvana Purpurʼ Diminution de la longueur internodale de 15% vs DIF(+8). Durée d’initiation florale plus
longue vs DIF(+8).
ʽFulcon Redʼ ʽFulcon Whiteʼ
15/25 DIF -10°C
Diminution du nombre de pousses latérales vs DIF(+10).
Diminution du nombre de feuilles/plante vs DIF(+10). Réduction de la longueur des
pousses vs DIF(+10). Kubota et coll., 2000 Dendranthema grandiflora ʽBright Goldenʼ ʽAnneʼ 16/20 DIF -4°C 12/24 DIF -12°C Légère augmentation de la longueur des pousses latérales vs DIF(+4).
Légère augmentation du nombre de feuilles/plante vs DIF(+4). Effet comparable entre DIF(-4) et
DIF(-12). Cockshull et coll., 1995 ʽReagan Improvedʼ 16 combinaisons de température (16, 20, 24 et 28°C) -12°C <DIF< +12°C
Corrélation positive entre longueur internodale et DIF pour les températures comprises entre 18 et 24°C (R2=0,91).
Diminution de la longueur internodale de DIF(+) à DIF(-).
Carvalho et coll., 2002 Begonia x hiemalis ʽAphrodite Pinkʼ ʽSchwabenland Redʼ ʽNelsonʼ 12/18 DIF -6°C
Pas d’effet sur la hauteur totale du plant vs DIF(0).
Diminution de la hauteur totale du plant vs DIF(+6).
Grindal et Moe, 1995
1.2.2.1.2 Différentiel de température diurne et nocturne positif (DIF +)
La hauteur de la plante ou la longueur de la tige est la somme des longueurs de chaque entrenœud. Pour gérer la hauteur, il faut contrôler le nombre d’entrenœuds, la longueur internodale ou les deux (Berghage, 1998). Chez plusieurs espèces ornementales (Bégonia, Chrysanthème, Poinsettia, Dianthus, Fuschia, Impatiens de Nouvelle Guinée, Lis et Pétunia) la longueur des entrenœuds augmente lorsque le DIF augmente, mais chez le Kalanchoe blossfeldiana et les roses, cet effet est minime. En outre, chez les plantes à jour long, comme le Dianthus et le Fuschia, le DIF à un effet faible sur l’initiation florale (Myster et Moe, 1995).
Par ailleurs, la magnitude de la réponse au DIF varie en fonction des conditions environnementales (intensité lumineuse et photopériode), du temps et de la durée de son application, de la variabilité génétique et du stade de croissance des plantes, de la magnitude entre la température aérienne et racinaire et de sa durée (Berghage, 1998; Myster et Moe, 1995; McAvoy, 1992). En outre, il existe une interaction entre le DIF et les cultivars de poinsettias (Tableau 4). La réponse au DIF diffère donc selon le cultivar.
Par ailleurs, la température moyenne journalière (TMJ), joue un rôle important dans l’établissement de l’architecture finale de la plante. Elle affecte le taux de défoliation et le développement des fleurs chez l’Hibiscus rosa-chinensis (Moe et Heins, 1990). La température nocturne joue également un rôle important dans la floraison. En effet, chez les cultivars Lilo et Starlight de poinsettias, une température nocturne de 22°C sous DIF négatif durant la période de floraison, compromet l’initiation florale et retarde la finition des plants de plusieurs semaines (Moe et coll., 1992). Chez le lis, la longueur des entrenœuds n’est également affectée que par la température nocturne (Erwin et Heins, 1995). Par contre, chez les pétunias, la longueur internodale est plus affectée par la température diurne que par la nocturne (Sysoyeva et coll., 2001).
Tableau 4. Effet de la différence de température diurne et nocturne positive (DIF +) sur la croissance et le développement de cultivars d'Euphorbia pulcherrima Willd ex.Klotzsch
(Poinsettia)
Cultivar TD/TN*, DIFTempératures * Effets sur la croissance et le développement Références
23 cultivars
20/17 DIF +3°C
25/22 DIF +3°C
Interaction significative entre cultivars et DIF pour le nombre de bractées. Floraison retardée sous (20/17). Certains cultivars ont une largeur plus
grande et ont donné plus de pousses latérales que d’autres sous (20/17).
Dunn et coll., 2011
ʽSteffiʼ 20/16
DIF +4°C
Augmentation de la longueur des pousses à la floraison de 30% vs DIF(0).
Nombre de feuilles augmente de 14% et 21% respectivement vs DIF(0) et vs DIF(-4). Cockshull et coll., 1995 ʽPrestige Early Redʼ 20/14 DIF +6°C 24/19 DIF +5°C
Sous DIF(+6), anthèse retardée de 16 jours vs DIF(+5).
Pas de différence significative pour la
hauteur finale du plant. Camberato et coll.,
2012 ʽEarly Orion
Redʼ
Sous DIF(+6), anthèse retardée de 13 jours vs DIF(+5).
Pas de différence significative pour la hauteur finale du plant.
ʽStarlightʼ
22/15 DIF +7°C
24/17 DIF +7°C
Augmentation de la hauteur du plant, de la longueur et de la largeur des feuilles vs DIF(-5).
Moe et coll., 1992
ʽLiloʼ DIF +4°C
Diminution du poids frais et sec et de % de matière sèche de 9,8%, 11,9% et de 2,6% respectivement vs DIF(-4). Diminution du poids frais et sec et de
% de matière sèche de 12,6%, 17,4% et de 6,2% respectivement vs DIF(-8). Jensen, 1995 ʽLiloʼ 21/15,5 DIF +5,5°C
Accroissement de la hauteur du plant de 11,6% vs DIF(-5,5).
15,4% plus de pousses latérales vs
DIF(-5,5) McAvoy,
1992 ʽDivaʼ
Accroissement de la hauteur du plant de 11,6% vs DIF(-5,5).
Chute du nombre de pousses latérales de 2,8% vs DIF(-5,5).
Dans une perspective d’économie d’énergie pour le chauffage des serres, des essais ont été menés par Lopez en 2008, qui consistaient à étudier l’effet de deux DIF positif (+4°C et +5°C) sur la durée à atteindre l’anthèse chez plusieurs cultivars de poinsettia. Les résultats ont révélé que le DIF +4°C (18°C jour/14°C nuit, moyenne journalière : 16°C) allonge la durée pour atteindre l’anthèse par rapport au DIF +5°C (24°C jour/19°C nuit, moyenne journalière : 22°C). L’écart de cette durée entre les deux DIF peut atteindre jusqu’à 45 jours chez le ʽPremium Redʼ. Cependant, la diminution de la température moyenne journalière (TMJ) de 22°C à 16°C, a permis de sauver selon le lieu de production aux États-Unis, entre 24 et 52% des coûts énergétiques avec le cultivar ʽFreedom Early Redʼ. L’effet positif d’une réduction de la TMJ sur l’économie d’énergie de chauffage chez les poinsettias, est du à sa longue période de production (Benninga et coll., 2005). Un choix de cultivars qui supportent le mieux des températures froides et qui atteignent tous le stade final de développement, sont à privilégier (Lopez, 2008).
En outre, certains cultivars (Classic White, Mira White, Novia Red, Early Orion Red, Mars Pink et Enduring Red) développent un diamètre de la tige plus grand sous une TMJ fraiche (18°C, DIF +3°C) que sous une TMJ élevée (24°C, DIF +3°C) (Dunn et coll., 2011). Avec des cultivars de poinsettias qui n’exigent pas une longue durée de production, le gain en énergie de chauffage est notable. Cette économie d’énergie, dépend de la région de production et de la température moyenne optimale de croissance (Lopez, 2008).
Pour déterminer quels sont les cultivars de poinsettias qui se prêtent le mieux à la réduction de température durant la phase finale de production, dite finition à froid, des essais ont été menés avec des cultivars possédant différentes durées de production. Les résultats ont révélé que les cultivars de 6 à 8 semaines, produisent des plants aux normes commerciales acceptables sous des températures moyennes journalières supérieures à 14°C (DIF +0°C ; +4,5°C ; +7°C). Au dessous d’une température nocturne de 13°C, les plants sont non commercialisables (Lopez et Krug, 2009). En outre, la durée de production des poinsettias en culture froide est plus
longue que la conventionnelle et il est recommandé d’utiliser des cultivars hâtifs (IQDHO, 2010).
Tableau 5. Effet de la différence de température diurne et nocturne positive (DIF +) sur la croissance et le développement de cultivars d'autres espèces ornementales Espèce et cultivar
Températures TD/TN*,
DIF* Effets sur la croissance et le développement Références
Petunia x hybrida ʽVR (V23 X R51)ʼ 17/12 DIF +5°C 32/27 DIF +5°C
Sous (32/27), hauteur moyenne du plant supérieure de 6,7 cm vs (17/12).
Sous (32/27), diminution du nombre de pousses latérales de 19,7 vs (17/12). Sous (17/12), les feuilles sont plus larges,
avec des poids secs et frais et un % en eau, deux fois plus grand vs (32/27).
Shvarts et coll., 1997
ʽCelebrity Whiteʼ 24/18 DIF +6°C
Teneur en chlorophylle (a) augmente de 25,8% vs DIF(-6).
Teneur en chlorophylle totale augmente de 16,2% vs DIF(-6). Bachman et McMahon, 2006 Hydrangea macrophylla ʽLeuchtfenerʼ 25/20 DIF +5°C 30/25 DIF +5°C
À 78 jours du début de forçage, initiation d’inflorescences dans 20% des plants sous (25/20), mais à 30/25, toutes les plantes sont au stade végétatif.
DerMing et HsiuHung, 2003 ʽEarly Blueʼ ʽSchneeballʼ 17/17 DIF 0°C 24/24 DIF 0°C
Sous (24/24) l’initiation florale dure plus longtemps vs (17/17).
À 20 jours du début de forçage, 80% des plants avaient des bourgeons floraux visibles. Meilleure ramification et beaucoup de pousses latérales vs (24/24).
Sous (24/24), la floraison est inhibée.
Nordli et coll., 2011
Lilium longiflorum Thunb.
ʽNellie Whiteʼ Combinaison de 5 températures en °C (14, 18, 22, 26, 30) -16°C <DIF< +16°C
Hauteur du plant et longueur internodale augmentent de 129% et de 382%,
respectivement en passant de DIF -16°C à DIF +16°C.
Sous DIF +16°C, orientation des feuilles augmente de 43° vs DIF -16°C. Erwin et coll., 1989 Begonia x hiemalis ʽAphrodite Pinkʼ ʽSchwabenland Redʼ ʽNelsonʼ 24/18 DIF +6°C
Augmentation de la hauteur du plant vs DIF -6°C.
Nombre de feuilles non affecté vs DIF -6°C.
Grindal et Moe, 1995
1.2.2.2 Enrichissement carboné
L’ajout du CO2 en production serricole, augmente la photosynthèse des plantes et la température optimale de croissance (Mortensen, 1987). Chez les fleurs coupées et en pots, l’enrichissement carboné augmente le poids sec, le nombre de feuilles et de pousses latérales. En outre, la qualité des potées fleuries exprimée en nombre de fleurs par plante, augmente avec le CO2 (Tableau 6). L’effet du CO2 sur la croissance et le développement des plantes, est accentué par l’intensité lumineuse et par la température (Mortensen, 1985; Mortensen et Moe, 1992).
Tableau 6. Effet de l’enrichissement carboné (1000 - 1500 ppm) sur la croissance et le développement de quelques plantes ornementales
Adapté de (Mortensen, 1987)
Espèce Poids sec Nombre feuille
Nombre pousse latérale Nombre fleurs Gain en hauteur (cm) Gain temps floraison (jour) Effets indésirables à concentration élevée (1000-1500 ppm) Euphorbia pulcherrima 20-30% 10-20% 30-50% >50% 3-9 0 Taille feuille réduite, chlorose et nécrose des feuilles Concentration critique (800 ppm) Petunia x hybrida 30-50% - - - - 5-10 - Begonia hiemalis 30-50% 10-20% - 10-20% 0 1-5 - Chrysanthemum morifolium 30-50% 10-20% 20-30% 10-20% 0 0 Nécrose des feuilles chez certains cultivars
Chez les hydrangées, l’enrichissement carboné à des concentrations entre 600 et 1200 ppm, n’a pas eu d’effet sur la hauteur de 4 cultivars. Mais, le diamètre moyen des inflorescences a augmenté de 1,5 cm avec les cultivars Brugg et Leuchtfener. En plus, la durée du début de forçage jusqu’à la date de vente, est écourtée de 5 et 10 jours respectivement avec les cultivars Leuchtfener et Renate Steiniger, sous 900 ppm de CO2 (Strauch, 1987).
Par ailleurs, chez le cultivar Annette Hegg Topstar (poinsettia), une concentration en CO2 allant jusqu’à 1000 ppm combinée à 40 µmol.m-2.s-1 de lumière d’appoint, augmente le taux de croissance et réduit la durée pour la floraison de 1 à 2 semaines (Mortensen, 1985).
Chez les espèces qui répondent faiblement au DIF, comme les roses, le CO2 n’interagit ni avec le différentiel de température, ni avec les cultivars Frisco et Kiss. Pourtant, avec le cultivar Kiebssy de Kalanchoe Blossfeldiana v.Poelln, espèce peu sensible au DIF, une interaction entre le CO2 et le différentiel de température est mise en évidence. Sous DIF +9°C (23°C jour/14°C nuit), le poids des fleurs et la masse sèche augmentent de 46% et de 36% respectivement, lorsque la concentration en CO2 augmente de 350 à 700 ppm. En outre, sous DIF +9°C, la hauteur du plant augmente au fur et à mesure que la concentration en CO2 s’élève et les plants ont fleuri plus tôt (Mortensen et Moe, 1992).
L’effet combiné de l’enrichissement carboné et du différentiel de température jour et nuit, dépend de la sensibilité des espèces à la photopériode. Cet effet est marqué pour les plantes à jour court et faible pour les plantes à jour long et neutre (Mortensen et Moe, 1992).
2 Problématique
Les producteurs canadiens de produits horticoles sont confrontés continuellement à la cherté des facteurs de production, aux coûts reliés à la main d’œuvre et aux services publics (ACHO, 2009). Ce qui laisse une faible marge de manœuvre aux serriculteurs pour diminuer leurs dépenses. Afin que l’industrie horticole ornementale demeure compétitive et moins polluante, la recherche scientifique s’est penchée sur la réduction de la consommation d’énergie de chauffage, moyennant une régulation du microclimat des serres. Une des techniques qui a prouvé son efficacité, est l’utilisation d’écrans thermiques, qui réduisent cette consommation de 30 à 60% selon le matériau qui compose l’écran, le climat extérieur et l’étanchéité de la serre (Frangi et coll., 2011; Kittas et coll, 2003).
D’autre part, la température est un excellent outil de contrôle du microclimat d’une serre. En réduisant les températures moyennes journalières chez l’hydrangée et le poinsettia, l’énergie consommée pour le chauffage est réduite et la qualité des plants produits reste intacte (Benninga et coll., 2005).
Par ailleurs, la différence entre la température diurne et nocturne, désignée par le terme DIF, influence la croissance et le développement des plantes (Berghage, 1998; Myster et Moe, 1995). Le DIF est utilisé à la fois comme un retardateur et un stimulateur de croissance. Un DIF négatif est utilisé en remplacement de régulateurs chimiques chez les poinsettias (Jensen, 1995; Cockshull et coll., 1995; Berghage et Heins, 1991) et chez plusieurs autres espèces ornementales (Berghage, 1998; Myster et Moe, 1995). À l’opposé, un DIF positif augmente l’élongation de la tige chez plusieurs plantes ornementales (Berghage, 1998; Myster et Moe, 1995).
En stimulant la croissance et le développement des plantes ornementales par l’application de DIF positif, le cycle de production serait raccourci. Ce qui promet de bonnes perspectives d’économie d’énergie pour le chauffage des serres. En outre, l’enrichissement carboné stimule la photosynthèse, augmente la température optimale de croissance, améliore la qualité et augmente la taille des plants chez plusieurs espèces ornementales (Mortensen, 1987). Il est considéré donc, comme un facteur qui pourrait jouer un rôle en combinaison avec le DIF, dans la production de potées fleuries de bonnes qualités tout en réduisant la consommation d’énergie de chauffage.
3 Hypothèses de recherche
Les hypothèses du projet sont les suivantes :
a) Les paramètres de croissance et de développement des, poinsettias, hydrangées et pétunias soumis à un différentiel de température diurne et nocturne (DIF) positif combiné à l’enrichissement carboné et à un DIF identique à la production conventionnelle sans CO2, sont similaires;
b) La consommation d’énergie pour le chauffage des serres par la régie climatique utilisant un DIF positif combiné à l’enrichissement carboné, est similaire à celle de la régie climatique conventionnelle n’utilisant qu’un DIF positif.
4 Les objectifs du projet
L’objectif général du projet est de valider l’utilisation du CO2 combiné avec un différentiel de température diurne et nocturne positif (DIF+), comme alternative de production en vue d’économie d’énergie pour le chauffage des serres. Les objectifs spécifiques sont les suivants :
a) Quantifier la hauteur, largeur, diamètre moyen des inflorescences, nombre de cyathia, d’inflorescences, de fleurs et de bractées ;
b) Déterminer les dates de début d’initiation florale, de début de coloration et de finition des plants ;
c) Déterminer les biomasses aériennes fraiches et sèches ; d) Calculer l’énergie de chauffage consommée qui en découle.
5 Matériel et méthodes
Trois essais ont fait l’objet de ce projet de recherche. Chaque essai a été mené indépendamment et portait sur une espèce de potée fleurie. Les espèces étudiées sont : poinsettia (Euphorbia pulcherrima), hydrangée (Hydrangea macrophylla) et pétunia (Petunia x hybrida). Les potées fleuries ont été fournies par la compagnie « Les Serres Sylvain Cléroux Inc. », sis 1570, rue Principale, Ste-Dorothée, Laval (Qc), Canada. Les essais ont été réalisés en 2012 aux serres de recherche de l’Université Laval, situées au pavillon Gene-H.-Kruger GHK.
5.1 Description des serres
Les serres sont en verre et au nombre de quatre. Elles sont individuelles d’une superficie chacune de 24 m2 (3 m x 8 m) et d’une hauteur de 5 m. Le toit et le mur sont en verre simple et le mur extérieur en verre double. Les serres sont équipées de deux ventilateurs d'une vitesse de refroidissement mécanique à pression positive. L’éclairage dans chaque serre est procuré par 10 lampe HID d’une puissance de 600 watts chacune et la brumisation se fait en utilisant de l’eau osmosée. Les écrans thermiques sont installés à la hauteur des gouttières. Deux serres qui ont servi à étudier les fluctuations des températures et l’enrichissement carboné, sont équipées chacune d’une bombonne de CO2 sous forme de liquide pur. Les deux autres serres ont servi à étudier la régie climatique conventionnelle ou témoin sans enrichissement carboné.
Pour contrôler le microclimat des serres, des capteurs de température et d'humidité relative sont placés dans des cages d'aspiration et reliés à un ordinateur de contrôle utilisant le logiciel Priva. Un capteur de CO2 a été également utilisé pour contrôler l'injection du gaz carbonique. La quantité de gaz naturel consommée, en mètres cubes, a été calculée indépendamment dans chaque serre afin d'évaluer la performance de chaque expérience. Les données météorologiques externes ont été obtenues à partir de la station météorologique de l'Université Laval, présente sur le site.
5.2 Matériel végétal
Trois espèces de potées fleuries ont été choisies selon leur importance économique, le poinsettia, l’hydrangée et le pétunia.
Deux cultivars de poinsettia ont été retenus, le Premium Red et le Christmas Eve. La première variété est hâtive, naturellement compacte, d’une architecture en forme de V, les feuilles sont vertes foncées, les bractées sont larges, de couleur rouge et la durée de l’initiation florale à la coloration finale des bractées est de 7 à 7,5 semaines (temps de réponse) (http://www.ecke.com/poinsettias/cropinformation/premier-family/). La deuxième variété, hâtive également, d’une architecture en forme de V, a des tiges épaisses, robuste, le feuillage est vert foncé, les bractées sont ronds de taille moyenne, avec une excellente ramification et le temps de réponse est de 7 à 7,5 semaines (http://www.ballhort.com/virtual/poinsettia_2013/index.aspx#).
Les variétés d’hydrangées étudiées sont deux cultivars, l’un rose et l’autre bleu : Mathilda Gutges (bleu) et Meritt’s Supreme (rose). L’hydrangea macrophylla (hydrangée) est un arbuste caduc, aux rameaux rapprochés et au feuillage dense. Les inflorescences sont des cymes composées elles-mêmes de cymes corymbeuses, positionnant toutes les fleurs dans un plan, et on parle d'inflorescence "à tête plate" ou d'inflorescences globuleuses. Deux types bien distincts de fleurs se reconnaissent : au centre des fleurs non ornementales fertiles et à la périphérie des fleurs ornementales, qualifiée habituellement de "stériles" (http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrangea). La ʽMathilda Gutgesʼ a un feuillage caduc vert foncé. La coloration des sépales est d’un bleu pâle, la taille des inflorescences et du plant est moyenne et sa durée de forçage est de 95 jours à une température nocturne de 15°C. La ʽMeritt’s Supremeʼ a une taille large des inflorescences, de couleur rose foncée, la hauteur du plant est courte et la durée du forçage est de 88 jours à une température nocturne de 15°C (CPVQ, 1995).
Quant aux pétunias, trois cultivars ont été étudiés : Wave Pink, Wave Purple Classic et le Madness Orchid. Les pétunias sont des plantes herbacées, généralement
annuelles, à poils glanduleux. Les feuilles sont alternes, entières, sessiles (ou parfois pétiolées) et simples.
Le tableau 7 ci-dessous, résume le programme des essais.
Tableau 7. Programme des essais
5.3 Régie de culture
La compagnie Les Serres Sylvain Cléroux Inc., partenaire du projet, a fourni tous les plants. Leur empotage a été fait à la compagnie avant leur livraison à l’Université Laval. Les régies de culture de chaque potée fleurie sont similaires à celles pratiquées par la compagnie, afin d’étudier le comportement de ces potées fleuries comme dans la production commerciale.
5.3.1 Essai des poinsettias
Les boutures enracinées ont été transplantées le 25 juillet, dans des pots de 15,2 cm de diamètre, avec un substrat de type Fafard Agro Mix XC. Les deux cultivars de poinsettia étaient pincés le 15 et le 17 août respectivement pour le Premium Red et le Christmas Eve. Le substrat est fabriqué par la société Fafard et préparé à base de : tourbe XC, perlite, vermiculite, chaux, charge nutritive avec éléments mineurs, gypse et agent mouillant (www.fafard.ca).
Les plants ont été réceptionnés le 25 septembre 2012. La régie de fertilisation utilisée est de 250 ppm de 20-8-20. Un injecteur 1 :100 est utilisé. Le 12 octobre 2012, ajout de 50 ppm de sel d’epsom. Le 22 octobre 2012, traitement au bicarbonate de potassium pour augmenter le pH à raison de 2 g/litre d’eau d’arrosage. Le 23 octobre, changement de régie de fertilisation en utilisant 250 ppm de 12-2-14 et 1 ppm de
Période (Année 2012)
Septembre à
décembre Février à avril Mai à juin Lieu
Espèce Poinsettia Euphorbia pulcherrima Hydrangée Hydrangea macrophylla Pétunia
Petunia x hybrida Serres de
recherche de l’Université
Laval (Québec, Qc) Cultivars Premium Red Christmas Eve Merrit’s Supreme Mathilda Gutges
Wave Pink
Wave Purple Classic Madness Orchid
molybdate. Une deuxième application de 2 g/l au bicarbonate de potassium est effectuée le 31 octobre 2012.
L’espacement entre pots est de 35 à 40 cm. L’irrigation est faite au moyen d’un système goutte-à-goutte une à deux fois par jour selon la température et le stade de croissance de la culture. Le contrôle des insectes nuisibles, en particulier l’aleurode, a été fait par lutte biologique. Le traitement de jours courts qui consiste à obscurcir les plants de 16 h à 8 h à l’aide d’un film plastique opaque, a débuté le 1er octobre 2012, pour finir le 9 novembre 2012. Ce traitement de jours courts est essentiel pour stimuler la floraison des poinsettias.
5.3.2 Essai des hydrangées
Les plants ont été réceptionnés le 7 février 2012 à un stade de développement, bouton floral de 1 à 2 cm. L’empotage a été fait dans des pots de 20,3 cm de diamètre et deux types de substrats, propriétés de Fafard, ont été utilisés : L’Agro Mix XC et l’Agro Mix AF. La différence entre les deux substrats est la présence de perlite et de vermiculite dans le type XC et leurs absences dans le type AF. Le drainage, l’aération et la diffusion de gaz sont meilleurs avec l’Agro Mix AF. La régie de fertilisation est différente selon le cultivar. Avec la ʽMerrit’s Roseʼ, nous avons appliqué 200 ppm de 20-8-20, 3 ppm de fer DTPA à 13% et 0,25g/l d’eau d’arrosage de sel d’epsom. Chez ʽMathilda Gutgesʼ, 150 ppm de 13-0-44 et 3 ppm de fer DTPA à 13%, ont été appliqués. Un ajout d’acide phosphorique a été apporté à la solution nutritive des hydrangées bleues, à raison de 10g/l d’eau d’arrosage, afin de l’acidifier et faciliter l’absorption du sulfate d’aluminium, qui est appliqué 3 fois sur trois semaines à une concentration élevée de 10g/l d’eau d’arrosage. L’irrigation est faite par égoutteur et le contrôle d’insectes nuisibles, est fait par lutte biologique.
5.3.3 Essai des pétunias
Les plants empotés dans le substrat Agro Mix léger de Fafard, ont été réceptionnés le 17 mai 2012. La régie de fertilisation est similaire pour les trois cultivars. La solution nutritive était de 250 ppm de 20-8-20 et de 20-2-20, mélangés à moitié égale.
L’irrigation est faite au moyen d’un système goutte-à-goutte, en évitant d’irriguer abondamment. Le contrôle des thrips et des pucerons, a été fait par lutte biologique.
5.4 Protocole expérimental
Le projet de recherche vise à étudier l’effet d’un différentiel de température diurne et nocturne positif (DIF +) combiné à l’enrichissement carboné, sur les paramètres de croissance et de développement des poinsettias, des hydrangées et des pétunias. Les résultats seront comparés à ceux des potées fleuries produites sous régie climatique conventionnelle, utilisant un DIF neutre sans enrichissement carboné.
5.4.1 Facteurs et traitements étudiés
Le facteur principal et commun à tous les essais est la régie climatique. Deux variantes sont choisies, la régie conventionnelle et la régie objet de la recherche. D’autres facteurs seront à l’étude pour chaque potée fleurie (Tableau 8).
5.4.2 Dispositif expérimental
Le nombre de serre utilisée pour les trois essais, est de quatre. Deux pour la régie conventionnelle ou témoin et deux pour la régie climatique de recherche. Six blocs ont été créés dans chaque serre afin d’obtenir plusieurs unités expérimentales et d’augmenter la précision des résultats. 72 plants de poinsettias sont introduits dans chaque serre (36 plants de ʽPremium Redʼ + 36 plants de ʽChristmas Eveʼ). Deux plants par unité expérimentale (UE) ont fait l’objet de mesures. Pour les hydrangées, c’est 60 plants par serre, répartis en nombre égal entre la ʽMerritt’s Supremeʼ et la ʽMathilda Gutgesʼ. Huit plants par UE ont fait l’objet de mesures. Quant aux pétunias, 48 plants sont introduits dans chaque serre et choisis au hasard parmi les trois cultivars de pétunia. Le facteur cultivar n’étant pas étudié et remplacé par le diamètre du pot. Ainsi, 24 et 12 plants sont empotés respectivement dans des pots de 10,2 cm et de 12,7 cm et placés dans chaque serre. Le nombre de plants objet de mesures est de 4 plants/UE. Les mesures sont prises hebdomadairement.
Le plan d’expérience pour chaque essai, est de type factorielle avec blocs intra-serre. Deux types de facteurs sont à considérer, aléatoires et fixes. Les facteurs aléatoires sont la serre et les blocs. Les facteurs fixes sont les facteurs choisis pour étude. Le
facteur fixe en commun avec les trois essais est la régie climatique. En plus, pour les poinsettias, c’est le cultivar. Pour les hydrangées, le cultivar et le substrat sont des facteurs fixes supplémentaires et pour les pétunias, c’est le diamètre du pot.
Tableau 8. Traitements et variables mesurées pour les cultures de poinsettias, hydrangées et pétunias Espèce Facteurs et traitements Variables mesurées Régie
climatique Cultivar Substrat
Diamètre pot Poinsettia (Température moyenne 24 h : 20°C) Témoin 20°C jour 19°C nuit DIF +1°C Sans CO2 Premium Red Christmas Eve - - Hauteur, largeur, nombre de bractées, de cyathes, biomasse aérienne fraiche et sèche, % de coloration, date de floraison et de finition des plants. 23°C jour 16°C nuit DIF +7°C 900 ppm CO2 Hydrangée (Température moyenne 24 h : 15°C - 16°C) Témoin 17°C jour 16°C nuit DIF +1°C Sans CO2 Merritt’s Supreme Mathilda Gutges Agro Mix AF Agro Mix XC - Hauteur, nombre et diamètre moyen des inflorescences, biomasse aérienne sèche et fraiche, date de finition des plants. 18°C jour 13°C nuit DIF +5°C 950 ppm CO2 Pétunia (Température moyenne 24 h : 15°C – 17°C) Témoin 19°C jour 16°C nuit DIF +3°C Sans CO2 - - 10,2 cm 12,7 cm Hauteur, largeur, nombre de fleurs, biomasse aérienne sèche et fraiche, date de finition des plants. 18°C jour 13°C nuit DIF +5°C 950 ppm CO2
Pour analyser la variance issue des différentes observations obtenues par chaque unité expérimentale sous l’effet de facteurs fixes et aléatoires, le modèle à effets mixtes de la procédure MIXED de SAS Institute, Inc., est utilisé. La normalité des résidus a été vérifiée par le test de Shapiro et les moyennes des traitements sont comparées à l’aide du test LSD.
Les tableaux d’ANOVA et du plan d’expérience pour chaque essai, sont placées en annexes 1, 2, 3 et 4.
5.5 Calcul de l’énergie pour le chauffage des serres
Le microclimat d’une serre peut être étudié soit par expérimentation ou par simulation. Cette dernière méthode de caractérisation du microclimat, a le mérite d’être plus rapide, moins dispendieuse, flexible et répétable dans le temps (Wang et Boulard, 2000). En outre, les récents modèles de simulation de la consommation en énergie de chauffage des serres, sont suffisamment fiables pour estimer cette consommation (JianFeng et coll., 2006). Ainsi, il est plus représentatif de calculer la consommation énergétique par un modèle, afin d’extrapoler les résultats obtenus aux serres commerciales, souvent de grandes tailles.
5.5.1 Bilan énergétique d’une serre
La représentation schématique d’échanges énergétiques dans une serre est illustrée par la figure 1. Ces échanges sont réalisés selon cinq modes de transfert de chaleur:
• par contact : conduction thermique;
• à distance : rayonnements thermique et solaire; • les fuites : infiltration et/ou ventilation;
• échange gazeux : convection;
• changement de phase : évaporation et condensation.
Figure 1. Bilan thermique de la serre (Selon Villeneuve et coll., 2005)
Ciel froid
Radiation vers le ciel
Sortie d'air (air tiède)
Infiltration (air froid)
Conduction à l'intérieur du sol Convection
Convection Conduction Sur les parois et la structure
5.5.2 Méthode de calcul
Des calculs étaient nécessaires pour quantifier l’énergie consommée par chaque serre de recherche. Cette méthode a le mérite de déterminer l’énergie économisée par la stratégie d’injection de CO2. En modélisant la consommation énergétique totale de la serre sans mesures de réduction de cette consommation, à l’aide des données climatiques disponibles de la station météo à l’université Laval, nous permet de poser une hypothèse valide sur la consommation initiale de la serre. Ensuite, il faut calculer la surface d’échange en prenant en compte des mesures de réduction de la consommation énergétique mises en place. À l’aide du système d’acquisition de données Priva, les données climatiques de la serre sont enregistrées aux 30 minutes. Afin de modéliser la consommation énergétique de la serre, un bilan de consommation par période de 30 minutes a été calculé. Par la suite une sommation de toutes les périodes de consommation a été faite pour avoir la consommation totale d’énergie pour la durée de l’expérience (Tableau 9) (Villeneuve, 2010).
Tableau 9. Données sur les serres de l'Université Laval
Données SI
Hauteur des murs, (m) 5,18
Hauteur des panneaux isolants, (m) 1,07
Largeur de la serre, (m) 5,79
Longueur de la serre, (m) 7,32
Longueur de l'arche, (m) 8,18
Hauteur du pignon, (m) 1,83
Nombre de sections de serre 1,00
Coefficient global d'échange de chaleur (Ug) (W/m²-°C), (ASABE, 2003b) 4,00
Valeurs calculées
Surface totale des pignons, (m²) 13.38
Surface totale de serre exposée, (m²) 209,05
Surface totale de plancher de serre, (m²) 42,36
Surface totale de la serre recouverte d'un écran thermique, (m²) 42,36 Surface totale de la serre recouverte de panneaux isolants (sol et pourtour), (m²) 27,96 Surface totale de la serre sans isolant et sans écran thermiques, (m²) 138,72
Les pertes par conduction et convection, qrc (W) se calculent comme suit (Villeneuve, 2010) :
(1) qrc = UAc( ti- to) où
U est le coefficient global d’échange de chaleur (W/m².°C) (Tableau 9) Ac est la surface de serre recouverte (m²)
ti est la température de l’air à l’intérieur de la serre (°C) to est la température de l’air à l’extérieur de la serre (°C)
Le coefficient U exprimé en W/m².°C, est appelé coefficient de transmission global de la paroi. La valeur du coefficient U de différents matériaux de recouvrement utilisés dans les serres, est illustrée au tableau 10. Il renseigne sur les propriétés thermiques d’une paroi séparant deux fluides (ASABE, 2003b).
Tableau 10. Coefficient global de transfert de chaleur (U), de matériaux de serres U
Matériaux de recouvrement de serre W/(m².°C)
Verre simple, scellé 6,2
Verre simple, faible transmission 5,4
Verre double, scellé 3,7
Plastique simple 6,2
Polycarbonate simple, ondulé 6,2 - 6,8
Polyéthylène double 4
Polyéthylène double, thermique 2,8
Acrylique rigide, paroi double 3,2
Polycarbonate rigide, paroi double 1) 3,2 - 3,6 Acrylique rigide, avec billes de polystyrène 2) 0,57
Verre simple avec rideau thermique 3) 4
Polyéthylène double et rideau thermique 3) 2,5 1) Fonction de l'espace entre les parois
2) Panneau d'acrylique rigide de 32 mm rempli de billes de polystyrène 3) Uniquement lorsque le rideau thermique est fermé et bien scellé
Les pertes par infiltration, qi, (W) sont mesurées en considérant que l’échange total est fonction de l’échange de chaleur latente et sensible, et se calculent comme suit (ASABE, 2003a) :
(2) qi = ρiNV [Cpi(ti-to) + hfg (Wi-Wo)] où
ρi est la densité de l’air intérieur, kg/m³ ;
Cpi est la chaleur spécifique de l’air intérieur, J/kg °C ;
N est le taux d’infiltration, s-1(tableau 11) ;
V est le volume de la serre, m³ (Université Laval) ;
hfg est la chaleur latente de vaporisation à ti, J/kg ;
Wi est l’humidité de l’air intérieur, kgeau/kgair ; Wo est l’humidité de l’air extérieur, kgeau/kgair. où
(3) hfg = Cp*ti
(4) Wi = 0,622*[Pv - / (P - Pv)] HR = Pv/Pvs P est la pression atmosphérique (kPa)
Pv est la pression de vapeur (kPa)
Pvs est la pression de vapeur saturée (kPa) (Tableau 12)
HR est l’humidité relative (%)
Tableau 11. Taux d'infiltration estimé dans les serres par type de construction Taux d'infiltration (N)(1)
Type de serre et construction 1/s 1/h
Construction neuve :
Paroi de plastique double 2,1 x 10-4 - 4,1 x 10-4 0,75 - 1,5
Verre ou fibre de verre 1,4 x 10-4 - 2,8 x 10-4 0,50 - 1,0
Construction ancienne :
Verre, bon entretien 2,8 x 10-4 - 5,6 x 10-4 1,0 - 2,0
Verre, entretien négligé 5,6 x 10-4 - 11,1 x 10-4 2,0 - 4,0
(1) Taux d'échange du volume d'air interne par unité de temps (s-1 or h-1) (ASABE, 2003b).
Afin de déterminer la pression de vapeur saturée, l’équation suivante est utilisée (ASHRAE, 2005) :
(5) ln(Pvs) = C1/T + C2 + C3T + C4T2 + C5T3 + C5T4 + C6T5 + C7 ln(T)
Tableau 12. Coefficients de l'équation de pression de vapeur saturée Coefficient (-100 °C < T < 0 °C) (0 °C < T < 200 °C) C1 -5,67 E+03 -5,80 E +03 C2 -5,15 E-01 -5,52 E +00 C3 -9,68 E-03 -4,86 E-02 C4 6,22 E-07 4,18 E-05 C5 2,07 E-09 -1,45 E-08 C6 -9,48 E-13 0 C7 4,163502 6,545967 (ASHRAE, 2005)
6 Résultats et discussion
L’objectif général du projet est de mesurer différents paramètres de croissance et de développement des poinsettias, des hydrangées et des pétunias, soumis à deux régies climatiques différentes. Les essais sur les potées fleuries ont été menés en serres, dont le microclimat est modifié par les régies climatiques étudiées. Ainsi, chaque serre a fait l’objet d’un calcul de l’énergie de chauffage consommée, afin de déterminer le gain en énergie attribué à la régie climatique en étude.
6.1 Essai sur les poinsettias
6.1.1 Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur la croissance des poinsettias
L’essai a porté sur deux cultivars de poinsettias, le Premium Red et le Christmas Eve. Seulement ce dernier est arrivé à la finition à la fin de l’essai. Les normes commerciales de vente, notamment la hauteur minimale requise, n’a pas été atteinte chez le ʽPremium Redʼ (Tableau 13). Étant donné que le pH et la conductivité électrique du substrat des ʽPremium Redʼ étaient inférieur à 5 et à 1,3 siemens respectivement, l’absorption des éléments minéraux était peut être compromise, car le pH optimal pour une absorption efficace des éléments minéraux, se situe entre 5,8 et 6,2 et la conductivité électrique optimal est de 2 siemens.
La régie de fertilisation utilisée pour cet essai, est celle utilisée aux Serres Sylvain Cléroux, fournisseur de plants et partenaire du projet. L’utilisation de cette régie au lieu d’une régie adaptée aux conditions de l’essai des serres de recherche de l’Université Laval, s’inscrivait dans un objectif ultime de transfert des résultats au producteur afin de les appliquer à grande échelle.
Cependant, les ʽChristmas Eveʼ n’ont pas été trop affectés par la recette de fertilisation, le pH du substrat se situait autour de 5,5 et la conductivité électrique atteignait 1,5 siemens. L’absorption des éléments minéraux devrait se faire normalement. À la fin de l’essai, les plants obtenus ont atteint la hauteur minimale requise pour la vente au 15 novembre (Tableau 13 et Figure 2).
Tableau 13. Effet de l’enrichissement carboné et de la température sur la croissance des poinsettias
(1) : Moyenne témoin et régie climatique étudiée.
(2) : Normes du bureau de normalisation du Québec (BNQ).
Témoin : DIF +1°C (20°C jour/19°C nuit) sans CO2.
Régie étudiée : DIF +7°C (23°C jour/16°C nuit) avec 900 ppm de CO2.
NS, S, HS : Non significatif, significatif à 5% et hautement significatif à 0,1%.
Par ailleurs, la largeur minimale, autre critère de vente, est atteinte pour les deux cultivars à la fin de l’essai. La croissance du ʽPremium Redʼ semble se faire plus dans le sens de la largeur que de la hauteur, à l’inverse du ʽChristmas Eveʼ. En effet, l’indice de croissance (hauteur x largeur/2) des deux cultivars augmente tout le long du cycle de production, que ce soit sous enrichissement carboné ou non (Figure 3). Les résultats révèlent des différences entre la hauteur et la largeur des deux cultivars à la fin du cycle de production (Tableau 13). Étant donné que le ʽChristmas Eveʼ s’est bien adapté aux conditions de culture, ces résultats peuvent donc être interprétés pour ce cultivar, en relation avec la régie climatique étudiée.
Hauteur (cm) Largeur (cm) Biomasse aérienne sèche (g) Biomasse aérienne fraîche (g) Moyenne des
régies(1) Moyenne des régies Moyenne des régies Moyenne des régies
ʽChristmas Eveʼ ʽPremium Redʼ 37,2 b 33,9 a 39,6 b37,4 a 20,5- 129,8 - Normes commerciales(2) 35 – 50 Minimale : 38 - - Effet et interaction Régie Cultivar Régie*cultivar NS HS NS NS S NS NS -- NS - -
