Soutenance mémoire
La pomme de terre
La culture hors-sol
Généralités sur la culture hors-sol
Définition
Au sens strict, la culture hors-sol est la culture dans un milieu racinaire qui n’est pas le sol naturel, mais un milieu reconstitué et/ou isolé du sol. Dans ce type de système, les racines des végétaux sont alimentés par un milieu liquide minéral appelé solution nutritive, qui apporte l’eau, l’oxygène et les éléments minéraux indispensables au développement de la plante (VITRE, 2003).
On parle souvent de cultures sur substrat, car ce milieu reconstitué repose souvent sur l’adoption d’un matériau physique stable : le substrat, parfois d’origine manufacturé et industriel, parfois d’origine naturelle.
Il existe cependant des cas de cultures hors-sol n’utilisant pas de substrats : cultures sur film d’eau ou hydroponiques.
Historique
Les premiers essais sont très anciens: ils ont été effectués par des chercheurs travaillant sur la fertilisation des plantes et la mise en évidence du rôle de l’eau et de l’air dans le sol. Pour être exact, la découverte de cette technique est à attribuer à deux chercheurs allemands Knop et Sachs en 1860, qui en travaillant sur la fertilisation des plantes, ont mis en évidence le rôle de l’eau, de l’air, et du sol. Il fallait seulement retrouver toutes les caractéristiques physique, chimique et biologique du sol.
Plus près de nous, les chercheurs se sont rendu compte que la répétition des mêmes cultures dans un sol, favorisait le développement de parasites dans ce sol (notamment les fusarioses), comme on ne pouvait plus s’en défaire par des moyens chimiques ou biologiques, on a alors pensé au remplacement du sol par des substrats voisins, le plus souvent organiques ou minéraux. (Anonyme, 2010)
Enfin, de façon plus pragmatique, les cultures hors-sol se sont développées parce que les performances agronomiques obtenues étaient supérieures aux performances des cultures traditionnelles en sol.
L’intérêt de cultiver hors sol
– Nécessité pour les cultures expérimentales et scientifiques
– Possibilité de cultiver dans des espaces réduits (confinement des racines dans un espace limité)
– Elimination des contraintes liées au sol
– Simplification des techniques culturales Pas de préparation du sol
Rotations culturales rapides et mise en œuvre facile
– Meilleure qualité du produit
– Meilleure productivité de la plante
Optimisation du potentiel génétique de la plante Réduction des pertes en culture (MOREL et al., 2000)
Exigences des cultures hors sol
Contrairement à une idée répandue, la culture hors sol exige souvent plus de soins et d’entretien que les cultures traditionnelles en terre. Lorsqu’on utilise les techniques de culture hors sol (essentiellement pratiquée sous serre ou sous abri), il faut raisonner en tant que système et ne pas porter son attention sur un élément ou paramètre isolé. La culture hydroponique exige une parfaite maîtrise de l’ensemble du système car en cas d’échec, davantage d’éléments peuvent dysfonctionner :
– un éclairage adéquat (éclairage artificiel, minuterie, etc.)
– un système de culture et d’irrigation contrôlé et entretenu (contenants, pompes, régulation, désinfection, substrats appropriés…)
– un contrôle environnemental (température ambiante et des solutions, hygrométrie, enrichissement en dioxyde de carbone…)
– un contrôle des niveaux de concentration des éléments nutritifs
– un contrôle du pH de l’eau
Facteurs indispensables pour la culture hors-sol
La vie se définit comme l’ensemble des phénomènes (nutrition, assimilation, croissance, reproduction, etc.) communs aux êtres organisés et qui constituent leur mode d’activité propre, de la naissance à la mort. Les facteurs indispensables au maintien de la vie chez les végétaux en culture hors sol ne sont pas tous liés au substrat de culture. Cependant, la complexité des interactions est telle que cette distinction s’avèrerait difficile à soutenir. Les besoins sont donc présentés en deux groupes : les besoins énergétiques et les besoins en matériaux.
Les besoins énergétiques
La lumière : le règne végétal se définit comme l’ensemble des êtres vivants pluricellulaires capables de réaliser la photosynthèse grâce à la lumière (source d’énergie) et la présence de chlorophylle. La photosynthèse confère à ces organismes un caractère autotrophe.
Les cultures hors-sol sont généralement des cultures de l’intérieur (indoor) d’où l’importance de bien contrôler et déterminer les valeurs d’intensité lumineuse qui permettent une activité photosynthétique optimale. Dans ce type de culture, les plantes sont éclairées avec des lampes de haute intensité qui permettent de réaliser une croissance optimale.
La chaleur : les végétaux ont besoin de chaleur. Ils sont capables de supporter de grandes variations thermiques. Tenant compte du faible volume des substrats de culture, la réactivité à la température est rapide. Les cultures doivent donc être protégées des fortes températures de l’été et des gelées de l’hiver. Les températures infligées doivent cependant rester dans une fourchette acceptable. La limite inférieure correspond à la formation de cristaux de glace détériorant l’intégrité cellulaire. La limite supérieure est fixée par la dénaturation des protéines, donc des enzymes. Croissance et développement augmentent avec la température, à l’intérieur de cette fourchette.
Les besoins en matériaux
La nutrition fait appel à des processus d’absorption de gaz et de solutions minérales, soit directement dans la solution nutritive par les racines, soit dans l’air par les feuilles. Les matériaux indispensables à la vie d’une plante se subdivisent en deux catégories : les matériaux organiques et minéraux.Les matériaux organiques : Ils sont généralement constitués de carbone (C), d’hydrogène (H) et d’oxygène (O).
Le carbone : c’est l’élément de la chimie du vivant. Chez les végétaux chlorophylliens, il est apporté par le dioxyde de carbone atmosphérique (CO2).
Hydrogène : l’hydrogène est extrait à partir des molécules d’eau (H2O) par oxydoréduction.
Oxygène : troisième constituant de la matière organique, est apporté par le gaz carbonique et le dioxygène (O2) provenant de l’air intervient dans la respiration cellulaire.
Les matériaux minéraux : sur le plan nutritionnel, la culture hors sol est totalement dépendante de l’apport de la solution nutritive pour assurer la croissance des plantes, les éléments minéraux indispensables sont répartis en deux groupes : macro-éléments et micro-éléments ou oligo-éléments. Cette distinction concerne l’abondance relative de ces éléments dans les végétaux.
Définition du substrat de culture
D’après Morel (2000), le terme substrat désigne tout matériau naturel ou artificiel qui, placé en conteneur pur ou en mélange, permet l’ancrage du système racinaire et joue vis à vis de la plante le rôle de support. Il doit présenter des caractéristiques compatibles avec l’activité métabolique des racines. Il intervient à des degrés divers dans l’alimentation hydrique ou minérale de la plante. Dans le système hydroponique, le rôle de substrat se limite tout simplement à l’encrage et au maintien de la plante.
Principaux substrats utilisés en culture hors-sol
Tout système de culture hors sol est caractérisé par trois composantes : le conteneur, le réseau de distribution de la solution nutritive, et le substrat (WINTERBORNE, 2005).Le choix du substrat. Il doit constituer un milieu favorable aux exigences de l’espèce mais défavorable au développement des agents pathogènes qui lui sont spécifiques.
Les substrats minéraux
De nombreux matériaux inorganiques entrent dans la composition des supports de culture. L’usage le plus habituel est l’ajout de ces matériaux à des substrats afin de modifier certaines de leurs caractéristiques physico-chimiques. La comparaison sommaire des caractéristiques physiques et chimiques des substrats minéraux et organiques est indiquée dans le tableau ci-dessous,
Tableau 9 : Propriétés physiques et chimiques générales des substrats minéraux et organiques (LEMAIRE et al., 1990).Dans ce travail on présentera seulement les matériaux les plus utilisés avec leurs grandes caractéristiques et leurs intérêts majeurs :
Argile expansée
Origine : minérale
Utilisation : Ce matériau ressemble à de petites boules brunes que l’on utilise pour recouvrir les pots de fleurs. Les granulés sont obtenus par un traitement de forte chaleur de l’argile. L’argile expansée possède un bon pouvoir isolant, ce qui est nécessaire pour protéger les racines des changements de température.Il est composé de silice, d’alumine, d’oxydes de fer, et de soufre. Sa capacité de rétention en eau est de 15% en masse. Il est utilisé pour la culture en container, sur des systèmes de tables à marées, ou à une plus petite échelle dans des systèmes hydroponiques à flux continu. Contrairement à la laine de roche, les billes d’argile sont un substrat durable, sain, biologique et écologique.
Laine de roche
Composition et origine : substrat inorganique artificiel. La laine de roche est fabriquée à partir de roche volcanique liquéfiée et extrudée. La laine de roche est issue du basalte, une roche volcanique noire présente dans de nombreuses régions du monde. Le procédé de fabrication de la laine de roche s’apparente à l’activité naturelle d’un volcan. La roche volcanique entre en fusion dans un four chauffé à 1500 °C. La roche en fusion est ensuite changée en fibres par l’action de roues tournant à grande vitesse.
Utilisation et description : La laine de roche sert de substrat dans certaines formes de cultures hydroponiques. Elle est composée de silice, d’alumine, d’oxyde de titane, de chaux, de magnésie, d’oxyde de manganèse, de potasse, d’oxyde de fer, et d’oxyde de sodium. La laine de roche n’est pas chimiquement inerte, elle peut libérer du calcium et augmenter le pH, des mesures correctives sont généralement à prévoir, comme une préparation initiale ou l’emploi de substances acidifiantes.
Vermiculite
Composition et origine : minéral (silicate)
Utilisation et description : Ce matériau connu sous le nom commercial de Vermex et Zonolite a l’aspect de granulés. C’est un silicate d’alumine (mica) qui est expansé par un traitement à la chaleur. Il est composé de magnésie et d’alumine. Il est très léger et a une grande capacité de rétention d’eau (environ 350 l au m³), tout en assurant un bon drainage. Son pH est de 7 à 7,2.
Il est souvent utilisé dans des bacs ou des pots, pour la réalisation de semis, ou lors de l’enracinement des boutures.
Il est également utilisé comme milieu de culture neutre en expérimentation scientifique.
Les substrats organiques
Polystyrène
Origine : Matériau organique synthétique.
Utilisation : Le polystyrène expansé sert à alléger les substrats. Ce matériau neutre présente une capacité de rétention nulle, sa surface hydrophobe ne retient pas le liquide. Le polystyrène s’emploie donc le plus souvent en combinaison avec d’autres matériaux. Utilisé seul sous forme de billes expansées, il est également très efficace pour le paillage dans les serres froides. Lavable (réutilisable) et neutre ; donc adapté aux espèces non acidophiles, il constitue un matériau de paillage appréciable dans la culture hydroponique, étant exempt de tout parasite.
Terreau
Composition et origine : Organique
Utilisation et description : Le terreau est un support de culture naturel formé de terre végétale enrichie de produits de décomposition (fumier et débris de végétaux décomposés).
Le terreau doit avoir une porosité en air et en eau permettant à la fois l’ancrage des organes absorbants des plantes et leur contact avec les solutions nécessaires à leur croissance. Il est souvent associé à la pouzzolane afin d’augmenter la capacité de rétention d’eau. Le terreau est utilisé en culture hors-sol notamment pour les semis.
La tourbe
L’appellation générale « tourbe » regroupe un grand nombre de matériaux qui renferment au minimum 75% de matière organique (sur base poids sec) (MOREL et al., 2000).Les tourbes sont des sols organiques hydromorphes, se développant dans des milieux saturés en eau en permanence. La végétation qui y pousse est constituée, selon le type de tourbière, de mousses (genre Sphagnum, Hypnum…), de cypéracées (genre Carex), de graminées, d’arbustes, d’arbres. En raison de la forte anaérobie régnant dans ces milieux, l’activité biologique, et donc la décomposition des végétaux, est très faible, de sorte que les apports annuels sont plus importants que les pertes par minéralisation. Ainsi, la tourbe s’accumule sur des épaisseurs parfois importantes : plusieurs mètres. Cependant, la formation de cette tourbe est très lente à raison de 0,2 à 0,16 mm/an quand les conditions sont favorable, ce qui explique que l’on parle de ressource non renouvelable à l’échelle humaine
Il y a plusieurs critères de classification des tourbes qui sont fonction de :
leur composition botanique : tourbes à sphaignes (sphaignes et bryophyte), tourbes herbacées (graminées, joncs, phragmites…), tourbes ligneuses (dés qu’un tiers de la tourbe est constitué de fragments de bois.
Pour conclure, on peut dire que du fait de ses propriétés très particulières et plus précisément :
– de sa biodégradabilité résiduelle pratiquement nulle,
– de sa capacité de rétention en eau élevée (jusqu’à 20 fois son poids) et de sa forte porosité,
– de sa réactivité naturellement acide, mais facile à contrôler par addition de carbonate de calcium et de magnésium, la tourbe est du point de vue cultural, un bon substrat difficile à remplacer dans certains cas comme pour la culture hors sol. (MOREL et al., 2000).
Tableau 10 : Composition biochimique moyenne des tourbes en fonction de leur composition botanique initiale et de leur degré d’évolution. Les valeurs sont rapportées à la teneur en carbone organique totale (VALAT, 1989 in MOREL 2000)
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Table des matières
Introduction
1ère Partie éléments bibliographiques
Chapitre I : Généralités sur la pomme de terre
1. Description botanique
1.1. Classification
2. Description morphologique
2.1. Partie aérienne
2.2. Partie souterraine
2.2.1. Structure du tubercule
3. Les caractéristiques du tubercule
3.1. La forme
3.2. La couleur
3.3. Composition chimique du tubercule
4. Physiologie et multiplication de la pomme de terre
4.1. Cycle sexué
4.2. Cycle végétatif
4.2.1. Dormance
4.2.2. Germination
4.2.3. Tubérisation
5. Exigences écologiques de la pomme de terre
5.1. Exigences climatiques
5.1.1. Température
5.1.2. Lumière
5.2. Exigences édaphique
5.2.1. Structure et texture du sol
5.2.2. pH
5.2.3. Salinité
6. Maladies et ravageurs
6.1. Maladies cryptogamiques
6.2. Maladies bactériennes
6.3. Maladies virales
6.4. Insectes et ravageurs
7. Importance de la culture de la pomme de terre dans le monde
8. La filière pomme de terre en Algérie
8.1. Différentes variétés cultivées en Algérie
8.2. Principales régions productrices
8.3. Dates de plantation de la pomme de terre
Chapitre II : La culture hors-sol
1. Généralités sur la culture hors-sol
1.1. Définition
1.2. Historique
1.3. L’intérêt de cultiver hors sol
1.4. Exigences des cultures hors sol
1.5. Facteurs indispensables pour la culture hors-sol
1.5.1. Les besoins énergétiques
1.4.2. Les besoins en matériaux
2. Définition du substrat de culture
2.1. Principaux substrats utilisés en culture hors-sol
2.1.1. Les substrats minéraux
2.1.2. Les substrats organiques
3. Les systèmes de culture hors sol
3.1. Le ruissèlement nutritif ou (NFT)
3.2. Système Aéroponie
3.3. Système « flux-reflux » ou table à marées
3.4. Système à percolation « goutte à goutte »
Chapitre III : Matériel et méthodes
1. Présentation de la structure d’accueil
2. Dispositif expérimental
3. Matériel végétal
3.1. Caractères descriptifs des variétés
3.1.1. Variété Désirée
3.1.2. Variété Spunta
3.1.3. Variété Chubaek
4. Milieu de culture utilisé
4.1. Système hydroponique
4.2. Système de culture sur substrat
5. Évaluation des caractéristiques physico-chimiques du substrat
5.1. Porosité.
5.2. Capacité de rétention en eau
5.3. Conductivité électrique du sol (CE)
5.4. Capacité d’échange cationique (CEC)
5.5. Carbone organique
5.6. Dosage de l’Azote total
5.7. Le rapport C/N
5.8. Dosage du phosphore assimilable
5.9. pH (potentiel Hydrogène)
6. Préparation des solutions nutritives
6.1. Étapes de préparation de la solution nutritive
6.2. Solution mère pour la chambre d’acclimatation
6.3. Solution mère pour la serre
7. Conduit de l’expérimentation
7.1. Régénération des vitro plantules
7.1.1. Culture du méristème
7.1.2. Micropropagation
7.1.3. Acclimatation des plantules obtenues in vitro
7.2. Plantation
7.2.1. Plantation en système hydroponique
7.2.2. Plantation sur substrat
7.3. Modalités d’injection de la solution nutritive
7.4. Entretiens et soins apportés
7.4.1. Défeuillage
7.4.2. Tuteurage
7.4.3. Traitement phytosanitaire
7.5. Calendrier culturel
7.6. Choix des dates de prélèvements
8. Paramètres phénologique mesurés
8.1. Croissance en hauteur
8.2. Nombre de tiges par plant
8.3. Nombre de feuilles par plant
8.4. Poids de la biomasse aérienne et des tubercules
8.5. Nombre de tubercules par plant
8.6. Analyses et contrôles de pH et CE
8.7. Analyse statistique
Chapitre IV : Résultats et discussion
1. Résultats des analyses physico-chimiques de la tourbe utilisée
2. Caractérisation de l’eau utilisée pour l’irrigation
3. Croissance en hauteur
4. Nombre de tiges par plant
5. Nombre de feuilles
6. Nombre et calibre des tubercules
7. Poids de la biomasse aérienne et des tubercules
8. Résultats des analyses de la conductivité électrique et du pH de la solution
9. Étude des corrélations
10. Discussion générale
10.1. Comportement variétal
10.1.1. Longueur et nombre des tiges
10.1.2. Nombre de feuilles
10.1.3. Nombre et calibre des tubercules
10.2. Milieu de culture
10.3. Recommandations variétales
Conclusion
Références bibliographiques
Liste des annexes
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