dimanche, mai 13 2012

Culture automatisée

Ce qu'il y a de bien avec l'état d'esprit du "hack" c'est qu'on peut l'employer dans de nombreux domaines. Et ce qu'il y a de très bien c'est qu'on peut faire des combinaisons de plusieurs domaines ! Par exemple on peut faire un combo programmation/électronique/biologie et obtenir des petites expériences amusantes comme celle que je vais retranscrire ici.

Creative Common by Ozwald from ozwald.fr
L'idée de départ c'est qu'habitant en ville je ne peux planter aucun végétal "naturellement". A la rigueur je dispose de deux rebords de fenêtre pour poser des petits pots ou des jardinières mais c'est quand même super limité. Du coup comment faire pour améliorer autant que possible la pouse de jolies plantes carnivores ? La solution simple c'est d'abandonner la méthode "naturelle" (i.e. : fabriquer une tourbière de quelques mètres carrés avec écoulement d'eau permanent pour recréer des conditions marécageuses) et passer à de l'artificiel.

"Artificiel" ça peut recouper beaucoup de choses et du coup je me suis renseigné. J'ai ainsi découvert et approfondi les méthodes de cultures allant de la simple serre, à la culture aéroponique/ultraponique, en passant par l'hydroponique et l'aquaponique. Toutes ces méthodes semblent intéressantes mais il y a un point que j'ai trouvé systématiquement mal traité : l'éclairage. En effet on comprend vite que les méthodes en ultraponie, en hydroponie, ou en aquaponie, adressent principalement des problématiques d'arrosage; mais le problème de l'éclairage, lui, est souvent traité d'une façon qui m'a laissé sur ma faim. Bien souvent en effet les seuls remarques que l'on peut trouver sur l'éclairage se résument à quelque chose du genre : "une lampe au sodium super puissante, puisque c'est ce qui s'approche le plus de la vrai lumière du soleil et que ça chauffera super bien ta culture en placard où tu pourra planter plein d'herbe de provence[1]"

Ce genre de réponse ne me satisfait pas du tout puisqu'elle vise une problématique qui n'est pas la mienne. En effet ce type de réponse vise le problème de recréer des conditions naturelles dans un espace à l'abri des regards (à savoir un placard -_-); ma problématique à moi c'est de faire pousser des plantes carnivores (et des tomates cerises[2]). Ayant quelques bases en optique je me disais que les plantes n'avaient pas besoin de tout le spectre lumineux du soleil pour bien pousser, et du coup j'ai été faire un petit tour sur wikipédia pour obtenir le spectre d'absorbtion de la chlorophyle :

Spectre d'absorbtion de la chlorophyle - From Wikimedia

En regardant ça je me suis dit qu'il était probablement superflus de vouloir recréer un spectre lumineux continu, et je me suis dit qu'il était certainement énergétiquement plus intéressant de faire un éclairage par LED à des fréquences de couleur bien choisies :) ! J'ai farfouillé sur le net pour savoir si quelqu'un avait déjà fait ce genre d'expérience mais ce ne fut pas très fructueux. J'ai bien trouvé quelques personnes qui disaient qu'il fallait faire pousser sous du rouge, d'autre sous du rouge et du bleue, mais aucune référence sérieuse pour étayer le propos. Devant ce manque d'information pour me guider dans le choix (dois-je prendre des LED bleues ? Rouge ? Un mélange des deux ?) j'ai pris la décision le plus "simple" : faire un test[3].

Le protocole de test est simple : je vais réaliser en même temps 5 cultures de graines issus d'un même lot et semés dans un même terreau. L'une de ces cultures sera laissée à la lumière naturelle, l'une sera plongée dans le noir total, et les trois autres seront respectivement éclairés exclusivement par une diode rouge, bleue, et UV[4].

Pour cette expérience je vais donc utiliser 4 pots en plastique noir. L'un sera directement retourné sur la culture qui ne doit pas avoir de lumière, et les trois autres seront préparés pour éclairer au mieux d'une unique couleur les cultures qu'ils recouvreront. La préparation est simple : j'ai recouvert les bords intérieurs de papier aluminium afin que le maximum de lumière atteigne les plants, j'ai planté une diode sur le fond du pot pour que ses connections soient accessible de "l'extérieur", et j'ai calibré une résistance série pour que chaque diode consomme autant de puissance électrique malgré la différence de chute de tension à leur bornes : Pot opaque vu du dessus. Intérieur d'un pot pour éclairage mono-couleur.

Pour garder les diodes allumées 12h par jour, et éteintes 12h par jour j'avais deux solutions : les allumer moi-même à heure fixe tout les matins et les éteindre tout les soirs; ou opter pour une méthode de feignasse et utiliser un microcontrolleur pour qu'il fasse ça à ma place. Bien évidemment j'ai opté pour la solution micro-controlleur (ce qui m'a permit de m'entrainer à la gestion des timers et des interruptions, ainsi que de constater que si je veux faire une "vrai" horloge un jour il faudra que j'utilise un chip RTC pour compenser la dérive de l'oscillateur interne du micro-controlleur[5]). Si vous êtes curieux vous pouvez aller jeter un oeil au code que j'ai mis en pièce jointe de ce billet, m'enfin il n'est pas très intéressant puisque 70% du code porte sur l'affichage et le réglage de l'heure (affichage réalisé par un afficheur 7 segment, et réglé par un unique bouton permettant d'avancer le temps).

Il ne reste donc plus qu'à mettre le terreau dans un grand bac en plastique, à y semer des lentilles vertes (parce que, de mémoire de classe de CP, ça pousse super facilement et rapidement ces trucs là) et à lancer l'expérience. Voilà donc à quoi ressemble le montage expérimental : Expérience en place.

Après une dizaine de jours les résultats sont surprenants :) !

Pendant la germination nous avons deux cultures qui ont nettement pris la tête : la culture obscure (!!), et la culture rouge. Ces deux cultures étant suivi de prêt par les cultures bleue et UV, elles-même tallonnées par la culture au soleil.

Une fois la germination effectuée et les premières feuilles sorties on assiste à un équilibrage des 5 cultures en termes de longueur de pousse (y compris de l'obscure donc !). La seule culture qui se détache nettement des 4 autres reste néanmoins l'obscure puisqu'au lieu d'avoir de jolis plants verts elle a des plants blanchatre qui ont un peu de mal à tenir vertical.

Si vous voulez plus de détails sur le déroulement précis de la pousse de chaque échantillon vous pouvez télécharger le fichier ZIP joint à cet article, il contient quasiment une photo pour chaque jour d'expérience.

A partir de cette expérience super simpliste les questions ouvertes sont pourtant nombreuses :

  • Pourquoi le pot obscur germe-t-il aussi vite ? Est-ce grace à l'effet "serre" du pot opaque qui augmente l'humidité ?
  • J'ai visé du bleue, du rouge, et de l'UV, qui sont tout les trois normalement assez bien exploités par la chlorophyle; cependant le relatif "match nul" au bout de l'expérience me fait penser que j'aurai pu tenter une culture sous lumière verte pour vérifier si, comme la théorie l'indique, j'aurai obtenu les même résultats que dans l'obscurité (ou pas ?!)
  • Mes cultures sous lumière artificielle ont poussé quasiment à la même vitesse que celle exposée à la lumière du jour; que se passe-t-il si je double la puissance lumineuse artificielle ? Et si je la divise par deux ?
  • J'ai imposé des cycles jours/nuit de 12h/12h à mes cultures sous lumière artificielle. Que se passe-t-il si j'accélère ou si je ralenti ce cycle ?
  • Enfin une question évidente : que se passe-t-il sur une durée de vie plus longue de la plante (là j'ai abandonné l'expérience avant la maturation complète des lentilles faute de parvenir à bricoler des serres opaques assez grandes) ? De même que se passe-t-il sur d'autres plantes (par exemple sur les tomates cerises et les drosera/nepenthes que je vise) ?

Enfin, en guise de conclusion, je constaterait la chose suivante : Chaque LED utilisait environ 54mW de puissance électrique (51.5mW pour le rouge, 54.4mW pour le bleue, et 57.8mW pour l'UV), les pots faisant 7x7cm à la base (mesure intérieure) on est donc sur une consommation de 11W/m² pour l'éclairage, c'est à dire une énergie consommée de 48kWh pour un an d'éclairage. Si on recoupe avec les infos de Wikipédia sur les panneaux solaires (à savoir qu'un m² de panneau solaire a une puissance d'environ 150Watt Crete et qu'en Europe 1Watt Crete permet de produire environ 1kWh/an[6]) on obtient qu'un panneau solaire de 1m² pourrait, sur une année, fournir assez de puissance (150kWh) pour éclairer environ 3m² de culture :) Intéressant, non ?

Notes

[1] J'ai mis "herbe de provence" mais en réalité internet est submergé de conseils pour faire pousser un tout autre type de plante (dont, perso, la méthode de pousse m'intéresse encore moins que celle des herbes de provence).

[2] j'ai été obligé par ma copine

[3] On peut également dire "expérience" pour faire plus scientifique.

[4] Référez-vous à la courbe d'absorbtion de la chlorophyle, vos verrez que le rouge vise un pic important sur la chlorophyle A, la bleue vise un pic important de chlorophyle B, et l'UV tape un plateau correcte pour la A et un peu la B

[5] Sur la durée de l'expérience, à savoir un peu plus de 10 jours, l'horloge de l'Atmega8 avait pris un peu plus d'une heure de décalage.

[6] Avec une forte variance, en gros entre 0.5 et 1.4