Hydroponie : l’essentiel à savoir sur la culture hydroponique

Principe de la culture hydroponique

L’hydroponie est un terme encore méconnu du grand public. Ce type de culture hors sol est pourtant le principal mode de production des fruits et légumes que nous consommons. Fraises, salade ou fleurs coupées sont pour trois-quarts cultivées de façon hydroponique. Jusqu’à 90% pour les tomates sous serre !

Tous les légumes de nos étals ou presque poussent donc baignés ou aspergés par une eau chargée d’éléments nutritifs. Contrairement aux cultures en terre, les plantes des cultures hydroponiques puisent en effet leur « nourriture » dans l’eau plutôt que dans le sol.

Un système de culture hydroponique est constitué au minimum de :

• Un ou plusieurs bac(s) de culture : il en existe de différents types plus ou moins sophistiqués (voir plus bas).
• Un substrat : destiné à maintenir les plantes en place, il doit être drainant, neutre et stérile comme des billes d’argiles, de la perlite ou de la fibre de coco.
• Des supports : souvent de simples paniers percés, qui offrent l’avantage d’être bien aérés et drainant de façon à éviter la stagnation d’eau
• Un système d’oxygénation pour chaque bac
• Une solution nutritive : l’eau dans laquelle ont été ajoutés différents minéraux sous forme ionique

Plus (éventuellement) :

• Une ou plusieurs pompes servant à faire circuler l’eau
• Un système de ventilation afin de conserver une température intérieure raisonnable
• Un système de refroidissement de l’eau d’irrigation
• Un système d’éclairage éventuel
• Des sondes de température, de contrôle du pH et de l’électro-conductivité…

Un mode de culture hors sol en plein essor

L’hydroponie est désormais une méthode de culture ultra-moderne, apte à répondre aux défis d’aujourd’hui : surpopulation, sécheresse, pollution… Mais les grandes serres high-tech ou les start-ups à l’origine de micro-fermes urbaines, installées sur un toit ou dans un container, ne font finalement que perfectionner un mode de culture simple. Difficile à croire : les premières fermes hydroponiques ont en effet plusieurs siècles. Certaines civilisations jardinaient déjà sur des structures flottantes, comme les chinampas, et certaines régions du monde continuent encore de pratiquer ce type de culture.

Plus surprenant encore, l’hydroponie pourrait constituer dans l’avenir la méthode de culture utilisée par les futures missions spatiales. La NASA envisage en effet sérieusement d’implanter des fermes hydroponiques sur mars. Des tests ont déjà eu lieu à bord de la station spatiale internationale par Thomas Pesquet lui-même, et d’autres le seront prochainement à bord de bases lunaires.

L’hydroponie, une technique décriée

1) Un mode de culture contre nature ?

Dans l’esprit de certains consommateurs, faire pousser un végétal ailleurs que dans la terre n’est pas un mode de culture naturel. Contre-nature l’hydroponie ? La question, qui en appelle d’autres sur l’écologie, et rejoint la nécessaire réflexion concernant toute notre chaîne de production alimentaire (élevage et agriculture intensive, approvisionnent des points de vente…) dépasse largement le cadre de cet article.
Sachez que certaines variantes de la culture hydroponique, comme la bioponie (lire plus bas), s’efforcent d’être plus vertueuses et davantage respectueuses de la nature en empruntant beaucoup des concepts de la permaculture.

2) Des fruits et légumes sans goût ?

Les tomates insipides vendues par la grande distribution comptent pour beaucoup dans la mauvaise réputation que traîne la culture hors sol. Contrairement aux idées reçues, le goût (ou l’absence de goût) d’un légume ne dépend que très peu du milieu dans lequel pousse ce légume.

Les facteurs qui influencent le plus fortement le goût sont :

• La variété : La grande distribution sélectionne les variétés hybrides les plus résistantes pour pouvoir supporter le transport et tenir en rayon jusqu’à leur achat par le consommateur. Ces variétés doivent aussi avoir le calibre et l’aspect visuel qui plairont aux acheteurs. Autant dire que le goût passe après.
• Le degré de murissement : Là encore, la grande distribution a besoin de fruits et de légumes cueillis avant maturation complète pour des questions de transport et de conservation. Au détriment du goût malheureusement, puisqu’un fruit cueilli trop tôt sera toujours moins riche en saveurs qu’un autre cueilli au bon moment.

Un fruit produit avec l’hydroponie peut donc être tout autant riche en goût que le même produit en pleine terre. Preuve en est, de nombreux chefs étoilés cuisinent des variétés hydroponiques, au goût exceptionnel, sans que ne leur soit reproché ce choix.

Qu’il s’agisse de la pire tomate de votre vie, ou de la meilleure que vous mangerez, toutes deux auront donc peut-être été cultivées hors sol !

Le goût ou l’absence de goût d’un légume ne dépend que très peu du milieu dans lequel pousse ce légume. La pire tomate de votre vie comme la meilleure aura peut-être été cultivée hors sol !

Avantages et inconvénients de la culture hydroponique

Quels avantages l’hydroponie offre-t-elle ?

1. Moins d’eau
   On estime que la culture hydroponique permet d’utiliser 10 fois moins d’eau que la culture en terre. À titre d’exemple, la culture d’un kilo de tomates en agriculture intensive conventionnelle nécessite 214 litres, contre seulement 20 litres pour la culture hydroponique. De quoi répondre efficacement au changement climatique et à la raréfaction des ressources en eau. De nombreuses régions désertiques ou en passe de l’être ce sont d’ailleurs déjà converties à la culture hydroponique.
2. La possibilité de cultiver sur terres polluées
   Parce que c’est un mode de culture hors sol, l’hydroponie permet de résoudre le problème des sols pollués. Aux Antilles, elle permet déjà de cultiver sur des terrains fortement contaminés par la chlordécone, ce pesticide cancérigène longtemps utilisés dans les bananeraies.
3. Libération d’espace (culture verticale)
   Libérée de la dépendance avec le sol, la culture hydroponique peut se développer à la verticale sans limite. De nombreuses fermes verticales voient le jour en ville et permettent notamment de faire face aux problèmes liés à l’agriculture intensive (pollution des nappes phréatiques, disparition des abeilles…). L’hydroponie permettrait de reboiser des terres agricoles tout en rapprochant les cultures des consommateurs finaux.
4. Croissance accélérée (meilleurs rendements)
   En délivrant précisément les nutriments nécessaires aux plantes, ces dernières se développent à un rythme beaucoup plus rapide que celles en terre.
5. Richesse nutritive
   Ce mode de culture est souvent associé aux légumes « sans goût » des supermarchés. Lorsqu’il est utilisé raisonnablement à partir de bonnes variétés, les fruits ou légumes sont tout aussi bons et plus concentrés en vitamines, nutriments… Comme dit précédemment dans cet article, des chefs étoilés n’hésitent plus à s’approvisionner chez des fermes hydroponiques (ou à s’y mettre eux-mêmes).
6. Moins d’intrants chimiques
   En poussant hors-sol, les végétaux évitent beaucoup de maladies transmises par la terre ou par des parasites en provenance du sol. L’utilisation de pesticides n’a donc plus d’utilité.
7. Plus de mauvaises herbes
   Arracher les mauvaises herbes est une tâche d’entretien longue et fastidieuse. L’hydroponie offre l’avantage d’empêcher le développement des adventices.
8. Des légumes propres, prêts à être consommés
   L’absence de terre de culture permet d’éviter d’avoir à nettoyer les racines. Sur certaines variétés comme la mâche, cela permet d’économiser de la main d’œuvre et de réaliser d’énormes quantités d’eau.
9. Ergonomie et économie d’entretien
   Le fait de cultiver sur des bacs surélevés évite au jardinier d’avoir à faire beaucoup d’efforts. Avec l’hydroponie, plus besoin de se baisser pour effectuer certaines tâches d’entretien pénibles comme le binage, l’arrachage des mauvaises herbes, etc. Plus besoin non plus de porter des sacs de terreaux ou de compost.

L’hydroponie a aussi quelques inconvénients :

1. Prix d’entrée élevé
   L’hydroponie nécessite un certain nombre d’équipements : bacs de culture, pompes, brumisateurs… Il faudra ajouter à ce matériel le prix des engrais et des produits d’entretien du système hydroponique. Les professionnels devront également estimer le coût énergétique nécessaire au chauffage, à la ventilation et à l’éclairage des serres.
2. Dépendance aux engrais industriels
   À la différence de la culture « traditionnelle », les plantes hydroponiques dépendent à 100% des nutriments que vous leur apportez. Or il est beaucoup plus simple d’utiliser des solutions nutritives déjà dosées en minéraux vendues dans le commerce. D’où une certaine dépendance vis-à-vis des fournisseurs d’engrais, que seule la bioponie permet de contrer (lire plus bas).
3. Écologiquement discutable
   Ce point rejoint les deux précédents : si la culture hydroponique permet de se passer des produits phytosanitaires, elle n’en est pas toujours plus écologique pour autant.
   Matériels en plastique, consommation énergétique… la culture hors sol a encore beaucoup d’efforts à faire pour améliorer son bilan carbone. Heureusement, de nombreux « cultivateurs hydroponiques » tentent d’améliorer la pratique grâce aux énergies renouvelables, mais aussi en rapprochant le lieu de production du consommateur final (fermes urbaines notamment).
4. Expertise et surveillance
   L’hydroponie est plus délicate à appréhender que les cultures en terre classiques. Vous devrez apporter à vos légumes les nutriments qui leur sont nécessaires en continu et régulièrement. Il faudra aussi que vous surveilliez chaque jour quelques paramètres que nous détaillons au paragraphe suivant : pH, oxygénation et température de l’eau… Un minimum de connaissances s’impose donc pour réussir.

Les paramètres à surveiller (engrais, pH, oxygène…)

1) L’oxygénation

Le taux d’oxygène dissous dans l’eau (OD) est le facteur le plus important de la culture hydroponique. Seul le maintien d’une bonne oxygénation du milieu permettra de maintenir les racines et vos plantes en bonne santé.

En cultivateur averti, vous savez sans doute qu’il n’est jamais bon de trop arroser ni de laisser les racines dans une eau stagnante. Celles-ci risquent de pourrir assez rapidement et seront incapable d’absorber les nutriments.

En cas de manque d’oxygène, vous observeriez les symptômes suivants :

• Des racines qui tentent de remonter en surface
• Une perte de vigueur des feuilles, leur jaunissement ou leur flétrissement
• Le développement de pourriture sur les racines

Quelles méthodes d’oxygénation ?

Pour cela, pas besoin d’aller chercher très loin ni de chercher trop cher : le matériel sera le même que celui utilisé pour oxygéner les aquariums :

• Pierre à bulles
• Flexible à air

Idéalement, la concentration en oxygène dissous à température ambiante devrait être comprise entre 7 et 10 PPM (partie pour millions), contre 5 à 7 PPM pour l’eau du robinet. Vous mesurerez ce taux d’OD à l’aide d’une sonde de mesure d’oxygène dissous.

Quels facteurs limiteront le taux d’oxygène dissous ?

1. Température de l’eau
   Le taux d’oxygène dissous dépendra surtout de la température du liquide. Une eau chaude augmentera le mouvement des molécules d’eau, qui se libèreront dans l’air et fera baisser la quantité d’OD. Pour cette raison, la température de l’eau dans laquelle baignent les racines ne devrait pas dépasser 20°C. Au-delà, vous devrez augmenter le niveau d’oxygénation. Notez par ailleurs qu’une eau trop chaude favorisera aussi le développement de bactéries nocives.
2. Salinité
   Une quantité élevée de sels dissous limitera le taux d’oxygénation. Veillez à utiliser une eau peu chargée en minéraux en dehors de ceux nécessaires aux plantes. Ne surdosez pas non plus vos nutriments. Sachez que les professionnels de l’hydroponie utilisent une eau purifiée par osmose inverse afin de limiter au maximum l’excès de sel.

2) L’apport en engrais (solution nutritive)

Quelle que soit la méthode de culture, les fruits et légumes ont besoin de s’alimenter, tout comme nous. Malheureusement, les éléments nutritifs nécessaires à leur croissance ne se trouvent pas en quantité suffisante dans l’eau du robinet. L’hydroponie implique donc de subvenir aux besoins des végétaux en leur apportant tout ce dont ils ont besoin.

Les besoins nutritifs sont souvent les mêmes d’une variété à une autre, bien qu’il puisse y avoir quelques écarts. En revanche, les quantités nécessaires en minéraux varieront selon le stade de croissance des plantes.

Parce qu’il n’est pas évident de savoir doser correctement cet apport de nutriments, vous trouverez des solutions nutritives prêtes à l’emploi en jardinerie ou sur des sites Internet spécialisés.

L’électro-conductivité pour mesurer la quantité de nutriments

Contrairement aux animaux, les plantes ne sont pas capables d’absorber de molécules complexes. Leur « nourriture » se limite à la liste de minéraux évoquée dans l’encart ci-dessus, absorbés par les racines sous une forme ionique. Autrement dit dans une forme minérale simple et assimilable : des ions.

Le bon dosage en nutriments est la principale difficulté à laquelle se frotteront les novices de l’hydroponie. Comment savoir si vos plantes ont suffisamment d’engrais à disposition ? En mesurant la conductivité électrique de l’eau !

Comme vu précédemment, les minéraux sont présents sous forme ionique. Rappelons qu’un ion est un atome qui a perdu ou gagné des électrons, il se retrouve alors « chargé » électriquement. Un testeur électronique sera capable de mesurer l’électro conductivité (EC) de la solution nutritive et d’évaluer sa concentration en ions, donc en minéraux.

Une conductivité électrique élevée indiquera un excès de nutriments. S’il n’est pas corrigé, ce surdosage pourrait empêcher la bonne absorption des minéraux par les racines et stresser les plantes.

3) Contrôle du pH

Les plantes ont une préférence pour certains niveaux de pH, cette valeur qui se mesure sur une échelle de 1 à 14 au moyen d’une bandelette de test. Certaines apprécient les milieux légèrement acides (pH inférieur à 7), d’autres légèrement basiques (pH supérieur à 7) ou alcalin (égal à 7).

En cas de déséquilibre avec leur plage de pH idéale, vos cultures auront du mal à assimiler les minéraux présents dans la solution nutritive.

L’effet tampon

Si le pH doit à ce point être surveillé – à l’aide d’une bandelette du même type que celles destiné au contrôle des piscines – c’est qu’habituellement le sol joue un « effet tampon ». C’est-à-dire que la terre aura la capacité de maintenir approximativement le même pH en « amortissant » par exemple une augmentation d’acidité due à un surdosage d’engrais.
En hydroponie donc hors sol, le moindre écart de pH pourrait être préjudiciable et devra être évité au maximum.
Les substrats eux-mêmes devront être « tamponnés », autrement dit leur niveau de pH devra avoir été neutralisé. Les substrats du commerce destinés aux cultures hydroponiques, par exemple les billes d’argiles, sont préalablement tamponnés.

Les différents systèmes hydroponiques

Il existe de nombreux systèmes hydroponiques permettant d’irriguer les cultures et de leur apporter les éléments nutritifs.

Certains sont très rudimentaires : les racines des plantes sont simplement en contact permanent avec une solution enrichie en nutriment. On parlera alors de systèmes passifs.

D’autres sont plus élaborés et soumettent les cultures à une irrigation active et régulière. Le plus souvent en laissant l’eau s’écouler sur la zone racinaire ou en aspergeant celles-ci à l’aide d’un propulseur d’eau (aéroponie).

Bioponie et aquaponie

La bioponie, une variante plus écologique de l’hydroponie

En culture bioponique, les minéraux entrant dans la composition de la solution nutritive ne sont plus d’origine chimique, ou issus de l’exploitation minière de gisements de phosphate et de potasse, mais organique.

La bioponie ou « hydroponie biologique » n’est donc pas une culture biologique au sens où nous l’entendons habituellement (l’hydroponie ne peut d’ailleurs pas recevoir le label « bio » réservé aux seules cultures en pleine terre). Seule change l’origine des minéraux qui permettent d’alimenter les plantes.

La matière organique qui fournira les minéraux peut au choix provenir de purin, de thé de compost, de lombricompost, d’urine, ou d’une autre origine, pourvu que celle-ci soit suffisamment riche en matières organiques ainsi qu’en minéraux essentiels (en particulier l’azote, le phosphore et le potassium).

En revanche, les minéraux contenus dans les matières organiques ne peuvent pas être assimilés tels quels par les plantes. Ils ne sont pas biodisponibles immédiatement et devront passer par un processus de minéralisation effectué par des bactéries dans un biofiltre.

La bioponie ou « hydroponie biologique » n’est pas une culture biologique – car l’hydroponie ne peut pas recevoir le label « bio » réservé aux seules cultures en pleine terre

Biofiltre

Le biofiltre est un peu le cœur du réacteur de la culture bioponique. C’est lui qui accueille les bactéries chargées de dégrader la matière organique en minéraux assimilables (ions) et évite aux déchets d’entrer en contact avec les racines des plantes.

Concrètement, ce filtre biologique prend le plus souvent la forme d’une boîte remplie de matériaux grossiers sur lesquels vont se développer les colonies bactériennes.

L’ensemencement en bactéries se fait le plus souvent tout seul, par l’air ambiant. Il aussi est fréquent d’enrichir la solution nutritive au moyen de Trichodermas, un champignon symbiotique qui va coloniser les racines et leur faciliter le processus d’absorption des minéraux.

L’aquaponie, ou l’hydroponie avec l’aide des poissons

L’aquaponie combine la bioponie précédente, avec l’élevage de poissons. Dans un système aquaponique, la matière organique qui servira de nutriments aux plantes après minéralisation par les bactéries, proviendra tout simplement des déjections des poissons, celles-ci étant très riches en azote, en potassium et en phosphore. Truite, saumon, tilapia, de nombreuses espèces de poissons se prêtent à ce système original.

Ce concept, s’il apparait simple sur le papier, peut s’avèrer assez compliqué à mettre en œuvre du fait du délicat équilibre entre le nombre de poissons nécessaires, le risque de maladies et la quantité de déjections produites.