,REPUBLIQUE DU SENEGAL DELEGATION GENERALE A...
,REPUBLIQUE DU SENEGAL
DELEGATION GENERALE
A LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
PRIMATURE
ET TECHNIQUE
SYSTEME DE CULTURE HYDROPONIQUE
POUR DES ETUDES DE PLANTULES
DE CEREALES
N o t e T e c h n i q u e
P . SIBAND
IngBnieur
d e r e c h e r c h e I R A T
DQtachB à 1’ISRA
Ddcembre 1 9 7 7
C e n t r e N a t i o n a l d e R e c h e r c h e s A g r o n o m i q u e s
de
Bambey
INSTITUT
SENEGALAIS DE RECHERCHES AGRICOLES
(1. S, A.
A.)
OESIJME
----------I
On se propose de mettre au point un dispositif de culture
hydroponique permettant
des btudos da d8but de cycle de cdrdale. Pour
cela
on se
pose un certain nombre
de conditions à satisfaire: mat6rie.l
simple de montage st d'utilisation, milieu do culture
suffisamment cons-
tant. On batit à partir des conditions de simplicit6 un dispositif que
l'on met au point on raisonnant les conditions de constance du milieu
a partir de différents paramètres:
Volume du vasc,fr8quence
de renouvel-
lement des solutions, nombre de plantules par vase.
Un exemple est traité.
2
1
- 1
NTRODUCTION
P o u r Q t u d i e r l a c r o i s s a n c e e t l ’ a l i m e n t a t i o n minerale d u m i l a u
cours
des premiers jours
de véqetation,
on a Qté
amen6 à mettre au
point
en 1974 un systeme de culture hydroponique qui réponde
aux contraintes de
n o s c o n d i t i o n s d e t r a v a i l e t
d e l ’ o b j e t d’etude.
L e s p r i n c i p a l e s c o n t r a i n t e s r e t e n u e s
s o n t l e s s u i v a n t e s :
- L,a. si m.p 1 ici& :
l e s v a s e s d o i v e n t &Itre
d e f a i b l e v o l u m e , s a n s n é c e s s i t e .
d’aeration, la fréquence de renouvellement
des solutions doit #tre mini-
male ;
les conditions de germination
ne doivent pas necessiter
un repiquage,
q u i , e n o u t r e , pourrait perturber le comportement
des plantules durant la
phase Etudiée.
- La constance : le milieu de culture
ne doit pas Evoluer trop fortement
au cours
de l’expérimentation (concentration,
volume de la solution) et le
nombre
de plantules
doit étre
suffisant pour intégrer
11het6rogQn6it6 de
l a p o p u l a t i o n vegétale, e t , bien sOr,
pour permettre
un echantillonnage et
d e s m e s u r e s precis ( m a t i è r e séche,
a n a l y s e s ) .
2 - DESCRIPTION D’UN DISPOSITIF (figure no
1)
Le dispositif se compose d’un vase et d’un tamis. Le vase est
constitué d’un tube en PVC soudé sur
une plaque de morne rnatiere. Il con-
t i e n t l a s o l u t i o n d o n t l a h a u t e u r n s d o i t p a s exceder
5 c m , a f i n d e p e r -
m e t t r e l a reoxyqénation
d u m i l i e u r a c i n a i r e p a r
s i m p l e d i s s o l u t i o n d e l ’ a i r
a l a s u r f a c e d e c o n t a c t .
Le tamis est une toile moustiquaire tendue entre
deux anneaux
c o n c e n t r i q u e s
decoupés d a n s l e morne t u b e que l e v a s e ; l ’ a n n e a u i n t e r n e ,
fendu,
e s t r e n t r e
e f o r c e
e t m a i n t i e n t l a t o i l e e n f a i s a n t r e s s o r t .
L a
m a i l l e
d e l a t o i l e d o i t permettra l e p a s s a g e d e s r a c i n e s .
L e m i l e s t s e m é
en poquets dans le tamis,
sur un lit de quartz, et recouvert
de quartz,
afin de rester
dans une ambiance suffisamaent humide apres arrosage.
Le
quartz
peut 6tre remplace par d’autres supports.
La germination,
c o n d u i t e a u l a b o r a t o i r e ,
e s t amorcde
p a r l ’ a r r o -
s a g e simultane d e t o u s l e s t a m i s à l a p i s s e t t e .
L ’ e x c é d e n t d’eau percale
-dans la salution du vase. On arrose
deux fois par jour
jusqu’à ce que les
r a c i n e s , t r a v e r s a n t l e t a m i s , a i e n t
a t t e i n t l a s o l u t i o r . P a r
l a s u i t e ,
le support, non arrosé, est sec et indemne de moisissures. Le milieu
de
c u l t u r e ,
m a i n t e n u 8 l ’ o b s c u r i t é ,
n’est pas envahi par les
algues.
3 - MISE AU POINT
O n s e f i x e u n s e u i l d e v a r i a t i o n d u m i l i e u 22. A i n s i , p0ur 5 =
20$, l’évapotranspiration
n e d o i t
p a s exceder 1 c m , e t l e s c o n c e n t r a t i o n s
d e s p r i n c i p a u x
Blérnents nf dn’vent p a s v a r i e r
d e p l u s d’un cinquieme d e
l e u r v a l e u r
i n i t i a l e . O n v e u t d é f i n i r l e s paramétres
d’experimentation.
31- Expression des contraintes
3 1 1 . Contrainte de niueau deneolution
,--r----r-iri**rJi-r------------
Entre les temps ‘to et tl, le volume de solution passe de Vo à
VI . . La condition est que :
Si n est le nombre de plantules par vase
P e le prélèvement
d’eau par
plantule
E l ’ é v a p o r a t i o n d i r e c t e
bv =
-(nPe + E)
I &AL= _
I
nPe + E
V
v o
i
312. Contrainte minérale
m..---m.--m.---..“-----
P o u r l e s o l u t é s , e n t r e to e t t l , l e c o n t e n u
d u vaee o n s
passe de mo à ml, l a c o n c e n t r a t i o n
e n s p a s s e d e CO a C l e t , s i Le pré-
levement d’une plantule en s est PS, on a : ,
m l = CoVo - nPs
et Vi = Vo - nPe - E
s o i t
lCl = fi= CoVo - nPs
V I
Vo - nPe - E
(2)
l
et
AC
nPs - covo _ ,
y-f-=
Co ( nPo+E-Vo)
( 3 )
l a c o n d i t i o n e s t :
L’equation ( 1 ) i n d i q u e q u e l a v a r i a t i o n r e l a t i v e
d u n i v e a u d e
solution est fonction de quatre parametres.
De même, la variation rcla-
t i v e dela concentration
e n s o l u t é s
e s t f o n c t i o n d e s i x p a r a m è t r e s :
e q u a t i o n ( 3 ) .
!
32- Demarche
L
T o u s l e s paramétres consideres
n e p e u v e n t p a s étre contràlés
totalement ou indépendamment.
Par exemple, l’évaporation E dépend de conditions ambiantes
( n o n entierement
contrblées
e n serre> e t
d e l ’ é n e r g i e intorceptee p a r 10
vase, c ’ e s t - à - d i r e e n p a r t i c u l i e r d e s a s u r f a c e ,
d o n c d e V o , s i l a h a u -
t e u r
e s t c h o i s i e . L e t a b l e a u s u i v a n t r é c a p i t u l e l e s p r i n c i p a u x f a c t e u r s
qui peuvent faire varier
chaque paramètre :
--
4
Paramétres
S i q l e s
Facte,u,rs de variation
Volume du vase
vo
Choisi
Concentration du soluté
CO
Choisie
Nombre de plantulos par vase
Choisi
Evaporation par vase
;
vo, conditions ambiantes,temps
Prelevement
d ' e a u p a r
1 phahtule
Pe
Taille de la p1antul.e'
conditions ambiantes, temps
Prdlèvement de solute
II
P S
CO, equilibre de la solution,
taille de la plantule
Conditions ambiantes, temps,
D'autres facteurs de variation ont et6 négliges, comme la liai-
son entre
n et E, Pe et PS. Si l'on admet cette approximation, on constate
que trois parametres
seulement peuvent @tre
choisis directement, et qu'une
fois ce choix fait, les trois autres peuvent btro i n d i r e c t e m e n t
modifias
par
10s conditions d'ambiance et le facteur temps
(frequence do renouvcl-
lement de la solution).
La concentration et les conditions d'ambiance, lorsqu’elles
sont
contrblables,
dependent directement
dos impératifs d’expérimentation, de
s o r t e q u ’ i l n o u s r e s t e u n e latitude de choix sur:
l)- lLe volume de la solution, que, pour des raisons
d'encombrement,on
c h o i s i r a l e p l u s p e t i t
p o s s i b l e .
2)- La frequence de renouvellement.
S)-
Le nombre
de plantulcs par vase , qui doit etre
compatible avec las
ngcessites d'échantillonnage et l’integration de la variation indivi-
duelle dans l'échantillon.
En definitive,
nous avons un système a trois dogres
de libertes,
et pouvons jouer sur
quatre variables: Volume Vo, temps entre
deux ronou-
vellement at, nombre de plantules
n et seuil de variation
accepte
!Y$
ces quatre variables
étant liées par
une inéquation.
La démarche consiste
donc à
en choisir trois et à vérifier si
la quatrieme
ainsi fixcje est compatible avec 10s imperatifs
d’experimen-
t a t i o n .
4- EXEMPLE
41 - Parametres déterminés par l’expérimentation
Les concentrations
initiales en N, P et K sont, dans les condi-
tions d’expérience :
Azote
GN
= 5 m6q x I
-1 d e N03-
Phosphore Cp
= 1 meq X ! -1
de H2 PO4-
-1
PotaSSiUm CK
= 2 méq x L
de K+
42- Paramètres
choisis
- Un vase de 500 ml
vo = 0,5 1
- Un renouvellement quotidien
-
Une variation
acceptable de 20 $
s = 20 $3.
5
43- Parametres mesurés
Dans nos conditions d'cxperimentation, une culture d’environ
40 Plantes par vase a absorbe
durant le nouvieme jour de végetation
(mesure par
différence de contenu apres
huit jours et après
neuf jours) :
-3
Pe z
-1
1,35 x 10
1. X plante
X j o u r
-1
-1
Azote
=
PN = 1,44 X IO-*meq X plante
X j o u r
-1
Phosphorez
-4
Pp = 8 X10
II
11
il
Potassium= PK = 7,2 x
10 -3
1,
II
1,
Enfin, l'évaporation est :
E = 3,3 x 10 -2 1.. X vase -1 x jour -1
44- Détermination de n
Les parametres
Permettent da calculer
&V
et &I
en fonction
V
c
de n, fonctions respectivomon,t
linéaire et homographique, d’apres les
équations (1) et (3).
On a reporte
les donnees ainsi calculées sur
le graphique de Pa
figure 2.
- En absence de plante, seule l'évaporation fait Bvolucr le
systema.
Le volume çdonc la hauteur) de solution baisse de 6,6$, les concentra-
tions se sont Qlevees en conséquence.
-
En presonce
de plante, l'evolution de la concentration
depend des
vitesses comparées
d'absorption de l'eau et de lt81ement. Le phosphore,
moins vite absorbe quo l'eau dans ces conditions tend à se concentrer.
Au contraire, l’azote
09 le potassium, plus intensement absorbes,
voient
leur concentration baisser
dans la solution.
Si
l'on ne veut
pas depasser le
seuil de variation
K de 205, par
exemple, il
ne faudra pas, au 9e jour,
de densité
de population excedant
50 plantules par vase,
seuil au-delà duqucl le volume de solution et la
concentration
en potassium s'ecartent trop
de l'état initial.
Remarque
: Pour un seuil plus sévère, c’est la consommation
d'eau qui
sera determinantc, pour
un seuil
moins contraignant
, c'est la concontra-
tion en potassium qui atteindra la Premiere
le seuil.
h
4 5 -
CompatZibilEté
Le nombre
de 50 plantulos correspond
B un échantillon suffisant
pour Eliminer l’hétérogénéité
individuelle. La matière
sèche recueillie
pour 50
plantulos au bout de 9 jours
est, dans notre
exemple, de :
876
mg pour les parties aeriennes
213 mg pour les racines
60
mg pour les grains,
L'échantillon d'un vase est suffisant pour constituer
une répe-
tition si l'on fait unc étudo de croissance pondérale, il est insuffisant
pour
une tstudc de mobilisation poursuivie
jusqu'à 9 jours,
qui necossito
pour analyse davantage de matibre sèche.
6
Remarque:
en dehors du jeu possible sur ,les parambtres contrblables, on
peut tourner
la diffiçultKon~'c"onstituant une rBpr$tition de
plusieurs vases.
5 - CONCLUSION
Le disphsitif de culture mis au ptiint tente de concilier un
certain nombre d'exigences contraires,
en s'appuyant sur uns d8marche sys-
tématique.
Pour la plupart des
Etudes que nous avons ou à fairs’sur 10
dt3but de cycle du mil on milieu contr816,
l'utilisation de vases de 500ml
paraissait
satisfaisants, avec un renouvellement
quotidien ou apr&s doux
ou trois jours pour le premier
apport.
.
I.
,
F i g u r e ‘l
Le schéma montre le mode de montage des tamis et un8 coups
d u d i s p o s i t i f e n c o u r s d e Culture.
1 .
On decoup’e 3 anneaux dans le meme tube :
b
- L a p a r o i d u v a s e ( 6 - 7 c m
.
.de h a u t ) q’ui e.st s o u d é 8 .sur u n e p l a q u e
- L’anneau externe (environ 1 cm)
?
- L’anneau interne (environ 1,5 cm) dont on decoupe une partie de cir-
confgrence ( e n v i r o n 1
c m ) . Depassant de l’anneau externe aprss mon-
t a g e , i l p e r m e t a u t a m i s d e s ’ e n c a s t r e r lagèrement
d a n s l e v a s e .
2.
On pose un carré de toile moustiquaire
en synthétique, largement dimen-
sionne,
s u r
lU.anneau e x t e r n e .
- L ’ a n n e a u i n t e r n e , r e s s e r r e , e s t
p o s é s u r l a
t o i l e e t r e n t r é B f o r c e
jusqu’au fond de l’anneau externe.
- L e t a m i s e s t a l o r s retourn6,
e t
l ’ a n n e a u e x t e r n e g l i s s é p a r p e r c u s -
s i o n jusqu’a l a p a r t i e supgrieure d u
t a m i s .
-
L a b o r d u r e
d e l a t o i l e e s t a j u s t é e
a u r a s
d u PVC p a r d é c o u p a g e .
P
-
*
.
c
L