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Évaluation du potentiel de croissance et de rendement d’une culture de tomates biologiques cultivées dans
une serre climatisée à l’aide d’un système géothermique
Mémoire
Johane Méthot
Maîtrise en biologie végétale
Maître ès sciences (M.Sc.)
Québec, Canada
© Johane Méthot, 2016
Évaluation du potentiel de croissance et de rendement d’une culture de tomates biologiques cultivées dans
une serre climatisée à l’aide d’un système géothermique
Mémoire
Johane Méthot
Sous la direction de :
Damien de Halleux, directeur ou directrice de recherche
Martine Dorais, codirecteur ou codirectrice de recherche
iii
Résumé
Ce projet visait à comparer les effets agronomiques d’une serre de tomates biologiques semi-fermée
utilisant un système de climatisation par géothermie comparativement à une serre ouverte. Deux
serres de 228 et 230 m2 ont été équipées d’un système d’échangeur d’air avec géothermie qui
refroidissait et déshumidifiait l’air (serre semi-fermée) et d’un système de ventilation naturelle (serre
témoin). Ces dernières ont été comparées au cours des années 2012 et 2013 entre lesquels les
traitements ont été permutés. Les variables mesurées étaient les paramètres de croissance des
plants ainsi que le rendement, le calibre des fruits et les propriétés physico-chimiques des tomates.
Les résultats ont démontré que le système de climatisation n’a pas eu d’effets significatifs sur la
croissance des plants, la qualité des fruits ainsi que le rendement. Les deux serres avaient des cibles
de concentration en CO2 comprises entre 450 µL L-1 et 1000 µL L-1 selon l’ensoleillement. Les
quantités de CO2 injectées ont été de 11 kg/m2 et 15 kg/m2 respectivement en 2012 et 2013 dans la
serre semi-fermée alors qu’elles ont été de 24 kg/m2 et 25 kg/m2 dans la serre témoin. Bien qu’ayant
nécessité moins d’injection, la serre semi-fermée a permis de conserver des concentrations en CO2
de 638 µL L-1 en 2012 et de 593 µL L-1 en 2013. Ces concentrations sont plus élevées que celles
obtenues dans la serre témoin qui étaient respectivement de 385 µL L-1 et 486 µL L-1 en 2012 et
2013. De ce fait, le coût monétaire associé à l’enrichissement carboné a été de 1,6 à 2,0 fois plus
élevé dans la serre témoin que dans la serre semi-fermée.
iv
Abstract
This project aims to compare the agronomic effects of an organic tomato semi-closed greenhouse
that was fitted with a geothermal air conditioning system to a naturally ventilated greenhouse. Two
greenhouses of 228 and 230 m2 were equipped with an air exchanger system using geothermal to
cool and dehumidify greenhouse air (semi-closed greenhouse) and natural ventilation (open
greenhouse). Comparisons were made during 2012 and 2013 when treatments were permutated.
Parameters such as plant growth, yield, fruit caliber and physico-chemical properties were measured.
The results demonstrated that the geothermal system has no significant effect on these parameters.
The two greenhouses had CO2 concentration targets between 450 µL L-1 and 1000 µL L-1 depending
on solar radiation. The quantity of CO2 injected was 11 kg/m2 and 15 kg/m2 in 2012 and 2013 in the
semi-closed greenhouse respectively as compared to 24 kg/m2 and 25 kg/m2 in the open greenhouse
for the same period. Although CO2 is less injected in the semi-closed greenhouse, concentrations
were kept at 638 µL L-1in 2012 and 593 µL L-1in 2013. These concentrations were higher than those
obtained in the open greenhouse which were respectively 385 µL L-1and 486 µL L-1in 2012 and
2013. Associated cost of carbon enrichment, was therefore 1,6 to 2,0 higher in the open greenhouse
than the semi-closed greenhouse.
v
TABLE DES MATIÈRES
Résumé .............................................................................................................................................. iii Abstract ............................................................................................................................................. iv TABLE DES MATIÈRES ..................................................................................................................... v LISTE DES TABLEAUX .................................................................................................................... vii LISTE DES FIGURES ...................................................................................................................... viii Remerciements ................................................................................................................................. ix Introduction générale ........................................................................................................................ 1 Chapitre 1. Revue de littérature ........................................................................................................ 2
1.1 Les différents types de serres .................................................................................................... 2
1.2 Gestion du climat ....................................................................................................................... 4
1.2.1 La température .................................................................................................................... 4
1.2.2 Le DPV................................................................................................................................ 5
1.2.3 L’enrichissement en CO2 .................................................................................................... 7
1.3 Qualités physiques et chimiques des tomates ........................................................................... 9
1.3.1 Qualités chimiques .............................................................................................................. 9
1.3.2 Qualités physiques ............................................................................................................ 10
1.4 Hypothèses de recherche ........................................................................................................ 12
1.5 Objectifs de recherche ............................................................................................................. 12
Chapitre 2. Matériel et méthodes .................................................................................................... 13
2.1 Description des serres ............................................................................................................. 13
2.2 Système de géothermie ........................................................................................................... 13
2.3 Régie de culture ....................................................................................................................... 15
2.4 Gestion du climat ..................................................................................................................... 16
2.4.1 Injection de CO2 ................................................................................................................ 16
2.4.2 Ventilation et chauffage..................................................................................................... 18
2.5 Données de croissance, de rendement et de calibre ............................................................... 18
2.6 Analyses physico-chimiques des fruits (qualité gustative et nutritive) ...................................... 20
2.7 Évaluation de la photosynthèse ............................................................................................... 22
2.8 Analyses statistiques ............................................................................................................... 22
Chapitre 3. Résultats ....................................................................................................................... 24
3.1 Conditions climatiques ............................................................................................................. 24
3.2 Croissance des plants .............................................................................................................. 30
vi
3.3 Rendement et calibre des fruits ............................................................................................... 32
3.4 Analyses en composantes principales (ACP) .......................................................................... 32
3.5 Propriétés physiques des fruits ................................................................................................ 43
3.6 Propriétés chimiques des fruits ................................................................................................ 44
Chapitre 4.Discussion ..................................................................................................................... 46
4.1 Conditions climatiques ............................................................................................................. 46
4.2 Données de croissance ........................................................................................................... 48
4.3 Rendement et calibre des fruits ............................................................................................... 49
4.4 Propriétés physiques des fruits ................................................................................................ 50
4.5 Propriétés chimiques des fruits ................................................................................................ 51
Conclusion ....................................................................................................................................... 52 Bibliographie .................................................................................................................................... 54 Annexe A. Données chimiques ....................................................................................................... 59 Annexe B. Données de photosynthèse .......................................................................................... 61
vii
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1. Calendrier de production des années 2012 et 2013. ........................................................ 15 Tableau 2. Mesures et fonctions des paramètres de croissance recueillis. ....................................... 19 Tableau 3. Données de climat des serres pour 2012 et 2013. ........................................................... 26 Tableau 4. Quantité et coûts liés à l'injection de CO2. ........................................................................ 28 Tableau 5. Données de croissance des plants de tomate selon le type de serre pour 2012 et 2013. 31 Tableau 6. Rendement des cultures et calibre des fruits selon le type de serre pour 2012 et 2013. . 32 Tableau 7. Fermeté des fruits selon le type de serre pour 2012 et 2013. .......................................... 43 Tableau 8. Données de colorimétrie des tomates selon le type de serre pour les 2012 et 2013. ...... 44 Tableau 9. Degré Brix des fruits selon le type de serre pour 2012 et 2013........................................ 45 Tableau 10. Données chimiques analysées en 2013. ........................................................................ 59 Tableau 11. Analyses minérales des fruits récoltées en 2013. .......................................................... 60
viii
LISTE DES FIGURES
Figure 1. Serre prototype semi-fermée climatisée grâce au système de géothermie en 2012. .......... 14 Figure 2. A) Système de tuyauterie menant l’eau du puits vers les ventilateurs à serpentin.
B) Système de ventilation contenant les ventilateurs à serpentin. ...................................... 14 Figure 3. Cible de CO2 désirée pour les deux types de serre. ........................................................... 17 Figure 4. Concentration hebdomadaire moyenne en CO2 (pendant la période d’ensoleillement). ..... 27 Figure 5. Concentration hebdomadaire moyenne en CO2 (10h à 14h). ............................................. 27 Figure 6. Courbe de réponse de la photosynthèse à la concentration en CO2 dans l’air ambiant. .... 28 Figure 7. Concentration en CO2 moyen (pendant la période d'ensoleillement). ................................. 29 Figure 8. DPV hebdomadaire moyen ................................................................................................. 30 Figure 9. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2012 et 2013 (CP 1 et 2). ........................................................................................ 34 Figure 10. Répartition des périodes de l’année sur les CP 1 et 2 pour 2012 et 2013. ....................... 35 Figure 11. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2012 et 2013 (CP 3 et 4). ........................................................................................ 36 Figure 12. Répartition des traitements sur les CP 3 et 4 pour 2012 et 2013. ..................................... 37 Figure 13. Répartition des deux années d’expérimentation sur les CP 3 et 4. ................................... 37 Figure 14. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2012 (CP 1 et 2). ..................................................................................................... 38 Figure 15. Répartition des périodes sur les CP 1 et 2 pour 2012. ...................................................... 39 Figure 16. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2012 (CP 3 et 4). ..................................................................................................... 40 Figure 17. Répartition des traitements, périodes et semaines sur les CP 3 et 4 pour 2012. .............. 41 Figure 18. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2013 (CP 1 et 2). ..................................................................................................... 42 Figure 19. Répartition des traitements, périodes et semaines sur les CP1 et 2 2013. ....................... 43 Figure 20. Analyses chimiques des fruits pour les deux traitements pour 2012 et 2013. ................... 44 Figure 21. Taux de photosynthèse nette en fonction de l’intensité lumineuse (PPFD, µmol m–2 s–1) d’une feuille de tomate. ...................................................................................................................... 61
ix
Remerciements
Je tiens à remercier mon directeur Damien de Halleux ainsi que ma co-directrice Martine Dorais pour
m’avoir donné la chance de travailler sur ce projet stimulant. Cette opportunité est pour moi un élan
vers ma carrière de biologiste.
Il m’importe aussi de remercier l’équipe des Serres Jardins Nature sans qui le projet n’aurait pas pu
avoir lieu. Tout particulièrement, merci à François Bouchard, Marie-Hélène Rondeau ainsi que Samia
Bouzid de m’avoir si bien accueillie.
Au sein de l’équipe de l’Université Laval, je remercie Réjean Bacon, Claudine Ménard et Mireille
Thériault qui m’ont aidé au niveau technique afin de bien avancer dans ma maîtrise et peaufiner mes
analyses. Merci aussi à Steeve Pepin, sans qui, je n’aurais pas su faire toutes ces courbes de
réponse à la lumière et au CO2.
Merci à Jacques Thériault qui nous a aidé au niveau de la gestion des serres et qui a toujours été
disponible afin de répondre à mes questions au niveau agronomique. De plus, l’aide de Marise
Vallières était essentielle lorsque j’avais des questions au niveau de l’ingénierie car c’est elle qui a
fait la première partie de cette recherche. Je la remercie pour le temps qu’elle a consacré à
m’expliquer le fonctionnement du système de géothermie.
Finalement, je tiens à souligner l’aide financière de la grappe agroscientifique d’Agriculture et
Agroalimentaire Canada sur les productions biologiques ainsi que le programme Mitacs Accélération.
1
Introduction générale
La tomate (Solanum lycopersicum L.) est un légume qui tient son origine de l’Amérique du Sud. Au
cours de l’histoire, les récoltes systématiques effectuées par les sélectionneurs de tomates lui ont
permis d’améliorer sa productivité (Raven et al., 2007). La sélection faite par l’homme a amené ce
fruit à être cultivé partout sur la planète que ce soit en plein champ ou en serre. La pomme de terre
et la tomate, toutes deux de la famille des solanacées, sont les deux légumes les plus cultivés au
monde. Contrairement à la pomme de terre, la tomate est un fruit intéressant à cultiver en serre et sa
culture sous abri prend de plus en plus d’importance.
D’année en année, les productions de fruits et légumes en serre ne cessent d’augmenter au Canada.
En 2011, les revenus canadiens de cette industrie ont totalisé 1,1 milliard de dollars. De 2010 à
2011, la superficie totale des serres dédiées à la production de fruits et légumes est passée de 1180
à 1230 hectares (Morin et al., 2011). La population canadienne étant en croissance, il importe que
les technologies s’améliorent afin de combler la demande croissante pour des légumes de haute
qualité et cultivés localement. La production sous serre permet de répondre à cette demande des
consommateurs et permet de récolter des fruits pour une période de plus de neuf mois par année.
La production en serre amène plusieurs défis pour les producteurs dont ceux d’augmenter les
rendements, d’atteindre une qualité conforme aux attentes commerciales, de diminuer le coût
d’énergie et de diminuer leur impact environnemental (Urban et Urban, 2010). Les producteurs
tentent donc d’améliorer constamment la performance de leurs serres afin de rester compétitifs. Pour
ce faire, ils utilisent de l’instrumentation et des systèmes de haute technologie. Par exemple, une des
façons d’augmenter la productivité des cultures est l’enrichissement des serres en CO2. Afin de
confiner ce gaz à l’intérieur des serres, les producteurs tentent de maintenir les toits fermés au
maximum en développant non plus des serres ouvertes avec ventilation naturelle mais des serres
fermées ou semi-fermées possédant d’autres stratégies de refroidissement. Ces types de serres sont
construits en Europe et dans l’Ouest canadien depuis quelques années. Ce projet est l’un des
premiers à vérifier l’impact agronomique d’une serre semi-fermée située au Québec et sous régie de
culture biologique, utilisant un système de géothermie et d’échangeur d’air pour le maintien d’un
climat optimal.
2
Chapitre 1. Revue de littérature
1.1 Les différents types de serres
Une serre traditionnelle est une serre qui est ventilée par l’ouverture des châssis. Ce type de serre se
refroidit et se déshumidifie en laissant échapper l’air chaud et humide par le toit. Afin d’avoir plus de
contrôle sur le climat des serres, des serres fermées ont été construites. Ces serres ne permettent
pas la ventilation par les toits. Ainsi, l’air externe ne peut pas venir influencer le climat interne. De
plus, les organismes indésirables n’ont pas accès à l’intérieur de ces serres ce qui permet une
diminution des parasites. Les serres fermées ont toutefois comme inconvénient de posséder une
température et un taux d’humidité plus élevés que les serres traditionnelles. Des systèmes de
climatisation doivent donc être ajoutés aux autres systèmes déjà nécessaires aux serres
traditionnelles. La serre semi-fermée, quant à elle, se veut être un compromis entre la serre
traditionnelle et la serre fermée. Elle est dotée d’un système de climatisation afin de garder les
châssis des toits fermés la grande majorité du temps. Toutefois, lorsque la température devient trop
élevée, les châssis peuvent s’ouvrir afin de laisser s’échapper l’air chaud et humide.
Par définition, une serre a pour objectif de procurer des conditions climatiques propices à la
croissance des plantes, et ce sur une période allongée et continue. Le fait que les serres soient
abritées amène un climat différent de celui connu en plein air. Le rayonnement solaire et la vélocité
de l’air y sont diminuées, la température et la pression de vapeur d’eau augmentent alors que la
concentration de CO2 est difficile à garder constante (Kempkes et al., 2000). Ainsi la gestion du
climat interne d’une serre est un art que les chefs de cultures doivent maitriser afin de s’assurer que
la production atteigne la qualité et la rentabilité désirées. En effet, les paramètres climatiques tels
que la concentration en CO2, le déficit de pression de vapeur (DPV), la température de l’air et le flux
de photons photosynthétiques (CFPP) peuvent être modifiés afin d’optimiser la productivité des
cultures.
De plus, les coûts reliés aux besoins énergétiques des productions en serre étant de l’ordre de 10 à
15% (Tantau et al., 2011) plusieurs solutions ont été proposées afin de diminuer le coût de
chauffage. Par exemple, l’utilisation de verres doubles et de toiles thermiques ainsi que l’élaboration
3
d’algorithme de contrôle sont des solutions efficaces (Tantau et al., 2011). Cependant, la
construction de serres fermées tend aussi à diminuer les coûts d’énergie en raison de sa fermeture
de toits qui amène la serre à être moins sensible aux variations environnementales externes à la
serre. De plus, une serre fermée peut réduire l’utilisation des combustibles fossiles de 25 à 33%
comparativement aux serres ouvertes (de Gelder et al., 2012). Aux Pays-Bas, alors qu’une serre
fermée a permis de diminuer de 19% le besoin en énergie, une serre gérée en combinaison de serre
ouverte et fermée en a fait économiser 33% (Opdam et al., 2005). La raison pour laquelle l’économie
était moins importante dans la serre fermée vient du fait que la demande en climatisation y était plus
importante que dans la serre semi-fermée car celle-ci permettait à une partie de la chaleur de
s’échapper lors de l’ouverture des toits. Dans une étude menée aux Pays-Bas, une serre semi-
fermée a permis d’apporter la meilleure économie et d’augmenter de 8,4% le profit net (Ooster et al.,
2012). D’importantes études se font, principalement en Europe, afin de développer des serres à
faible demande en énergie. Une d’elles est le projet ZINEG (Zukunfts Initiative Niedrig Energie
Gewächshaus) qui est un rassemblement de projets de recherche combinant plusieurs technologies,
financé par le ministère de l’agriculture en Allemagne. Ce projet vise à étudier l’effet des verres
doubles, des écrans thermiques, de l’utilisation de l’énergie solaire, de l’élaboration d’une stratégie
de contrôle, du suivi des signaux phytosanitaires, des cultures séquentielles avec des exigences de
température adaptées et l’évaluation économique et écologique du système (Tantau et al., 2011).
Un des buts poursuivis par les producteurs lorsqu’ils bâtissent des serres fermées et semi-fermées
est de conserver le CO2 dans les serres et ainsi accroître les rendements. En effet, dans une serre
ouverte, il faut injecter du CO2 pour compenser la perte par ventilation. La réduction des émissions
de CO2 étant un des objectifs du protocole de Kyoto de 1997, plusieurs chercheurs européens ont
fait des études sur les serres fermées ou semi-fermées. En autres, aux Pays-Bas, l’objectif est de
diminuer de moitié l’émission de CO2 dans le secteur de l’horticulture de 1990 à 2020 (Dieleman et
al., 2010). De plus, les serres fermées permettent un contrôle indépendant de la température, de
l’humidité et de la concentration en CO2 tant au moment du chauffage que pendant le refroidissement
alors que ce phénomène est impossible à réaliser dans les serres ouvertes (de Gelder et al., 2012).
Dans une serre semi-fermée, différents systèmes de refroidissement peuvent être utilisés pour
maintenir la température de l’air sous des seuils acceptables (thermopompe, rideau d’eau,
4
géothermie,…). Un plus haut niveau de contrôle de la ventilation peut couvrir une plus large portion
de la demande en refroidissement et de déshumidification mais cette technique amène des pertes
considérables de chaleur qui aurait pu être stockée (Vadiee et Martin, 2013). Des serres semi-
fermées sont donc maintenant construites avec des systèmes de chauffage géothermique qui
entreposent la chaleur dans des puits (réservoir d’énergie thermique aquifère) et font l’objet de
certaines études telle que celle menée par Yang et Rhee (2013) qui évaluent la performance de ce
type serres.
Une étude menée aux Pays-Bas utilisant des serres semi-fermées a permis de constater que ce type
de serre donnait des fruits de meilleure qualité (Farneti et al., 2013). En outre, les serres semi-
fermées ont produit des fruits plus lourds et moins matures, c’est-à-dire plus fermes au moment de la
récolte. Ce résultat pourrait venir du gradient vertical de température et de la concentration de CO2.
Ces deux paramètres affecteraient la synchronisation entre la couleur et la fermeté permettant
d’obtenir des fruits plus fermes au moment de la commercialisation. En moyenne, dans cette étude,
la serre ouverte maintenait une température 0,5 à 1°C plus haute que les serres semi-fermées
étudiées. Toutefois, les serres semi-fermées amènent des défis tels que le contrôle du climat, le
choix d’un système efficace et convenable, le besoin de nouvelles structures et de matériaux
isolants, l’investissement et les nouvelles méthodes non familières de gestion de culture pour les
chefs de culture (Vadiee et Martin, 2012). En d’autres termes, ces serres amènent un défi multi
disciplinaire.
1.2 Gestion du climat
1.2.1 La température
En général, une augmentation de 1°C de la température de l’air dans une serre augmente de 0,05%
la formation de grappe hebdomadaire (Dorais et al., 2001). Cependant, en climat nordique, la
demande en chauffage dans les serres commerciales représente de 65 à 85% de la demande
énergétique totale (Vadiee et Martin, 2014). Dans une serre dans laquelle les toits ouvrent moins
souvent (serres fermées ou semi-fermées), la température a tendance à augmenter plus rapidement
puisque l’air chaud ne s’échappe pas ou peu par les toits, ce qui permet une économie de chauffage.
Toutefois, pour un plant de tomate, une augmentation de la température au-dessus de 26°C
5
influence négativement le développement du plant en commençant par le ralentissement du rythme
de nouaison (Heuvelink et al., 2008). De plus, la température peut avoir différents effets selon le
stade auquel se trouvent les organes du plant. Par exemple, une augmentation de température
pendant le bourgeonnement n’aura pas d’effet sur le temps de maturation du fruit. Toutefois, une
augmentation de ce paramètre pendant les phases plus tardives de développement du fruit aura
comme effet de diminuer le temps de maturation (Adams et al., 2001). En effet, une augmentation de
la température augmente le taux de croissance mais ce phénomène est compensé par une période
plus courte de croissance pouvant conduire à un calibre de fruits plus petit. Alors que le rendement
est déterminé principalement par la quantité de lumière captée et la répartition des assimilats, la
température, quant à elle, affecte la répartition des assimilats entre les organes végétatifs et
reproductifs (Van Der Ploeg et Heuvelink, 2005).
Puisque la capacité de production des plants diminue si la température se situe au-delà de la
température optimale que le plant peut supporter, plusieurs technologies existent pour refroidir les
serres (Munoz et al., 2012). La position des unités de refroidissement a un impact tout comme celle
des unités de chauffage sur le gradient de température vertical. La position du chauffage a peu ou
pas d’effet sur l’évaporation totale mais influence la distribution de l’évaporation (Kempkes et al.,
2000). De plus, le risque de gradient de température est plus important au moment le plus ensoleillé
de la journée (Opdam et al., 2005; Qian et al., 2012b). Afin de diminuer les problèmes causés par les
gradients de température, une équipe canadienne a réussi à obtenir un climat dans lequel les
températures extrêmes étaient presque toutes éliminées dans une serre fermée. Ils y sont parvenu
en utilisant le système de modulation d’énergie thermale TRNSYS qui calculait à chaque minute les
paramètres climatiques de la serre fermée afin d’optimiser l’utilisation de leur système de chauffage
par ventilateurs à serpentins utilisant l’eau d’un réservoir d’énergie thermique aquifère (Wong et al.,
2011). De plus, dans cette étude, une serre fermée de 7300 m2 aurait permis une économie de
497 000$ par an grâce à l’utilisation des systèmes TRNSYS et de la géothermie.
1.2.2 Le DPV
La mesure de l’humidité relative est souvent utilisée car elle représente la pression partielle de
vapeur d’eau sur la pression de vapeur saturante. Toutefois, cette unité étant relative à la
6
température, il est préférable d’utiliser le DPV pour évaluer l’humidité d’une serre. Cette mesure
s’obtient en calculant la pression de vapeur de l’air à saturation et en y soustrayant la pression de
vapeur de l’air.
DPV = PVsat – PVair Où : DPV : Déficit de pression de vapeur (kPa) PVsat : Pression de vapeur saturée (100% humidité relative) à la température de l’air (kPa) PVair : Pression de vapeur ambiante à la température de l’air (kPa)
En raison de leur fermeture de toit plus fréquente, les serres fermées et semi-fermées ont tendance à
voir leur taux d’humidité plus élevés comparativement aux serres traditionnelles. Ainsi, il faut tenter
de conserver un DPV situé entre 0,3 et 0,7 kPa afin de ne pas affecter le plant ou d’éviter
d’augmenter les risques de problèmes phytosanitaires (Discussion avec Damien de Halleux, 2013).
Une étude menée à l’Université Laval a démontré qu’un DPV passant de 0,97 à 0,4 kPa jour/nuit fait
diminuer le rendement en fruits total de 32% et diminuer de 41% le rendement en fruits vendables
(Iraqi et al., 1997). En effet, si le DPV diminue, la situation peut être critique si la température des
fleurs diminue sous le point de rosée, il peut y avoir de la condensation et une diminution de la
pollinisation (Dannehl et al., 2012b). De plus, si le producteur réussit à garder un DPV suffisamment
haut, il produira des fruits plus fermes, plus juteux, moins farineux et moins difformes (Dorais et al.,
2001). Un DPV plus bas que 0,2 kPa peut faire diminuer le taux de transpiration et ainsi diminuer
l’apport en eau et en nutriments (Qian et al., 2011). Dans une étude menée aux Pays-Bas, le DPV
avait une tendance à être plus haut dans la serre ouverte que dans la serre semi-fermée sur une
base journalière (Qian et al., 2012b). De plus, dans une serre fermée, il arrive que la transpiration
soit diminuée car la résistance à la diffusion gazeuse de la couche limite des feuilles devient
supérieure à celle des stomates lorsque les mouvements d’air sont faibles (Urban et Urban, 2010).
Dans l’étude de Qian et al. (2012b), une serre semi-fermée climatisée par injection par le bas, a
présenté un gradient de température vertical de 5°C alors que celui de la serre ouverte était de 1°C
en période de rayonnement. Dans cette étude, alors que la serre ouverte ne présentait pas de
gradient de DPV vertical, plus le rayonnement extérieur était important, plus un gradient de DPV
vertical se formait dans la serre semi-fermée. Dans cette dernière, le DVP était plus bas de 0,7 kPa
dans le haut du plant que dans le bas de celui-ci. (Qian et al., 2012a).
7
1.2.3 L’enrichissement en CO2
Lorsque la lumière est suffisante, le plus souvent au printemps et en été, le facteur limitant de la
plante est le CO2. La compétition amenant les producteurs à devenir les plus performants et les plus
compétitifs possible, le succès commercial passe maintenant par l’injection de CO2 (Zamski et
A.Schaffer, 1996). Des augmentations de rendement de 9% et 16% ont été observées dans une
serre fermée comparativement à une serre ouverte pour deux années consécutives dans une étude
menée aux Pays-Bas (Heuvelink et al., 2008). Pour ce faire, une concentration en CO2 de 1000 µL L-
1 fut maintenue dans la serre fermée alors que la serre ouverte ne permettait qu’une concentration en
CO2 de 450 µL L-1.
Ces gains en rendement sont possibles puisqu’il y a augmentation du taux de photosynthèse chez
les plantes en C3 grâce à l’activation de la Rubisco, enzyme responsable de la carboxylation, lorsque
la concentration de CO2 dans l’air augmente (Besford et al., 1990). En effet, lorsque la concentration
en CO2 est faible dans l’air, la photosynthèse est limitée par l’activité de cet enzyme. Toutefois, avec
des concentrations de CO2 atmosphérique élevées combinées à une lumière saturante, ce sont la
capacité de transport des électrons et le taux de régénération du substrat RuBP (ribulose-1,5-
biphosphate) pour la carboxylation qui limitent la photosynthèse (Galtier et al., 1995). De plus, chez
des plants ayant un bon équilibre feuilles/fruit, l’augmentation de CO2 dans l’air permet d’augmenter
le taux de matière sèche, la croissance de la tige, l’épaisseur des feuilles, le nombre de grappes, la
vitesse d’anthèse, le nombre de fruits, le calibre et le taux de sucre. De plus l’augmentation de la
concentration de CO2 permet une diminution du besoin en eau, du taux d’avortement florale et de la
vitesse de murissement (Laplante et Turcotte, 2009). Une augmentation de la concentration du CO2
atmosphérique serait aussi un moyen d’augmenter l’efficacité d’utilisation de l’eau chez les plantes
(Thongbai et al., 2010). En augmentant la concentration en CO2 et/ou la ventilation dans une
chambre de croissance, une augmentation considérable du taux de photosynthèse sur le taux de
transpiration par surface foliaire fut constatée. Selon Thongbai et al. (2010) ce phénomène est
expliqué par une augmentation de la résistance stomatique lorsque la concentration en CO2 est plus
élevée, affectant à la baisse la transpiration foliaire sans impact notable sur la photosynthèse en
raison du gradient de CO2 accru.
8
Une serre semi-fermée permet de produire plus de rendement car il y a plus d’assimilation c’est-à-
dire que la photosynthèse y est plus élevée (Dieleman et al., 2010). Selon Dieleman et al. (2010), le
taux de matière sèche ne diffère pas selon le traitement (serre ouverte ou serre fermée) mais la
distribution des assimilats diffère d’un organe à l’autre en raison des différentes concentrations en
CO2. Dans certains cas, l’augmentation du CO2 atmosphérique peut entrainer une acclimatation à
long terme. En effet, à haute concentration en CO2, l’ouverture des stomates peut diminuer ce qui
augmente la résistance des stomates à la diffusion du CO2 et de la vapeur d’eau. En fait, dans une
étude menée à l’Université Laval, la conductance stomatique était supérieure chez les plants
exposés à 330 µL L-1 de CO2 que ceux exposés à 1000 µL L-1 de CO2 (Dugal et al., 1990).
Cependant, la perte d’efficacité du traitement d’enrichissement en CO2 fut attribuée au manque de
puits (de fruits) nécessaires à utiliser les photosynthétats produits par les nouvelles feuilles. C’est
donc un nombre insuffisant de fruits qui mène à l’acclimatation (Qian et al., 2012b). Les auteurs de
cette étude menée en serre semi-fermée affirment que la diminution de photosynthèse avec une
diminution de la charge en fruits n’est pas liée à une diminution de la conductance stomatique. Ils
affirment qu’il y a diminution de la conductance car la concentration en CO2 est constante au niveau
intercellulaire alors que celle-ci devrait être plus élevée si l’ouverture des stomates était demeurée la
même. Puisque les stomates ouvrent et ferment afin de conserver un ratio relativement constant
entre la concentration de CO2 aérienne et intercellulaire, c’est la diminution du taux de photosynthèse
due au manque de puits qui amène une diminution de la conductance stomatique et non le contraire.
Dans une étude ayant pour but d’étudier les effets de l’enrichissement en CO2 sur les composés
organoleptiques et sur les composés nutritifs, une équipe chinoise a trouvé que le taux en lycopène,
en -carotène, en caroténoïdes, en sucres solubles, en acidité titrable, en solides solubles ainsi que
le ratio sucre/acidité étaient plus élevés chez des tomates produites dans une serre enrichie en CO2
comparativement à celles provenant d’une serre non enrichie en CO2. Ils ont aussi constaté que
l’enrichissement en CO2 permettait d’obtenir des fruits plus fermes à la récolte (Zhang et al., 2014).
De plus, dans une serre semi-fermée, l’augmentation de CO2 stimule la photosynthèse et augmente
l’accumulation de photoassimilats. L’augmentation de phtoassimilats fait augmenter le taux de
matière sèche en augmentant la qualité gustative du fruit (Zamski et A.Schaffer, 1996) . Une étude
menée en Allemagne a permis de constater qu’une serre fermée permet des augmentations de 49%
9
du taux de lycopène, de 35,4% de l’activité antioxydante et de 6% du nombre de fruits par grappe
(Dannehl et al., 2012a).
1.3 Qualités physiques et chimiques des tomates
1.3.1 Qualités chimiques
Le fait de manger des fruits et légumes diminue les risques de cancer, de problèmes cardiaques, de
diabète, d’obésité, de maladies neurodégénératives en plus d’améliorer le bilan énergétique et le
poids du consommateur (Dorais et Ehret, 2008). Parmi les composés les plus bénéfiques venant de
la tomate, il y a les caroténoïdes, les lycopènes, les vitamines C et E, les composés phénoliques, les
fibres, l’eau, les carbohydrates, le potassium et le fer (Dorais et Ehret, 2008; Dannehl et al., 2012a).
Un des composants secondaires les plus abondants est le lycopène, un caroténoïde acyclique qui
forme environ 90% du contenu total en caroténoïdes chez la tomate (Dannehl et al., 2012a). Les
deux composés principaux ayant une propriété antioxydante sont les caroténoïdes et les lycopènes.
Les caroténoïdes constituent une bonne source de vitamine A alors que les lycopènes donnent la
couleur rouge et sont un facteur probable de prévention de certains cancers tels le cancer de la
prostate, du pancréas et de l’estomac (Dorais et al., 2001). Les caroténoïdes permettent aussi, tout
comme la vitamine C, d’éliminer les DRO (dérivés réactifs de l’oxygène) (Rosales et al., 2011).
D’autres composantes de la tomate ont des propriétés antioxydantes tels les flavonoïdes et des
composés phénoliques tel l’acide chlorogénique (Dannehl et al., 2012a). Les tomates sont aussi une
bonne source de fibres qui servent à favoriser la santé intestinale et à diminuer le taux de cholestérol
(Tirilly et Bourgeois, 1999).
Les composés présents dans les tomates sont influencés premièrement par la génétique du cultivar
mais aussi par la lumière, la température, l’humidité, le la concentration en CO2, les polluants
atmosphériques, les pratiques culturales, le sol, les techniques d’entretien, l’irrigation, la fertilisation,
l’état de maturation lors de la récolte et la température pendant la maturation du fruit (Brandt et al.,
2003; Dorais et Ehret, 2008; Markovic et al., 2010). Puisque chez les plantes en C3, une
augmentation du CO2 atmosphérique amène une plus grande formation de matière sèche (Tuba,
2005) la gestion de la culture influence en ce sens que si l’on augmente le taux de photosynthèse, le
bilan de carbone augmente et par conséquent le taux de micronutriment augmente (Urban et Urban,
10
2010). Toutefois, il faut se rappeler que le facteur génétique est le plus important et qu’il existe des
limites à pouvoir augmenter la concentration de composés organiques bénéfiques à la santé. En
effet, les espèces de tomates sauvages ont 5% de matière soluble alors que celles qui ont été
sélectionnées pour la production ont un contenu de 4,5% en matière sèche (Tirilly et Bourgeois,
1999). Bien que les études tendent toutes à s’accorder sur le fait que les fruits et légumes protègent
de certaines maladies telles les cancers, certaines d’entre elles ne considèrent que trop peu les
autres facteurs pouvant influencer la santé telles l’activité physique et la consommation de cigarette
(Temple et Gladwin, 2003). Ainsi, les effets bénéfiques sont parfois difficiles à quantifier. Il n’en reste
pas moins que l’effet d’une consommation adéquate en fruits et légumes est bénéfique pour l’humain
et qu’une maximisation de ces nutriments grâce aux techniques de cultures sont un bienfait. De plus,
dans la culture de tomate, certaines études tendent à démontrer que la qualité nutritive des tomates
augmente dans une régie de culture biologique comparativement à une culture conventionnelle. Par
exemple dans une étude menée en Grèce, les tomates produites sous régie de culture biologique
contenaient plus de potassium et de calcium que celles ayant été cultivées sous régie
conventionnelle (Kapoulas et al., 2013). De plus, selon Dorais et al. (2015), les fruits et légumes
biologiques contiennent moins de nitrates et plus de vitamine C et de composés phénoliques.
Il y a corrélation négative entre le pH et l’acide ascorbique, entre la fermeté et le taux de lycopène
ainsi qu’entre l’aspect juteux et farineux. Il y a aussi une corrélation positive entre l’acidité et l’arôme
(Causse et al., 2003). La saveur vient d’une combinaison du taux de sucre, de l’acidité et des arômes
formés par des composés volatils (Malundo et al., 1995). Ainsi, un fruit aura une grande qualité
gustative en dosant le taux de sucre et l’acidité qu’il contient. C’est en augmentant le taux de matière
sèche que le goût est amélioré (Zamski et A.Schaffer, 1996) puisque les sucres représentent 50% de
la matière sèche (Dorais et al., 2001).
1.3.2 Qualités physiques
La colorimétrie peut constituer un bon indice de qualité des tomates. L’indice L*a*b* permet d’étudier
l’éclat ainsi que la couleur du fruit. L* représente l’éclat allant d’un L* élevé représentant le blanc et
un L* faible représentant le noir. Le a* faible démontre une tomate qui tend plus vers le vert alors
qu’un a* élevé vient d’une tomate plus rouge. Le b*, quant à lui, pour une valeur faible ou élevée
11
représente respectivement le bleu et le jaune (Abbott, 1999). Mis à part b*, les paramètres sont
hautement corrélés aux autres qualités de maturité et de fermeté (Clement et al., 2008). Il y a aussi
une influence environnementale sur la qualité car, au printemps, les fruits sont plus fermes et le L*
est plus bas (Causse et al., 2003). Dans une étude menée par Zhang et al. (2014), un
enrichissement de CO2 en serre a permis d’obtenir des tomates possédant des L* et a* plus élevés et
un b* plus faible.
En plus de la couleur, le calibre et la fermeté sont d’importantes caractéristiques externes de la
tomate qui jouent un rôle clé dans la décision d’achat du consommateur. Alors que le calibre
représente la masse de la tomate, la fermeté peut être mesurée par compression ou ponction de
façon destructive ou non (Abbott, 1999). L’utilisation du rhéomètre permet de déterminer de façon
non invasive la fermeté d’une tomate très rapidement. Cette propriété, tout comme la couleur, permet
de déterminer l’état de maturité du fruit.
12
1.4 Hypothèses de recherche
Selon la littérature, les serres semi-fermées permettent d’obtenir une température et une
concentration en CO2 optimale en période estivale ayant pour but une augmentation de la
croissance, du rendement et de la qualité des fruits. Ainsi, les hypothèses du projet de maîtrise
étaient que comparativement à une serre conduite avec une gestion traditionnelle du climat, une
serre semi-fermée climatisée avec la géothermie et l’utilisation d’un échangeur d’air permet
d’obtenir :
un meilleur équilibre vigueur/fruits dans les plants ;
de meilleurs rendements ainsi que l’atteinte d’un calibre désiré (~ 230 g) ;
de meilleures qualités physiques et chimiques des fruits.
1.5 Objectifs de recherche
L’objectif principal de ce projet était de quantifier la performance agronomique d’une serre de
tomates biologiques semi-fermée refroidie par géothermie utilisant un échangeur d’air
comparativement à une serre ouverte.
Plus spécifiquement, pour les deux types de serres, il s’agissait de déterminer s’il y a des
différences au niveau :
du climat (température, DPV, CO2);
de la croissance des plants;
des rendements agronomiques;
des propriétés physiques et chimiques des fruits.
13
Chapitre 2. Matériel et méthodes
2.1 Description des serres
Deux serres de type Nordique (Harnois) de 228 m2 (7,62 m par 29,87 m) et 230 m2 (7,62 m par 30,17
m) ont été utilisées en 2012 et 2013 pour évaluer les effets agronomiques d’une serre témoin et
d’une serre prototype semi-fermée (PSF) pendant deux saisons de culture. Ces deux serres faisaient
partie d’un complexe de serres de recherche orientées est-ouest et formé d’un total de trois serres
jumelées dont l’une n’était pas utilisée pour cette expérience. Une permutation entre les deux
traitements a été effectuée après la première année afin de neutraliser le biais qu’auraient pu
apporter les particularités propres à chaque serre. Celles-ci étaient faites de doubles parois de
polyéthylène et formées de quatre allées orientées est-ouest et elles avaient une hauteur à la
gouttière de 5,48 m. Ces serres situées à New-Richmond, Québec, Canada (long. -65,84, lat. 48,15)
ont servi à produire des tomates biologiques en plein sol.
2.2 Système de géothermie
Alors que la serre témoin était ventilée de façon naturelle à la hauteur de la gouttière (serre ouverte),
la serre prototype semi-fermée était climatisée à l’aide d’un système de géothermie utilisant de l’eau
présente naturellement dans la nappe phréatique. L’eau naturellement tenue froide dans la nappe
phréatique, était pompée dans le puits était envoyée dans des ventilateurs à serpentin dans lesquels
était poussé l’air chaud et humide de la serre afin d’y être refroidi et déshumidifié. Cet air climatisé
était par la suite envoyé dans la serre semi-fermée par le biais de tubes de polyéthylène troués
situés dans le haut de la serre prototype. Ces tubes avaient une longueur de 30,5 m et un diamètre
de 45,7 cm. Les tubes étaient troués selon un schéma de chauffage, c’est-à-dire que les trous étaient
plus distancés près des ventilateurs à serpentin. L’installation de ces tubes en hauteur consistait,
entre autres, à minimiser la formation d’un gradient vertical de température dans le couvert végétal.
La capacité de refroidissement du système de géothermie était de 300 W/m2 de chaleur sensible et
550 W/m2 de chaleur latente. Toutefois, lorsque la température interne de la serre atteignait 2°C au-
delà de la température de consigne déterminée par le chef de culture, une consigne d’ouverture des
toits était activée.
14
Figure 1. Serre prototype semi-fermée climatisée grâce au système de géothermie en 2012.
Figure 2. A) Système de tuyauterie menant l’eau du puits vers les ventilateurs à serpentin. B) Système de ventilation contenant les ventilateurs à serpentin.
A B
15
2.3 Régie de culture
La gestion de la culture était sous la responsabilité des chefs de culture de l’entreprise hôte. Leurs
décisions étaient basées sur l’état des plants et sur les conseils d’un agronome spécialiste des
cultures en serre. Le calendrier de production suivi durant les deux saisons de culture est présenté
dans le tableau 1. Les mesures nécessaires au niveau de l’entretien des plants et de la gestion de
climat étaient prises afin de maximiser le rendement de chacune des serres et selon les données de
croissance collectées hebdomadairement.
Tableau 1. Calendrier de production des années 2012 et 2013.
Culture 2012 Culture 2013
Semis 1er novembre 2011 6-8 novembre 2012
Greffage 17-19 décembre 2011 20-23 novembre 2012
Repiquage 29 décembre 2011 28-30 novembre 2012
Plantation 30 janvier 2012 4-6 janvier 2013
Démarrage du système de géothermie
6 février 2012 15 février 2013
Première récolte 26 mars 2012 4 mars 2013
Étêtage 4 septembre 2012 4 septembre 2013
Dernière récolte 19 octobre 2012 17 septembre 2013
Le cultivar Macarena est une tomate de type beef à croissance indéterminée. Ce cultivar a été utilisé
durant les deux années d’expérimentation et a été greffé sur le porte-greffe Beaufort. Les deux
serres ont été plantées à 2,75 ±0,1 plants/m2 de surface cultivable en 2012 et 2013. La taille des
grappes s’est fait à quatre fruits par grappe en 2012 alors qu’elle a été faite à trois ou à quatre fruits
par grappe selon la vigueur des plants en 2013. Le calibre désiré était de 230 grammes par fruit. Les
fruits étaient récoltés juste après l’apparition d’un changement de couleur à l’apex du fruit en 2012
alors qu’ils ont été récoltés plus mûrs en 2013.
L’irrigation était ajustée quotidiennement selon l’ensoleillement prévu et une évaluation de l’humidité
du sol en effectuant du carottage le matin et en milieu de journée. L’irrigation se faisait pour chaque
plate-bande via quatre bandes perforées de marque CHAPIN placées directement sur le sol. De plus,
le pH et la conductivité électrique (CE) du sol étaient vérifiés chaque semaine pour éviter les
16
fluctuations importantes. Les pH mesurés durant les deux saisons de culture étaient compris entre
6,87 et 7,31 alors que les CE mesurées étaient comprises entre 1,30 mmhos/cm et 3,52 mmhos/cm .
Des analyses de sol et des analyses foliaires étaient aussi effectuées de façon bimensuelle afin de
s’assurer d’une fertilisation adéquate des plants. Les plants de tomate étant susceptibles d’être
atteints de maladies fongiques, bactériennes ou virales, une attention particulière a été apportée
hebdomadairement afin de dépister toutes traces de maladies. Les insectes, tel l’aleurode des
serres, peuvent aussi être nuisibles à la culture de la tomate. Un dépistage régulier était effectué en
plus de l’installation de prédateurs naturels afin de prévenir des épidémies. La pollinisation quant à
elle était assurée par le biais de bourdons présents dans chaque serre.
2.4 Gestion du climat
Le système de contrôle Argus Systems Ltd servait à gérer le climat des deux serres et à y enregistrer
les informations recueillies par les sondes. Ces données étaient, entre autres, la température,
l’humidité, la quantité de CO2 injecté et le la concentration de CO2 dans l’air. Ces données
climatiques ont été collectées grâce à deux systèmes d’acquisition des données de type Argus dans
chaque serre. Le premier système était placé à la hauteur de la tête des plants de tomate alors que
le deuxième était situé à 30 cm au-dessus du sol. Ces systèmes d’acquisition des données étaient
fixée sur une chaîne métallique placée verticalement au centre de la serre. Une station
météorologique était aussi installée à l’extérieur des serres afin d’y mesurer la température,
l’humidité ainsi que le rayonnement solaire global journalier (rayonnement solaire). Les données
climatiques ont été collectées automatiquement toutes les 15 minutes pour être ensuite regroupées
en moyenne 24 heures, en moyenne de jour et en moyenne de nuit selon l’heure du lever et du
coucher du soleil. Tout comme les décisions concernant la gestion de la culture, la programmation du
système de contrôle était faite par les chefs de cultures.
2.4.1 Injection de CO2
Un lecteur de CO2 de marque Greystone (modèle CDD4-Series) mesurait la concentration en CO2 en
tout temps dans les serres. Au moment où la concentration était inférieure à celle demandée, le
système Argus commandait l’injection de celui-ci. Un contrôleur de débit de gaz de marque Aalborg
17
(modèle GFC) permettait l’injection de CO2 qui était entreposé sous phase liquide dans un réservoir
situé à l’extérieur des serres. Le contrôleur de débit permettait l’injection du gaz à un taux de 40L/min
le temps requis pour atteindre la concentration ciblée. Le CO2 était injecté dans la serre sous forme
gazeuse grâce à des tubes perforés placés à la base des plants. L’injection de CO2 s’est fait selon
une concentration de CO2 ciblée de l’air intérieur de chacune des serres en fonction du rayonnement
solaire global extérieur. Pour un rayonnement global externe inférieur à 300 W/m2, la concentration
ciblée était de 450 µL L-1, pour un rayonnement égal ou supérieur à 800 W/m2, la cible était de 1000
µL L-1 et finalement, pour un rayonnement situé entre 300 et 800 W/m2, la concentration de CO2 était
calculée selon l’équation suivante (Anonyme, 2011) :
[CO2 ]= 450 + 1,1 x (Rg - 300)
où [CO2 ] est la concentration en CO2 (µL L-1)
Rg est le rayonnement solaire global mesuré à l’extérieur de la serre (W/m2)
Figure 3. Cible de CO2 désirée pour les deux types de serre.
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Co
nce
ntr
atio
n e
n C
O2
(µL
L-1)
Rayonnement solaire global en dehors de la serre (W/m2)
18
2.4.2 Ventilation et chauffage
Au niveau de la ventilation, l’ouverture des toits se faisait en considérant la température interne de
chacune des serres. Dans la serre prototype semi-fermée, lorsque la température excédait de 2°C la
température de consigne, les toits pouvaient ouvrir jusqu’à 30% de leur ouverture maximale. De plus,
les toits fermaient deux heures avant le coucher du soleil et n’ouvraient que deux heures après le
lever de celui-ci dans la serre prototype semi-fermée afin d’y garder de conserver une concentration
élevée de CO2. Dans la serre témoin, c’est un algorithme de contrôle émis par le système de contrôle
Argus Systems Ltd qui prenait en compte la température et l’humidité interne et externe de la serre et
qui permettait l’ouverture des toits. Ainsi, les toits étaient ouverts de 0% à 100% dans la serre témoin
selon les conditions climatiques détectées et les consignes du chef de culture.
La température étant un paramètre important pour la vitesse de formation des fruits, il fallait éviter
d’atteindre des températures trop froides qui auraient donné des plants trop végétatifs avec une
faible mise à fruits et des calibres en dehors des objectifs commerciaux. Les températures trop
chaudes étaient aussi à éviter car elles auraient affecté négativement le calibre et la qualité de la
mise à fruits. Les températures de consigne étaient donc déterminées pour obtenir une température
moyenne journalière (24h) autour de 18°C variant en fonction de l'état de la culture et des conditions
de croissance et ce, pour chaque serre. La température moyenne 24h était donc déterminée selon
l’ensoleillement, la charge en fruit, la qualité de la vigueur végétative, la qualité de la nouaison, et le
calibre des fruits. À cette température moyenne étaient couplées des limites de températures
maximales et minimales de jour et de nuit afin de demeurer à l'intérieur des températures de
croissance généralement reconnues qui n'affectent pas les processus physiologiques normaux de la
culture. Puisque le DPV est fonction de la température et de l’humidité relative, ce dernier paramètre
influençait aussi la température de consigne de jour afin d’atteindre un DPV compris entre 0,3 et 0,7
kPa. Ces ajustements de températures permettaient de maintenir les objectifs de températures
moyennes 24h.
2.5 Données de croissance, de rendement et de calibre
Afin de suivre le développement des plants, il était nécessaire de vérifier certaines données de
croissance hebdomadairement. L’élongation du plant, le diamètre de la tige (vigueur), le rythme de
19
nouaison et le rythme de floraison ont été mesurés sur 20 plants témoins par serre alors que la
longueur de la feuille mature la plus jeune, le nombre de feuilles, la distance entre la grappe nouée et
l’apex du plant, le nombre de fleurs sur cette dernière grappe, le nombre de fruits et de fleurs sur la
grappe ayant le dernier fruit noué et la charge en fruit total ont été pris sur dix de ces vingt plants
témoins. Les données ont été prises pendant 28 semaines en 2012 et 23 semaines en 2013 selon la
technique Tom’pousse décrite sur le site Agri-réseau du MAPAQ (Lambert et al., 2003). La
production étant fonction du nombre de fruits par grappe, de la vitesse de fabrication des grappes et
du calibre des fruits (Lambert et al., 2003), ces informations étaient essentielles afin de bien gérer les
cultures. Le tableau 2 présente les mesures effectuées sur les différents organes des plants de
tomate ainsi que les fonctions auxquelles ces mesures se réfèrent.
Tableau 2. Mesures et fonctions des paramètres de croissance recueillis.
Organe Mesure Fonction dans l'analyse des données
agronomiques
Apex
Élongation (en cm) Vérifier la croissance du plant
Vigueur de la tige à 25 cm de l’apex (en mm)
Vérifier l'énergie disponible et l'équilibre du plant
Longueur de la 5e feuille à partir de l’apex
Valider les températures et l’équilibre puits/source
Plant Nombre de feuilles Pour effectuer la taille des feuilles qui dépend de la gestion du climat en fonction de la radiation lumineuse.
Grappe en fleur
Distance bourdon*-apex (cm)
Vérifier la force et l'équilibre du plant
Nombre de fleurs Vérifier la force et l'équilibre du plant
# fleur Connaître le rythme de floraison
Grappe nouée
# de fruit noué Connaître le rythme de nouaison
Nombre de fleurs Pour vérifier l'équilibre source/puits du plant
Charge en fruits Pour la taille et connaître la charge en fruits
* Le terme bourdon réfère à la grappe sur laquelle une seule fleur est ouverte.
20
Les récoltes étaient effectuées les lundis, mercredis et vendredis par les jardiniers du 26 mars au 19
octobre en 2012 et du 4 mars au 17 septembre en 2013 (Tableau 1). La récolte se faisait sur tous les
plants des deux serres. Le calcul du rendement était pris à toutes les récoltes en comptant le nombre
de bacs de tomates récoltés multiplié par le poids moyen d’un bac. Le poids moyen d’un bac était,
quant à lui, mesuré le mercredi en pesant trois bacs par rang et ce pour les 4 rangs par serre. Le
poids de ces bacs était divisé par le nombre de tomates qu’ils contenaient afin de déterminer le
calibre des fruits.
2.6 Analyses physico-chimiques des fruits (qualité gustative et
nutritive)
Afin de vérifier le taux de sucre des fruits, le pourcentage de solides solubles a été mesuré à l’aide
d’un réfractomètre qui donnait le pourcentage en degrés Brix. Cette analyse a été effectuée
hebdomadairement sur un sous-échantillon de quatre à six tomates par serre d’avril à août en 2012
et d’avril à septembre en 2013. Pour les autres analyses physico-chimiques, cinq tomates par serre
ont été analysées à trois reprises en 2012 de mai à octobre et 15 tomates par serre ont été
analysées à six reprises en 2013 de mai à septembre. Tout d’abord, la fermeté a été mesurée par
compression sur quatre points de la surface des fruits ainsi que sur l’apex de ceux-ci à l’aide d’un
rhéomètre Qualitest HPE qui exprimait la fermeté sur une échelle de 0 à 100 correspondant au
déplacement du cylindre d’une surface de 0,25 cm2 avec un ressort d’une force de 12,5 Newton. Par
la suite, l’évaluation de la couleur des fruits était réalisée en utilisant le référentiel L* a* b* (CIE) à
l’aide d’un spectrophotomètre de marque Ocean Optics de modèle USB 4000 mesurant dans les
fréquences optiques comprises entre 253 nm et 826 nm. Afin de déterminer le pourcentage de
matière sèche, un quartier de tomate était pesé avant d’être placé dans une étuve à 70°C pendant
sept jours. Par la suite, le quartier séché était pesé et le pourcentage de matière sèche était calculé
en divisant la masse finale sur la masse initiale (masse humide M.H.). Lorsque le contenu en
lycopène, la quantité de phénols totaux, l’analyse de 19 composés phénoliques, l’acidité titrable, la
conductivité électrique, la capacité antioxydante et la concentration en vitamine C ne pouvaient pas
être déterminés immédiatement, les tomates étaient congelées à -30°C. Toutefois, les données de
colorimétrie, de fermeté et le taux de matière sèche étaient toujours obtenues avant la congélation.
21
Dans le but d’évaluer les caractéristiques chimiques des fruits, le quart de chacune des 15 tomates
étaient broyées à l’aide d’un malaxeur industriel recouvert d’une pellicule noire afin de protéger les
tomates des rayons lumineux pouvant affecter les pigments. Par la suite, le broyat était placé dans
une centrifugeuse à 10 000 rpm pendant 20 minutes à 18˚C pour en extraire le surnageant. En 2012,
pour analyser le contenu en lycopène, la technique utilisée par Fish et al., (2002) a été suivie.
Brièvement, trois bouteilles ambrées étaient remplies de 0,400 g du broyat et de 20 mL d’un solvant
constitué d’hexane, d’acétone et d’alcool (2 :1 :1). Par la suite, l’absorbance à 471 et 503 nm
Packard étaient mesurées pour chaque échantillon à l’aide d’un spectrophotomètre 8453 de marque
Hewlett Packard. En 2013, des échantillons ont été envoyés à l’Institut sur la nutrition et les aliments
fonctionnels de l’Université Laval (INAF) après avoir été lyophilisés et broyés au préalable. Les
phénols totaux ont été déterminés grâce au processus spectrophotométique en utilisant le réactif de
Folin-Ciocalteu (Sigma-Aldrich, F9252). La technologie UPLC, grâce à un appareil Waters Acquity
Ultra-PerformanceTM LC system (Waters, USA), a été utilisée pour déterminer la concentration de
19 composés phénoliques. La concentration en vitamine C ainsi que celles de sept caroténoïdes ont
été mesurées par HPLC après que les échantillons aient été solubilisés dans 1 mL d’un mélange
composé de methanol/dichloromethane (65/35, v/v) (Abushita et al., 1997).
Pour les deux années, le reste du broyat non lyophilisé a été centrifugé afin d’en extraire le
surnageant et de procéder aux autres analyses chimiques. L’acidité titrable était mesurée avec 20
mL de surnageant de tomate qui était titré à un pH de 8,1 grâce à du NaOH à 0,1N. La conductivité
électrique était mesurée à l’aide d’un pH mètre Accumet excel SL50 de marque Fisher Scientific. La
capacité antioxydante a été calculée en équivalent Trolox (TEAC trolox equivalent antioxydant
capacity) tel que décrit par Fogliano et al., (1999). Cette méthode nécessitait la lecture de
l’absorbance à deux reprises à l’aide d’un spectrophotomètre 8453 de marque Hewlett Packard à
une longueur d’onde de 505 nm. La première absorbance (Ao) était mesurée sur un mélange
contenant 100 mL de tampon acétate 0,1M (pH à 5,25), 1 mL de DMPD (N, N-dimethyl-p-
phenylenediamine) 100 mM et 0,2 mL de chlorure de fer à 0,05 M. Par la suite, 10 µL du surnageant
de tomates était ajouté au mélange. La deuxième lecture d’absorbance (Af) était effectuée 10
minutes plus tard. L’inhibition A505 était calculée selon l’équation: Inhibition A505(%) = (1- Af/ Ao) x 100.
Le pourcentage d’inhibition était ensuite rapporté sur une courbe étalon de Trolox afin d’en connaitre
l’équivalent (TEAC) en µg Trolox/mL.
22
En complément, au cours de l’année 2013, des analyses minérales ont été effectuées sur des
mélanges formés de 15 tomates par serre, quatre fois durant la saison. Ces analyses ont été
réalisées au Centre de recherche et de développement en horticulture d’Agriculture et
Agroalimentaire Canada situé à Saint-Jean–sur-Richelieu afin de déterminer la teneur en minéraux
dans les fruits.
2.7 Évaluation de la photosynthèse
L’activité photosynthétique a été mesurée en effectuant des courbes de réponse à la lumière les 9,
11, 16 et 23 juillet 2013 sur la 5e feuille (à partir de l’apex) de trois plants par serre à l’aide d’un
appareil de photosynthèse LI-6400 (LI-COR, Biosciences, Lincoln, NE, États-Unis). Une fois la feuille
insérée dans la cuvette 2X3 cm, cette dernière était acclimatée graduellement aux nouvelles
conditions climatiques jusqu’à ce que la conductance stomatique se stabilise et que le DPV soit de 1
± 0,2 kPa. La concentration de CO2 de référence dans la cuvette était fixée à 410 µL L-1. La
température du bloc demandée était située entre 21 et 23 °C alors que celles qui ont été obtenues se
situaient entre 22,35 et 28,75°C. Les valeurs du PAR (photosynthetically active radiation, de 400 à
700 nm) utilisées pour faire les courbes étaient de 2000, 1500, 1000, 750, 500, 350, 200, 100, 50, 20
et 0 µmol/m2/s. Les différents paramètres photosynthétiques de la courbe ont été estimés à partir du
modèle de Thornley (1998). Les valeurs des différents paramètres sont présentées par traitement à
l’annexe B. De plus, afin de visualiser l’impact des différentes concentrations de CO2 atmosphérique
sur la photosynthèse des plants de tomate, un exemple de courbe de photosynthèse en fonction du
CO2 a été faite et est présentée à la figure 6. Cette courbe a été faite avec des valeurs de CO2 selon
la séquence suivante : 400, 300, 200, 100, 50, 400, 500, 600, 800, 1000 et 1200 µL L-1 de CO2 grâce
au LI-6400.
2.8 Analyses statistiques
Le dispositif expérimental était un plan en tiroir. Les répétitions étaient constituées des deux serres
qui ont été étudiées en 2012 et 2013 alors que les semaines étaient considérées comme étant des
pseudo-répétitions. Pour les analyses statistiques, les deux années ont été divisées en quatre
23
périodes. La période 1 comprenait les mois de février et mars, la période 2 des mois d’avril et mai, la
période 3 des mois de juin et juillet et la période 4 des mois d’août à octobre.
Les données prises sur les deux années ont toutes été analysées grâce à la procédure MIXED du
logiciel SAS, V 9.3, de SAS Institute Inc. (Cary, NC, USA). Les valeurs de p ≤ 0,05 ont été jugées
comme étant significatives. Pour analyser l’effet du type de serre sur la croissance, le rendement et
le climat, les facteurs fixes dans le modèle étaient le traitement (trt), la période et le trt*période. Les
facteurs aléatoires étaient l’année et l’année*trt. La période fut considérée en mesures répétées et la
structure de covariance qui minimisait le critère d’Akaike a été choisi pour l’analyse. De plus, les
degrés de liberté ont été ajustés grâce à l’approche de Kenward Roger. Pour les analyses physico-
chimiques (fermeté, colorimétries et degré Brix), les facteurs fixes étaient le trt, la période ainsi que
trt*période alors que le facteur aléatoire était l’année. Lorsque l’effet période s’avérait être significatif,
le test de comparaison multiple de Tukey a été effectué. Lorsque l’interaction trt*période s’avérait
significative, une ANOVA par période était faite afin de pousser plus loin la compréhension du
phénomène. De plus, le logiciel Unscrambler X (V10.2 de CAMO Software Inc., Woodbrige, NJ,
USA) a été utilisé pour effectuer les analyses en composantes principales (ACP) sur les données de
croissance et du climat.
24
Chapitre 3. Résultats
3.1 Conditions climatiques
Les données climatiques collectées toutes les quinze minutes à l’aide des systèmes d’acquisition des
données placée à la hauteur de la tête des plants pendant les deux saisons de culture ont été
rapportées en moyennes hebdomadaires. Ainsi, les données de température, de concentration en
CO2 et de DPV à l’intérieur des deux serres sont rapportées dans le tableau 3 en périodes distinctes.
Les températures à l’intérieur de la serre (jour, nuit et 24h) étaient influencées par la période
(Tableau 3). Le fait que le traitement n’ait pas influencé la température signifie que la serre prototype
semi-fermée (PSF) a permis d’obtenir la même température que la serre témoin et ce, en ayant une
consigne d’ouverture des toits moins permissive. Toutefois, les températures étaient influencées par
la période. Ce résultat découle du fait que la température est directement influencée par le
rayonnement, qui lui, est différent selon les périodes de l’année. Par contre, la concentration de CO2
moyenne durant la période d’ensoleillement et entre 10 h et 14 h ainsi que le DPV (min, max et 24h)
n’ont pas été influencés ni par la période ni par le traitement ni par l’interaction de ces deux
paramètres.
La concentration de CO2 moyenne était plus élevée dans la serre prototype semi-fermée que dans la
serre témoin et ce, pour chacune des périodes évaluées. Bien que cette différence ne soit pas
significative (Tableau 3), il apparaît que le traitement de la serre semi-fermée ait eu une
concentration en CO2 moyen par période de 30% à 42% plus élevée que dans la serre témoin.
L’absence de différence significative pourrait être attribué à la faible puissance statistique du
dispositif expérimental puisque seul deux traitements ont été analysé et ce, sur deux années. Sur la
figure 4, on peut voir que la concentration de CO2 est différente selon le traitement sauf pour la
période 1 de l’année 2013 jusqu’à la semaine 10. Il est à noter que des données étaient manquantes
en 2013 pour la serre témoin ce qui crée une coupure dans cette courbe. Bien que n’ayant pas été
significativement différentes d’un traitement à l’autre, la concentration en CO2 de 10 à 14 h était
supérieure dans la serre prototype semi-fermée comparativement à la serre témoin (Figure 5). Ce
phénomène, tout comme pour la concentration de CO2 moyenne est constaté en tout temps sauf
pour les semaines sept à dix en 2013 pendant lesquelles les concentrations étaient similaires d’une
25
serre à l’autre. De plus, la différence de concentration en CO2 pour les mêmes traitements entre les
deux années peut-être attribué au fait que les traitements ont été permutés entre les deux serres.
Ainsi, il est possible que le système de climatisation ait fonctionné différemment d’une serre à l’autre.
De plus, les conditions climatiques externes aux serres ont pu influencer les temps d’ouverture des
toits et ainsi influencer la concentration en CO2. Des concentrations sous la valeur de 300 µL L-1 ont
été constatée pour la période de 10h à 14h dans la serre témoin. Ses basses valeurs sont attribuées
en partie à un problème du système de contrôle Argus Systems Ltd. En effet, lorsque le système de
contrôle n’était pas correctement fonctionnel, il ne pouvait pas injecter le CO2 de façon optimale. Un
problème a été constaté aux semaines 26 et 27 en 2012.
Tableau 3. Données de climat des serres pour 2012 et 2013.
Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Trt Période Trt x P
Température jour (°C) 20,9 20,2 20,9 20,8 23,2 23,1 21,9 21,7 0,4569 0,004** 0,9021
Température nuit (°C) 18,3 17,6 18,4 18,1 20,1 20,3 18,7 18,3 0,3025 0,0117* 0,8181
Température 24 h (°C) 19,4 18,7 19,9 19,7 22,2 22,2 20,5 20,2 0,3709 0,001** 0,8928
CO2 moyen1 (uL L-1 ) 473 619 500 656 454 644 443 599 0,0896 0,2478 0,3844
CO2 10h à 14h (uL L-1 ) 478 678 491 745 393 685 394 673 0,2046 0,2526 0,7177
DPV min 24h 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,9956 0,7241 0,2684
DPV max 24h 0,6 0,6 0,6 0,5 0,6 0,6 0,5 0,4 0,5293 0,2436 0,9059
DPV 24h moyen 0,4 0,4 0,4 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,3944 0,209 0,2582
1 Pendant la période d'ensoleillement qui variait d'une journée à l'autre
* Valeurs de P significatives
** Valeurs de P très significatives
Période 3
(juin à juillet)
Période 1
(février à mars)
Période 2
(avril à mai)
Période 4
(août à octobre)Valeur de P
26
27
Figure 4. Concentration hebdomadaire moyenne en CO2 (pendant la période d’ensoleillement).
Figure 5. Concentration hebdomadaire moyenne en CO2 (10h à 14h).
100
300
500
700
900
1100
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Co
nce
ntr
atio
n e
n C
O2
(uL
L-1)
Semaines
2012 Témoin
2012 Semi-fermée
2013 Témoin
2013 Semi-fermée
100
300
500
700
900
1100
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Co
nce
ntr
atio
n e
n C
O2
(uL
L-1)
Semaines
2012 Témoin
2012 Semi-fermée
2013 Témoin
2013 Semi-fermée
28
Les concentrations en CO2 atteintes, les quantités injectées et les coûts associés sont présentés
dans le tableau 4. La quantité de CO2 injectée ainsi que son coût ont été considérablement moins
élevés dans la serre semi-fermée, et ce, pour les deux années de l’expérience. De plus, les différents
taux de photosynthèse ont été estimés (Figure 6) à partir des mesures effectuées à l’aide de
l’appareil de mesure de photosynthèse (Li-Cor LI-6400)
Tableau 4. Quantité et coûts liés à l'injection de CO2.
Figure 6. Courbe de réponse de la photosynthèse à la concentration en CO2 dans l’air ambiant. Les lignes verte et rouge indiquent le taux de photosynthèse nette correspondant à la
concentration moyenne de CO2 observée dans la serre semi-fermée et la serre témoin.
Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée
24 11 25 15
7,21 3,45 7,64 4,72
2012 2013
Quantité de CO2 injectée (kg/m2)
Coût du CO2 ($/m2)
Semi-fermée Témoin
-1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
0 200 400 600 800 1000 1200
Ph
oto
syn
thè
se (µ
mo
l CO
2/m
2/s
)
Concentration en CO2 dans l'air (uL L-1 )
29
Figure 7. Concentration en CO2 moyen (pendant la période d'ensoleillement).
C’est au moment où le rayonnement solaire est le plus important que les producteurs veulent obtenir
des concentrations élevées en CO2 dans leurs serres afin de stimuler la croissance et la production
de fruits. Dans la gestion du climat d’une serre traditionnelle, une augmentation du rayonnement
solaire est accompagnée d’une augmentation de la température nécessitant une plus grande
ventilation par l’ouverture des toits. Ainsi, dans la serre témoin, une augmentation du rayonnement
avait tendance à être associée à une diminution de la concentration en CO2 (Figure 7) causée par la
ventilation par les toits. Au contraire, dans la serre semi-fermée, l’augmentation du rayonnement
coïncidait avec une augmentation de la concentration en CO2 tel que prévu par l’algorithme de
contrôle. Ce phénomène s’explique par le fait que la serre prototype semi-fermée avait un temps et
un pourcentage d’ouverture des toits beaucoup moins grand en période de grandes chaleurs
comparativement à la serre témoin en raison du système de climatisation.
Le DPV sur une moyenne de 24 h s’est maintenu dans les valeurs souhaitées en 2012. En 2013, les
températures maintenues plus basse dans la serre semi-fermée ont amené des valeurs de DPV
inférieures au seuil minimal de 0,3 kPa alors que la serre témoin présentait un DPV beaucoup plus
acceptable (Figure 8).
Témoin PSFTémoin Semi-Fermée
Co
nce
ntr
atio
n d
e C
O2
(uL
L-1)
30
Figure 8. DPV hebdomadaire moyen
3.2 Croissance des plants
L’interaction entre le traitement et la période a ralenti la croissance des plants qui a amené les plants
poussant dans la serre prototype semi-fermée à croître plus lentement que ceux de la serre témoin
de façon hebdomadaire (Tableau 5). Toutefois, une analyse plus poussée de l’élongation par période
n’a pas permis de trouver des différences significatives en raison de la faible puissance du test. La
vigueur, la longueur de la feuille mature, la distance bourdon-apex, la charge en fruit ainsi que le
rythme de floraison ont été influencés par la période de l’année. Toutefois, aucune différence entre la
serre témoin et la serre semi-fermée n’a été observée. Le rythme de nouaison, quant à lui, a été
influencé par le traitement ainsi que par la période 1. La nouaison était plus rapide dans la serre
témoin. Le fait que ce soit la période qui ait le plus d’influence sur les données de croissance vient du
fait que ces paramètres sont fortement influencés par le rayonnement solaire.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
5 10 15 20 25 30 35 40 45
DP
V (
kPa)
Semaines
2012 Témoin
2012 Semi-fermée
2013 Témoin
2013 Semi-fermée
Tableau 5. Données de croissance des plants de tomate selon le type de serre pour 2012 et 2013.
Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Trt Période Trt x P
Élongation (cm) 20,3 19,5 19,5 19,2 20,1 18,8 19,6 19,1 0,4551 0,0774 0,0025**
Vigueur (mm) 11,8 11,9 11,5 11,7 11,2 11,2 11,2 11,1 0,8777 <,0001** 0,5557
Longueur feuille mature (cm) 55,8 56,0 49,8 50,9 46,6 45,9 48,1 49,4 0,517 <,0001** 0,1308
Distance bourdon-apex (cm) 14,2 14,0 9,6 9,8 6,5 6,3 6,2 6,3 0,9907 <,0001** 0,4678
Charge en fruits 11,6 12,2 23,7 23,6 20,5 22,5 20,7 22,6 0,2263 <,0001** 0,5601
Rythme de nouaison 0,84 0,78 0,83 0,83 0,85 0,85 0,83 0,78 0,0039** 0,0227* 0,0585
Rythme de floraison 0,80 0,78 0,85 0,86 0,84 0,83 0,86 0,81 0,4381 0,0003** 0,1425
* Valeurs de P significatives
** Valeurs de P très significatives
Période 1
(février à mars)
Période 2
(avril à mai)
Période 3
(juin à juillet)
Période 4
(août à septembre)Valeur de P
31
32
3.3 Rendement et calibre des fruits
Le rendement ainsi que le calibre n’ont été influencés que par la période (Tableau 6). En effet, il n’y
avait aucune différence significative détectée en fonction des traitements pour ces deux variables.
Tableau 6. Rendement des cultures et calibre des fruits selon le type de serre pour 2012 et 2013.
3.4 Analyses en composantes principales (ACP)
L’emploi de l’ACP avait comme objectif d’identifier et de réduire la redondance dans les ensembles
de données. Ainsi, il a été possible d’obtenir un portrait général des relations (indépendantes) entre
les différents paramètres d’importance. Par la suite, l’observation des graphiques nous a permis de
mieux comprendre les tendances au niveau de l’impact des traitements sur le climat et la croissance
des plants, et plus particulièrement l’équilibre vigueur/fruit des plants. Ces analyses ont permis de
déterminer quelles combinaisons de paramètres expliquent la majeure partie de la variabilité
rencontrée dans les ensembles de données climatiques et de croissance. La première ACP avait
comme objectif de vérifier comment s’étaient comportés les paramètres avec les données des deux
années combinées. Cette ACP servait à déterminer quel facteur avait le plus d’influence sur les
paramètres. Les ACP 2 et 3 ont été faites dans le but de déterminer si les paramètres avaient été
influencés par les traitements différemment d’une année à l’autre.
La figure 9 présente la première ACP qui a été effectuée sur les paramètres climatiques et de
croissance. Les données utilisées étaient composées des deux années de culture combinées afin de
s’assurer que la permutation des traitements avait permis de diminuer l’effet des serres sur les
Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Trt Période Trt x P
Rendement
(g/m2/récolte)
471 457 571 557 454 454 0,736 <,0001** 0,8439
Calibre (g) 234 231 225 214 223 214 0,4822 0,0062** 0,5662
* Valeurs de P significatives
** Valeurs de P très significatives
Période 2
(avril à mai)
Période 3
(juin à juillet)
Période 4
(août à octobre)Valeur de P
33
résultats. La première composante principale (CP) représentait 38% de la variabilité totale et était
reliée à l’équilibre vigueur/fruits. En effet, les deux premiers paramètres sur la gauche (longueur de la
feuille mature et distance de la grappe bourdon à l’apex), représentaient la tendance végétative des
plants tandis que les paramètres sur la droite (rythme de floraison, rythme de nouaison et charge en
fruits) étaient reliés à la tendance reproductive des plants. En somme, l’équilibre vigueur/fruits était
représenté horizontalement de façon décroissante de la gauche vers la droite. Parmi les autres
paramètres sur la droite, on notait aussi la présence de ceux reliés à la température (°C 24 hrs, °C
jour, °C nuit) et à l’ensoleillement journalier (Rayonnement total). Ainsi, on observait qu’un plant qui
recevait beaucoup de soleil avait tendance à être plus reproductif alors qu’un plant qui présentait une
grande distance entre l’apex et la grappe en fleur et de longues feuilles était un plant à tendance
végétative.
La CP 2 qui expliquait 18% de la variabilité était, quant à elle, reliée à la croissance et au climat. Au
niveau de la croissance, dans le haut de la figure était présent le nombre de fruits par plant (charge
en fruit), paramètre relié au caractère reproductif des plants alors qu’à l’opposé de cet axe vertical,
d’autres paramètres de croissance (distance bourdon-apex, vigueur, et longueur de la feuille mature)
représentaient la tendance végétative des plants. Sur cet axe, du côté végétatif étaient aussi
présentés les variables climatiques reliés au DPV (DPV 24 hrs, DPV max 24hrs et DPV min 24hrs).
Cette deuxième CP nous indiquait que pour des DPV élevés, les plants avaient une tendance plus
végétative. On observe donc que cette seconde CP, tout comme la première, représentait un axe
reproductif/végétatif mais dont les relations obtenues sont indépendantes du premier axe. En
somme, nous avons observé que l’équilibre du plant (reproductif/végétatif) accaparait la majeure
partie de la variabilité mesurée au niveau des paramètres de croissance et variables climatiques.
34
CP 1 (38%)
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6
CP
2 (
18
%)
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
DPV max 24 hrs
DPV min 24 hrs
oC nuit
oC 24 hrsoC jour
Rayonnement total
CO2 moyen
Vigueur
Charge en fruits
Distance bourdon-apex
Longueur feuille mature
DPV 24 hrs
Élongation
Rythme nouaison
Rythme floraison
Figure 9. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2012 et 2013 (CP 1 et 2).
La tendance la plus intéressante, lorsque les données des deux années d’expérimentation étaient
combinées, était au niveau de la période de l’année (Figure 10). C’est la deuxième CP qui permettait
aux périodes de se distinguer, et ce, particulièrement pour la période printanière. Le quadrant où se
retrouvait la majeure partie des données de la période 1 (février-mars) était associé à une tendance
végétative du plant telle que vu à la figure 9 dans la zone inférieure gauche. Les périodes 3 (juin-
juillet) et 4 (août-octobre), quant à elles, étaient reliées à une grande charge en fruits, ce qui est
attendu car les plantes se chargeaient en fruits tout au long de la saison. Les plants mettaient plus
d’énergie dans les organes de structure pendant la première période alors qu’ils répartissaient
graduellement de plus en plus d’énergie dans la formation de fruits au cours de la saison.
35
Figure 10. Répartition des périodes de l’année sur les CP 1 et 2 pour 2012 et 2013. 1 : février à mars; 2 : avril à mai; 3 : juin à juillet; 4 août à octobre.
Les CP 3 et 4 expliquaient respectivement 11 et 8% de la variabilité (Figure 11). Au niveau de la
troisième CP, les différentes mesures de DPV (DVP max 24 hrs, DPV min 24 hrs et DPV 24 hrs)
étaient inversement reliés à la concentration en CO2 et à différents paramètres de croissance (rythme
de floraison, rythme de nouaison). Ainsi, une serre dans laquelle le CO2 est plus élevé a tendance à
produire des plants dont la vitesse de formation des fruits sera plus grande. De plus, les serres
possédant de fortes concentrations en CO2 ont aussi des DPV faibles. En effet, lorsque le système
de contrôle du climat d’une serre prolonge le temps de fermeture des toits, le CO2 s’y accumule plus
facilement mais l’humidité de l’air augmente par la même occasion, ce qui contribue à diminuer le
DPV. La quatrième CP qui expliquait 8 % de la variabilité a permis de constater la même tendance,
c'est-à-dire que la concentration de CO2 et le DPV étaient inversement reliés puisque ces deux
paramètres étaient opposés sur l’axe vertical.
36
CP 3 (11%)
-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6
CP
4 (
8%
)
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
DPV max 24 hrs
DPV min 24 hrs
oC nuit
oC 24 hrs
oC jourRayonnement total
CO2 moyen
Vigueur
Charge en fruits
Distance bourdon-apex
Longueur feuille mature
DPV 24 hrs
Élongation
Rythme nouaison
Rythme floraison
Figure 11. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2012 et 2013 (CP 3 et 4).
Au niveau des traitements, pour les deux années combinées, la CP 4 permettait de séparer les
traitements de façon distincte (Figure 12). En observant les figures 11 et 12, l’ACP démontrait que la
serre semi-fermée permettait un meilleur confinement du CO2 comparativement à la serre témoin
puisque celle-ci était présente dans les quadrants supérieurs sur la figure 12, tout comme le CO2
l’était sur la figure 11.
En analyse les figures 12 et 13, nous avons pu constater que la CP4 permet de séparer de façon
beaucoup plus distincte les traitements que les années. La première ACP a donc permit de déduire
que les paramètres étaient plus influencés par les traitements que par les années.
37
Figure 12. Répartition des traitements sur les CP 3 et 4 pour 2012 et 2013. PSF : serre prototype semi-fermée; T : serre témoin
Figure 13. Répartition des deux années d’expérimentation sur les CP 3 et 4. 2012 : année 2012; 2013 : année 2013.
38
La deuxième ACP qui a été effectuée ne comportait que les données de l’année 2012. Sur la figure
14 sont présentes les CP 1 et 2. La première CP expliquait 36% de la variabilité. Les premiers
paramètres représentant la tendance végétative sur la gauche (distances bourdon-apex et longueur
feuille mature) étaient inversement reliées à la température et à l’ensoleillement (°C nuit, °C jour, °C
24 hrs et rayonnement total) ainsi qu’à des paramètres reliés à la tendance reproductive (rythme de
nouaison et rythme de nouaison) à droite. Ainsi, avec l’ensoleillement et par conséquent une
augmentation de température, les plants avaient une tendance observable en 2012 à avoir des
feuilles plus courtes et fleurir plus près de la tête. De plus, tout comme pour les deux années
confondues, l’équilibre vigueur/fruits est représenté horizontalement de façon décroissante de
gauche à droite pour la CP 1.
CP 1 (36%)
-0,45 -0,30 -0,15 0,00 0,15 0,30 0,45
CP
2 (
27%
)
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
DPV max 24 hrs
DPV min 24 hrs
oC nuit
oC 24 hrs
oC jour
Rayonnement total
CO2 moyen
Vigueur
Charge en fruits
Distance bourdon-apex
Longueur feuille mature
DPV 24 hrs
Élongation
Rythme nouaison
Rythme floraison
Figure 14. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les
variables climatiques pour 2012 (CP 1 et 2).
39
La CP 2 qui représentait 27% de la variabilité était formée de paramètres de tendance végétative en
haut (distance bourdon-apex, élongation et vigueur) qui étaient inversement reliés au paramètre à
tendance reproductive en bas (charge en fruits). La CP 2 montrait que l’équilibre vigueur/fruits est
décroissant de haut en bas. Ainsi, les résultats provenant de l'analyse des données obtenues en
2012 étaient similaires à ceux des deux années combinées.
Tout comme pour l’analyse en composantes principales des deux années confondues, les périodes
sont assez bien séparées grâce aux CP 1 et 2 (Figure 15). Contrairement à l’analyse qui englobait
les deux années, la période 2 est beaucoup plus distincte des périodes 3 et 4 pour 2012.
Figure 15. Répartition des périodes sur les CP 1 et 2 pour 2012. 1 : février à mars; 2 : avril à mai; 3 : juin à juillet; 4 : août à octobre.
40
CP 3 (11%)
-0,5 -0,4 -0,3 -0,1 0,0 0,1 0,3 0,4 0,5
CP
4 (
7%
)
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
DPV max 24 hrs
DPV min 24 hrs
oC nuit
oC 24 hrsoC jour
Rayonnement total
CO2 moyen
Vigueur
Charge en fruits
Distance bourdon-apex
Longueur feuille mature
DPV 24 hrs
Élongation
Rythme nouaison
Rythme floraison
Figure 16. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les variables climatiques pour 2012 (CP 3 et 4).
À la figure 16, nous pouvons observer que la CP 3 pour l’année 2012 contient les mêmes paramètres
que la CP 3 pour les deux années combinées. Ainsi, pour l’année 2012, cette composante
représentait 11% de la variabilité et était composée à gauche du DPV (DPV 24 hrs, DPV max 24 hrs
et DPV min 24 hrs) et à droite de deux paramètres à tendance reproductive (rythme de floraison et
rythme de nouaison). Ainsi, la vitesse de floraison et de formation des fruits serait inversement reliée
au DPV. Au niveau de la composante principale 4, elle n’expliquait que 7% de la variabilité mais, fait
intéressant, elle permettait généralement de séparer les traitements (Figure 17). Ainsi, tout comme
pour l’ACP avec les deux années combinées, c’est le paramètre CO2 (Figure 16) qui semble le plus
fortement associé au type de serre semi-fermée, traitement uniquement présent dans les quadrants
du haut (Figure 17). De la même façon, la vigueur élevée était plus fortement reliée à la serre témoin.
41
Figure 17. Répartition des traitements, périodes et semaines sur les CP 3 et 4 pour 2012. PSF : serre prototype semi-fermée; T : serre témoin; 1 : février à mars; 2 : avril à mai; 3 :
juin à juillet; 4 août à octobre; 2012: année 2012; 2013 : année 2013.
Les figures 18 et 19 présentent la troisième ACP effectuée qui a été réalisée à l’aide des données de
l’année 2013 seulement. La composante principale 1 en 2013 qui expliquait 40% de la variabilité était
similaire à celle des deux années combinées (Figure 9) puisque toutes les deux étaient reliées à
l’équilibre vigueur/fruit et ce, avec les mêmes paramètres. En effet, dans la figure 18, il est possible
de voir que les paramètres à tendance végétative à gauche (distance bourdon-apex et longueur
feuille mature) étaient opposés à ceux à tendance reproductive à droite (rythme de nouaison et
rythme de nouaison). Encore une fois, l’équilibre végétatif/reproductif était présenté horizontalement
et ce, de façon décroissante de gauche à droite. Tout comme pour les deux années réunies, on a
observé que la température (°C 24 hrs, °C jour et °C nuit) ainsi que l’ensoleillement journalier
(Rayonnement total) se situaient à droite sur la figure 18 et étaient donc reliés positivement aux
paramètres associés à des plants reproductifs. La composante principale 2 présentait des relations
similaires à celles observées pour les CP 3 et 4 des ACP sur les deux années combinées. En effet,
cette CP qui expliquait 15% de la variabilité présentait des paramètres climatiques opposés. Le
premier paramètre était le DPV (DPV 24 hrs) présent dans la partie supérieure qui était fortement et
inversement relié à la concentration de CO2 (CO2 moyen) en bas. Encore une fois, lorsque de hautes
42
concentrations en CO2 étaient mesurées, les serres avaient une tendance à connaître un DPV plus
faible.
CP 1 (40%)
-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
CP
2 (
15%
)
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
DPV max 24 hrsDPV min 24 hrs oC nuit
oC 24 hrs
oC jour
Rayonnement total
CO2 moyen
Vigueur
Charge en fruits
Distance bourdon-apex
Longueur feuille mature
DPV 24 hrs
Élongation
Rythme nouaisonRythme floraison
Figure 18. Analyse en composantes principales sur les paramètres de croissance et les
variables climatiques pour 2013 (CP 1 et 2).
Tout comme pour l’analyse avec les 2 années combinées, les périodes étaient assez bien séparées
en 2013 grâce aux CP 1 et 2, principalement pour la période 1 qui se distinguaient le plus des autres
(Figure 19). La troisième ACP a été la seule à permettre aux deux traitements de se distinguer
clairement dès la composante principale 2 en expliquant 15% de la variabilité (Figure 19). En
analysant les figures 18 et 19, la concentration de CO2 située dans le bas de la figure 18 est la plus
fortement reliée au traitement semi-fermé. Il en est de même pour le DPV 24 hrs situé en haut qui
était associé à la serre témoin. Ainsi, pour les années 2012, 2013 ou pour les deux années
combinées, ce fut les données climatiques qui ont permis de séparer graphiquement les traitements
et non pas l’équilibre vigueur/fruits.
43
Figure 19. Répartition des traitements, périodes et semaines sur les CP1 et 2 2013.
PSF : serre prototype semi-fermée; T : serre témoin; 1 : février à mars; 2 : avril à mai; 3 :
juin à juillet; 4: août à octobre; 2012: année 2012; 2013 : année 2013.
3.5 Propriétés physiques des fruits
La fermeté des fruits n’a pas été influencée par le type de serre alors que la période
d’échantillonnage a eu un effet significatif (Tableau 7). Puisque la fermeté est fonction principalement
de la température et de l’irrigation, il était attendu que ce soit la période qui influencerait le plus ce
paramètre.
Tableau 7. Fermeté des fruits selon le type de serre pour 2012 et 2013.
Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Trt Période Trt x P
Fermeté
(% 12,5 N)62,3 62,4 55,8 56,4 57,2 56,2 0,9311 <,0001** 0,6
* Valeurs de P significatives
** Valeurs de P très significatives
Période 2
(mai)
Période 3
(juin à juillet)
Période 4
(août à octobre)Valeur de P
44
La couleur (a* et b*) n’a été influencée ni par le type de serre, ni par la période d’échantillonnage
(Tableau 8). Toutefois, l’éclat (L*), bien que non influencé par le type de serre, était différent selon la
période.
Tableau 8. Données de colorimétrie des tomates selon le type de serre pour les 2012 et 2013.
3.6 Propriétés chimiques des fruits
L’acidité titrable, le pourcentage de matière sèche, la capacité antioxydante (en équivalent Trolox), la
conductivité électrique ainsi que le taux de lycopènes n’ont pas été influencés par le type de serre
(Figure 20). Comparativement à Vreck et al. (2011), qui ont obtenus des valeurs de 700 à 800 mmol
d’équivalent Trolox/kg de matière fraîche, les valeurs mesurées dans cette étude étaient de l’ordre de
5,5 mmol d’équivalent Trolox/100 g de matière fraîche.
Figure 20. Analyses chimiques des fruits pour les deux traitements pour 2012 et 2013.
Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Trt Période Trt x P
L* 36,7 37,0 38,9 37,8 40,3 40,1 0,6515 0,0447* 0,7458
a* 22,4 22,6 24,8 24,9 25,9 27,2 0,722 0,2002 0,9421
b* 8,0 8,3 9,6 6,7 12,0 11,5 0,5845 0,2476 0,7711
* Valeurs de P significatives
** Valeurs de P très significatives
Période 2
(mai)
Période 3
(juin à juillet)
Période 4
(août à octobre)Valeur de P
4,58 4,57
3
4
5
6
Témoin Semi-fermée
(mS/
cm)
B) CE
27,09 29,03
10
20
30
40
Témoin Semi-fermée
(mg/
kg)
E) Lycopènes
0,36 0,37
0,30
0,35
0,40
Témoin Semi-fermée
C) Acidité tritrable
5,405,58
4
5
6
Témoin Semi-fermée
(%)
A) Matière sèche
(éq
uiv
ale
nt
%
acid
eci
triq
ue
)
5,49 5,50
3
4
5
6
Témoin Semi-fermée
(TEA
C)
D) Capacité antioxydante
(mm
old
'éq
uiv
ale
nt
Tro
lox/
10
0 g
de
m
atiè
re f
raîc
he
)
45
Des échantillons de tomate ont été analysés en 2013 seulement afin de connaître la concentration en
minéraux, en vitamine C, en caroténoïdes et en polyphénols. Ces analyses ne permettent pas de
comparer les traitements puisqu’elles n’ont été faites que pendant une seule saison et que l’effet de
la serre ne peut être séparé. Cependant, ces résultats présentés en annexe A donnent
d’intéressantes informations sur le cultivar Macarena.
Tableau 9. Degré Brix des fruits selon le type de serre pour 2012 et 2013.
Tout comme pour les autres caractéristiques chimiques, le contenu en solides solubles, évalué en
degré Brix, n’a pas été influencé par le type de serre (Tableau 9). Toutefois, il a été différent selon la
période en raison du rayonnement solaire qui diffère durant l’année. Ainsi les fruits possédaient un
taux de sucre supérieur en été.
Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Témoin Semi-fermée Trt Période Trt x P
Solides
solubles (°Brix)4,2 4,2 4,5 4,5 4,5 4,6 0,9908 0,0283* 0,6492
* Valeurs de P significatives
** Valeurs de P très significatives
Période 2
(avril à mai)
Période 3
(juin à juillet)
Période 4
(août à septembre)Valeur de P
46
Chapitre 4.Discussion
4.1 Conditions climatiques
Bien que les cultivars de tomate possèdent différentes caractéristiques principalement influencées
par la génétique (Causse et al., 2003), les producteurs en serre ont la capacité de créer des climats
pratiquement idéaux afin d’atteindre un rendement maximal en fruits En effet, la technologie permet
maintenant de déterminer, dans un intervalle acceptable, quelles devraient être les valeurs de
température, de DPV et de CO2 dans l’air d’une serre. En construisant des serres semi-fermées, les
producteurs ont comme but de minimiser l’impact des fluctuations climatiques externes à la serre et
d’augmenter la concentration de CO2 à l’intérieur de celle-ci. Ainsi, c’est en modulant le climat interne
de la serre semi-fermée que celle-ci peut influencer les résultats agronomiques.
Concernant la température de l’air, il n’y a eu aucun effet significatif du traitement et seule la période
de l’année l’a influencée. Ceci indique que le système de climatisation a bien joué son rôle de
refroidir la serre car les températures de la serre prototype semi-fermée n’étaient pas différentes à
celles de la serre témoin (Tableau 3) et ce, même si les toits de cette dernière étaient moins souvent
ouverts pour laisser échapper l’air chaud et humide. Toutefois, une température plus élevée aurait
été préférable dans la serre prototype semi-fermée en 2013 afin de stimuler la croissance et la
production de fruits. La présence de maladie de nature fongique en 2012 dans la serre témoin a
justifié la décision de tenir des températures moins élevées dans la serre semi-fermée en 2013.
En étant la première étude à analyser les effets d’une serre semi-fermée au Québec, il est très
difficile de comparer les résultats avec d’autres études, principalement européennes, qui se sont
intéressées à ce sujet. De plus, les consignes d’injection de CO2 de cette étude ont été différentes de
celles des études européennes en raison de la concentration de CO2 visée. Par exemple, dans
l’étude de Qian et al. (2012a et 2012b), la concentration de CO2 ciblée était toujours de 1000 µL L-1
alors que dans la présente étude, elle était fonction du rayonnement solaire (Anonyme, 2011).
Bien que n’étant pas significativement différentes de la serre témoin les conditions climatiques de la
serre semi-fermée ont montré une tendance à obtenir des concentrations de CO2 plus favorables en
47
vue de la production de tomates. En effet, les concentrations moyennes en CO2 étaient de 31 à 42%
plus élevée, selon la période, dans la serre semi-fermée que dans la serre témoin (Tableau 3). Pour
la période 10h à 14h, qui est le moment de la journée où les toits sont les plus susceptibles d’être
ouverts, la concentration en CO2 étaient de 42 à 74% plus élevée dans la serre semi-fermée que
dans la serre témoin (Tableau 3). La quantité de CO2 injectée a été de 2,2 et 1,7 fois moins élevée
dans la serre semi-fermée que dans la serre témoin en 2012 et 2013 respectivement (Tableau 4).
Les coûts liés à l’injection du CO2 ont été 1,6 fois moins élevés en 2012 et 2 fois moins élevé en
2013 dans la serre semi-fermée que dans la serre témoin (Tableau 4).
C’est la faible puissance du test statistique qui peut expliquer l’absence de résultats significatifs pour
le rendement, la croissance, le calibre et la qualité des fruits puisque seules deux serres ont pu être
étudiées au cours de ce projet de recherche et ce, sur deux années d’étude seulement. La relation
entre la concentration de CO2 et le rayonnement journalier pour chacun des traitements (Figure 6)
représente le mieux comment le CO2 a agi différemment dans les deux serres. En effet, c’est au
moment où le rayonnement solaire est le plus élevé que la plante reçoit le plus de photons et qu’elle
est la plus susceptible de faire de la photosynthèse et d’ainsi, favoriser la croissance et la production
de fruit. C’est à ce moment que la demande en CO2 est la plus grande de la part de la plante.
Puisque dans les serres ouvertes, le CO2 s’échappe par les toits en période de grand rayonnement
en raison d’une ventilation plus élevée, il est difficile de fournir à la plante la concentration de CO2
nécessaire pour maximiser la production de fruits. C’est dans la serre semi-fermée que ce potentiel
peut être exploité tel qu’indiqué par la courbe de réponse de la photosynthèse à la concentration en
CO2 dans l’air présentée à la figure 6. Ainsi, dans la serre semi-fermée, une augmentation du
rayonnement solaire est associée à une augmentation de la concentration en CO2 alors que c’est le
contraire dans la serre témoin (Figure 7). De plus, ces hautes concentration de CO2 ont nécessité
moins d’injection de ce gaz puisque les toits de la serre semi-fermée ont été moins souvent ouverts
et ce, avec un pourcentage d’ouverture moindre.
Les concentrations de CO2 plus élevées dans la serre semi-fermée constitue un avantage pour le
producteur puisque la problématique initiale vient du fait que le coût d’injection du CO2 est si élevé
qu’il fait diminuer le profit net de production. De plus, les gains photosynthétiques moyens associés à
la différence de concentrations de CO2 entre la serre témoin et la serre semi-fermée aient été de
48
l’ordre de 10% selon la figure 6. Il est à noter que cette assimilation de CO2 accrue a
vraisemblablement mené à une plus grande quantité de photosynthétats produits chaque jour,
laquelle s'est accumulée tout au long de la saison. Les données de croissance et de rendement dans
la serre semi-fermée ne corroborent toutefois pas les gains mis en évidence.
En contrepartie, bien que les résultats soient forts prometteurs au niveau de la concentration en CO2,
un DPV très faible a été constaté dans la serre semi-fermée (Figure 8). Ce phénomène vient du fait
que les toits étant plus souvent fermés dans la serre semi-fermée, l’humidité s’est accrue à l’intérieur
de celle-ci. Il est fortement conseillé de garder un DPV interne situé entre 0,3 et 0,7 kPa en tout
temps afin de ne pas affecter les plants négativement (Discussion avec Damien de Halleux, 2013;
Qian et al., 2011). La gestion de la serre semi-fermée est donc un défi qui devra être relevé au cours
des prochaines années. En autres techniques qui pourraient être utilisées afin d’éviter de faire
diminuer le DPV serait de maintenir les températures plus élevées que celles connues dans la serre
semi-fermée en 2013 ou de modifier le système de climatisation de manière à se qu’il permette une
meilleure déshumidification.
4.2 Données de croissance
L’élongation des plants a été influencée par le traitement et la période. Le rythme de nouaison, quant
à lui, a été influencé par la période ainsi que par le traitement. La serre témoin a un rythme de
nouaison plus rapide possiblement en raison d’un climat plus favorable. Pour ce qui est de la vigueur,
la longueur de la feuille mature, la distance entre la grappe bourdon et l’apex, la charge en fruits et le
rythme de floraison, seule la période a eu un effet significatif sur ces paramètres. Ce phénomène est
déjà connu puisque c’est le rayonnement qui influence le plus la croissance des plants. De plus, les
rythmes de nouaison et de floraison étant liés, il est étonnant que le rythme de floraison n’ait pas été
influencé par le traitement comme l’a été le rythme de nouaison. Ce phénomène s’explique
principalement par la taille des grappes qui est effectuée hebdomadairement par les jardiniers.
Les analyses en composantes principales n’ont pas permis d’illustrer clairement si l’équilibre
vigueur/fruits des plants était affecté par les traitements (serre ouverte et serre semi-fermée). Ce sont
plutôt les paramètres climatiques variant en fonction des différentes périodes de l’année qui se sont
49
avérés comme la principale source d’influence de l’équilibre vigueur/fruits des plants. Néanmoins, la
principale source de variabilité de l’ensemble des données (exprimée en CP1 et CP2) provenait des
paramètres de croissance liés à la vigueur des plants. Ainsi, le climat a influencé l’équilibre
vigueur/fruits des plants et ce, principalement en fonction de la période de l’année et non pas des
traitements (serre semi-fermée vs serre ouverte).
4.3 Rendement et calibre des fruits
Le rendement n’a été influencé que par la période. C’est donc en juin et juillet que les récoltes ont été
les plus importantes. La raison pour laquelle le traitement n’a pas influencé le rendement malgré qu’il
ait eu un impact sur la nouaison est qu’une taille des grappes était effectuée hebdomadairement.
Ainsi, même si les fruits nouaient plus rapidement dans la serre témoin, certains de ces fruits étaient
coupés et l’impact possible sur le rendement ne s’est donc pas fait sentir. En 2012, une grande partie
des plants d’une des serres ont été atteint du Verticillium dahliae de type 2. Cette serre était à ce
moment la serre témoin. En raison de la perte de plusieurs plants, l’analyse du rendement ne s’est
fait que pour les allées n’ayant pas été affectées pour cette année. Puisque la maladie a
principalement été présente dans une allée de garde adjacente aux parois de plastique séparant les
serres, il a été apporté comme hypothèse que cette allée était plus propice à l’a propagation de ce
champignon car elle était moins bien irriguée et que la paroi de polyéthylène pouvait parfois faire un
brassage sur le plant engendrant un stress non négligeable. Par la suite, pour la saison de culture
2013, du biofongicide Rootshield (Trichoderma harzianum) a été ajouté aux terreaux à l’automne
2012. De plus, ce champignon a été introduit dans l’eau d’irrigation afin d’entrer en compétition avec
le Verticillium dahliae. Malheureusement, sachant que le porte-greffe Beaufort n’était pas résistant à
la race 2, le risque que le Verticillium dahliae puisse facilement infecter les plants en période de
grand stress a été une préoccupation constante en 2013 pour cette serre qui était alors semi-fermée.
Ainsi, lorsque les plants ont présenté un manque de vigueur, la taille des fruits sur ces plants a été
faite à trois fruits par grappe. Bien que nous ayons convenu au départ que la taille devait être faite à
quatre fruits par grappe pour les deux serres et pour les deux années, cette décision a été prise en
2013 afin de ne pas affaiblir les plants.
50
Tel qu’expliqué précédemment, la température a aussi été maintenue plus basse afin de limiter le
stress causé aux plants. Les températures basses n’ont pas permis aux plants de maximiser la
formation en fruits. Ainsi, le rendement n’a pas été influencé par le traitement mais il est facile de
s’imaginer qu’il aurait pu en être différemment dans d’autres circonstances. Les plants de la serre
semi-fermée en 2013 avaient la capacité de produire plus de fruits mais ces fruits ont été taillés et la
température n’était pas suffisamment élevée pour amener les plants à leur plein potentiel. De plus,
bien que les grappes aient été taillées plus sévèrement dans cette serre en 2013, ni le rendement, ni
le calibre n’ont été affectés. Le rendement ainsi que le calibre n’ont été influencés que par la période
(Tableau 6). En effet, il n’y avait aucune différence significative détectée en fonction des traitements
pour ces deux paramètres.
4.4 Propriétés physiques des fruits
La fermeté n’a pas été significativement différente selon le traitement contraire à Farneti et al. (2013).
La fermeté des fruits diffère en fonction de la température et de l’irrigation, ce qui explique pourquoi
la période a affecté ce paramètre (Tableau 7). Ainsi, les fruits ont eu tendance à être moins fermes
en été.
La couleur du fruit n’a pas été influencée ni par la période ni par le traitement (Tableau 8). Toutefois,
l’éclat (L*) était significativement différent selon la période. Au niveau de la formation d’un fruit, l’éclat
diminue avec l’avancement de la maturité du fruit puisque celui-ci devient plus foncé. Le fruit devient
plus foncé en raison du ration rouge/vert qui augmente avec la synthèse des caroténoïdes (Nour et
al., 2015). Cependant, ce phénomène ne permet pas d’expliquer pourquoi la période influence ce
paramètre. Il est possible de conclure que les échantillons n’avaient pas le même degré de maturité
lors des différentes cueillettes pour les deux années. Les échantillons ont pu être prit juste après une
récolte certaines fois et avant une récolte les autres fois influençant ainsi le degré de maturité des
fruits utilisés pour ces analyses. Le niveau de maturité des fruits peut aussi expliquer les résultats
obtenus avec la fermeté.
51
4.5 Propriétés chimiques des fruits
Les solides solubles, la matière sèche, la capacité antioxydante, la conductivité électrique, les
lycopènes, les analyses minérales, la vitamine C, les phénols, les polyphénols totaux ainsi que les
caroténoïdes, n’ont pas été influencés par le traitement (Figure 20). Ainsi, l’hypothèse selon laquelle
une serre semi-fermée permet de donner des fruits d’une qualité nutritionnelle supérieure s’est
avérée fausse. De plus, le degré Brix (Tableau 9) et l’acidité titrable (Figure 20) n’était pas différents
d’un traitement à l’autre, il est possible de dire que le goût des tomates était le même pour les deux
types de serres.
52
Conclusion
Deux serres de 228 m2 et 230 m2 ont été utilisées afin d’y produire des tomates biologiques en 2012
et 2013. L’une d’elle était munie d’un système de climatisation par géothermie afin d’être régie selon
les principes d’une serre semi-fermée alors que l’autre serre était une serre ouverte, c’est-à-dire
qu’elle utilisait la ventilation naturelle pour contrôler le climat. Ce projet consistait à vérifier si une
serre semi-fermée, comparativement à une serre ouverte pouvait avoir une influence bénéfique sur la
croissance des plants ainsi que sur le rendement et la qualité des fruits.
Des analyses en composantes principales ont permis d’illustrer que l’équilibre entre la croissance
végétative et générative (équilibre vigueur/fruit) des plants n’était pas influencé par le traitement de la
serre semi-fermée. De plus, les analyses de variances ont permis de constater que ni le rendement,
ni le calibre, ni les propriétés physiques et chimiques des fruits n’ont été influencés par le type de
serre étudié.
Cette expérience a ainsi invalidé les hypothèses de départ, en partie en raison de la présence du
Verticillium dahliae de type 2 en 2012 et du maintien de températures trop basses en 2013 qui ont pu
affecter négativement les données agronomiques, et principalement les rendements. Toutefois, la
concentration de CO2 dans la serre semi-fermée était toujours plus élevée dans la serre semi-fermée
que dans la serre témoin. Ainsi, il serait intéressant d’approfondir les connaissances sur les effets de
ce type de serre sur une culture de tomate. L’utilisation moindre du CO2 et une concentration de ce
gaz maintenu plus élevée dans la serre semi-fermée que dans la serre ouverte signifie qu’un
ajustement des autres paramètres climatiques (température et humidité relative) et agronomiques
(densité, charge en fruit) pourrait permettre des rendements et des bénéfices plus élevés. Il serait
intéressant de poursuivre les études sur ce type de serre avec des températures plus élevées ou
d’augmenter la densité des plants.
En conclusion, la serre semi-fermée a permis de produire des fruits de qualité et en quantité égale à
la serre témoin tout en réduisant la consommation en CO2 ainsi que les coûts de production. De plus,
puisque cette étude est la première à évaluer les performances agronomiques d’une serre semi-
fermée dans le cadre d’une production de tomates biologiques au Québec, les informations qui en
53
sont ressorties pourront être utiles aux producteurs qui désirent instaurer des serres semi-fermées
dans leur entreprise.
54
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Annexe A. Données chimiques
Tableau 10. Données chimiques analysées en 2013.
Semi-fermée Témoin
Vitamine C (mg/g de matière fraîche)
Vitamine C 1,99 2,68
Polyphénols totaux (mg d'équivalent d'acide gallique/g)
Polyphénols totaux 3,10 3,25
Polyphénols (ug/L)
Homovanillic acid-O-hexoside 884 818
Ferulic acid-O-hexoside 680 645
Caffeic acid-O-hexoside 1 3412 3297
Caffeic acid-O-hexoside 2 1422 1484
Rutin-O-hexoside 287 505
Coumaroylquinic acid 78 107
3-caffeoylquinic acid 38 46
5-caffeoylquinic acid 6909 8160
4-caffeoylquinic acid 1564 2059
Phloretin-C-diglycoside 338 479
Rutin-O-Pentoside 1573 2065
Phloridzin-C-diglycoside 42 61
Cafeic acid 753 790
Dicaffeoylquinic acid 28 40
Kaempferol-3-O-rutinoside 238 524
Coumaric acid-O-hexoside 1 655 705
Coumaric acid-O-hexoside 2 850 1124
Naringenin 2806 2489
Rutin 2847 4772
Caroténoïdes (ug/g)
Lutein 10,7 9,3
a-Carotene 0,013 0,018
trans-b-Carotene 219 189
cis-b-Carotene 0,002 0,003
13-cis-lycopene 977 1037
9-cis-lycopene 0,001 0,001
trans-lycopene 49433 54822
60
Tableau 11. Analyses minérales des fruits récoltées en 2013.
N Ca K Mg P Cu Fe Mn Zn
(% p/p sec)
( % p/p sec)
( % p/p sec)
(% p/p sec)
(% p/p sec)
(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)
Semi-fermée 1,62 0,12 2,98 0,11 0,31 4,47 54,80 18,32 13,24
Témoin 1,85 0,12 3,41 0,13 0,33 5,42 89,71 19,49 15,23
61
Annexe B. Données de photosynthèse
Figure 21. Taux de photosynthèse nette en fonction de l’intensité lumineuse (PPFD, µmol m–2 s–1) d’une feuille de tomate.
Table 12. Paramètres photosynthétiques provenant des courbes de réponse de la photosynthèse à la lumière selon le traitement.
Moyenne valeur de P
Témoin Semi-fermée Trt
Rendement quantique (µmol CO2/photon)1
0,08 ±0,02 0,08 ±0,02
0,7518
A max 2 26,66 ±4,93 24,11 ±6,97
0,2792
Respiration à la noirceur 1,55 ±0,50 1,68 ±0,59
0,5639
1 Cette valeur indique l’inclinaison de la pente de la courbe de photosynthèse. 2 C’est la valeur du plateau qui est atteint sous conditions de lumière saturante. .
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Ph
oto
syn
thès
e (
µm
ol/
CO
2/m
2/s
Longueur d'onde dans le PAR (nanomètre)
