L'hydroponie à l'abri des regards : un nouveau système de surveillance permet de suivre les solutions nutritives en temps réel

Alors que les villes continuent de s'étendre, que les terres agricoles se raréfient et que le changement climatique progresse, de nouvelles formes de culture voient le jour. L'une d'entre elles est la culture hydroponique verticale : les plantes sont cultivées sur plusieurs niveaux empilés, non pas dans le sol mais dans une solution nutritive en circulation. Cela permet d'économiser de l'espace, de raccourcir les trajets de transport et de fournir les cultures avec une grande précision. En collaboration avec un consortium international, l'Institut Fraunhofer de microtechnique et de microsystèmes IMM a mis au point un système de surveillance multi-ion conçu pour contrôler automatiquement l'apport en nutriments dans de tels systèmes en boucle fermée, ce qui rend plus efficace l'utilisation de l'eau, des engrais et d'autres ressources d'exploitation.

Le contrôle précis des nutriments : un défi majeur

Aussi efficaces que puissent être les systèmes hydroponiques verticaux, leur exploitation est exigeante. L'une des tâches les plus importantes consiste à ajuster en permanence la composition de la solution nutritive dans la boucle d'irrigation fermée aux besoins réels des plantes.

Dans la pratique, les opérateurs mesurent principalement la conductivité, le pH, le potentiel d'oxydoréduction et la température. Bien que ces valeurs fournissent des informations importantes sur l'état de la solution, elles ne révèlent que des informations limitées sur les concentrations réelles des ions nutritifs individuels. Or, c'est précisément l'un des facteurs clés de l'optimisation du fonctionnement du système.

En l'absence d'informations précises, les nutriments ne peuvent être réapprovisionnés ou renouvelés que de manière limitée et ciblée. Pour éviter de sous-alimenter les plantes ou de surcharger la solution en nutriments, les solutions nutritives sont donc souvent remplacées complètement à intervalles réguliers.

C'est là que le projet AutoNutri entre en jeu. Son objectif était de développer un système de surveillance multi-ion qui permette un contrôle en ligne automatisé de l'apport d'engrais dans les systèmes hydroponiques verticaux. Grâce à un dosage des nutriments contrôlé par rétroaction dans des systèmes en boucle fermée, la solution nutritive peut être régénérée avec précision. De cette manière, le consortium - composé de Fraunhofer IMM, RM Gerätebau, l'Institut de technologie chimique de Mumbai et HiMedia Laboratories Pvt. Limited - vise à utiliser l'eau et les engrais de manière plus efficace tout en réduisant la pollution environnementale causée par l'élimination prématurée des solutions nutritives.

Suivi simultané de cinq éléments nutritifs

Au cœur du système se trouve une méthode de mesure électrochimique basée sur des électrodes sélectives d'ions qui peuvent détecter cinq ions différents directement dans la solution nutritive. Ces ions sont particulièrement importants pour la croissance de cinq cultures sélectionnées dans le cadre du projet. Il est ainsi possible de voir plus clairement quels nutriments sont réellement disponibles pour les plantes et où des ajustements sont nécessaires.

À cette fin, les partenaires du projet en Inde ont étudié cinq cultures sélectionnées : la laitue, le brahmi, le thym, la stévia et le basilic. Différentes formulations de nutriments ont été comparées pour ces plantes afin de mieux comprendre leurs besoins spécifiques en matière de culture. En outre, les plantes ont également été cultivées dans le sol afin d'identifier les différences de croissance et d'absorption des nutriments entre la culture conventionnelle et la culture à base d'eau. Cela a permis de définir de manière plus ciblée les exigences du système de mesure.

Pour les tests, HiMedia a mis en place une installation extérieure à Igatpuri et une installation intérieure à Mumbai. Les deux sites sont contrôlés par des capteurs et automatisés. Les cultures sélectionnées y ont été étudiées dans des conditions réalistes et les composants développés ont été testés pendant les opérations en cours.

La conception technique a également été élaborée en tenant compte des applications futures. Le système est de conception modulaire, fonctionne avec un étalonnage automatique et ne nécessite que de faibles volumes d'échantillons. Les composants individuels peuvent être remplacés en cas de besoin. L'objectif est de faciliter au maximum l'intégration de la solution dans les installations existantes et son utilisation. L'ensemble du système est contrôlé par un microcontrôleur, ce qui permet un étalonnage, un échantillonnage, une mesure et un traitement des données entièrement automatisés dans un flux de travail continu. La plateforme est complétée par un module qui ajuste automatiquement le dosage des nutriments en fonction des valeurs mesurées.

De l'installation pilote à l'application pratique

Une étape importante a été la livraison du prototype sur le site de HiMedia en mars 2025. Le système y a été installé et utilisé pour les tests et la validation.

Pour mettre le système en pratique, deux fermes commerciales ont été sélectionnées pour les tests bêta et la formation : La ferme hydroponique Amrit Agro à Igatpuri, qui cultive principalement des légumes-fruits tels que des tomates et des poivrons, et la ferme hydroponique Ezzi à Bhiwandi, qui cultive des légumes-feuilles et des herbes aromatiques, notamment du basilic. Jusqu'à présent, les deux fermes travaillaient avec un mélange de nutriments commerciaux. Des échantillons de ces solutions nutritives ont été prélevés et analysés sur le site de HiMedia à l'aide du système AutoNutri. Cela a permis de démontrer comment la technologie peut aider à contrôler les nutriments avec plus de précision et à utiliser les solutions nutritives en fonction des besoins réels dans des conditions réelles.

"Le système fait actuellement l'objet de tests supplémentaires dans des conditions réelles d'exploitation. Parallèlement, nous explorons d'autres applications où la technologie pourrait être utilisée efficacement, par exemple pour le contrôle des eaux usées ou des nutriments dans les systèmes de biofermentation", explique Rainer Gransee, chef de projet au Fraunhofer IMM.

Le système AutoNutri sera présenté à Analytica

Le système AutoNutri sera présenté à l'occasion du salon analytica, qui se tiendra à Munich du 24 au 27 mars 2026. Sous la devise "Comment les technologies analytiques de processus en ligne (PAT) peuvent améliorer le contrôle de la qualité - des solutions d'eau et de nutriments aux flux de bioprocédés", les scientifiques de Fraunhofer sont impatients de discuter du sujet avec les visiteurs dans le hall A3, stand 312.