Propriétés physiques des substrats

Définition : Tout produit destiné à servir de milieu de culture à certains végétaux ou dont la mise en œuvre aboutit à la formation de milieux possédant une porosité telle qu’ils sont capables à la fois d’ancrer les organes absorbants des plantes et de leur permettre d’être en contact avec les solutions nécessaires à leur croissance.

Propriétés physiques des substrats

Quelques définitions

• Porosité : volume des vides occupé soit par de l’air, soit par de l’eau.

Ordres de grandeur : 80 à 95 %

                                Perlite : 96.5 %

                                Tourbe blonde : 92 à 95 %

                                Tourbe brune ou noire : 80 à 90 %

                                Terre agricole : 40 à 50 %

• Masse Volumique apparente sèche ou densité apparente sèche : masse de l’unité de volume à l’état sec. Ordres de grandeur : 0.08 à 0.3 / 0.4 kg/l

N.B.: Plus la densité apparente sèche est faible, plus la porosité est forte et inversement.

• pF : unité qui traduit la force avec laquelle le substrat retient l’eau face au potentiel racinaire d’extraction d’une plante. Il est égal au logarithme de la pression correspondante.

Au laboratoire

On sait reproduire l’équivalent d’une succion racinaire en exerçant une dépression qui assèche progressivement le substrat, par le biais d’une colonne d’eau de dimensions normalisées. Cette dépression est mesurée en cm de hauteur d’eau et traduite en une unité particulière : le pF ou potentiel hydrique.

Quelques pF remarquables

• pF 1 : capacité maximale de rétention en eau du substrat.

• pF 2 : eau retenue à la limite de ce qui peut être extrait facilement par les racines de la plupart des plantes horticoles courantes. A ce stade le végétal se fane rapidement.

• pF 1.7 : pF souvent retenu comme la limite de l’eau facilement utilisable par la plante.

• pF 2.3 à 3.0 : capacité au champ. La valeur de pF est variable selon la texture du sol.

• pF 4.2 : point de flétrissement permanent pour la plupart des plantes cultivées sur sol.

N.B. : La disponibilité en eau est l’eau retenue entre pF 1 et pF 2.0 (soit environ 30 % pour les tourbes blondes et 25 % pour les tourbes brunes).

Exemple de Courbe de pF

A noter :

Caractéristiques d’un substrat considéré comme satisfaisant :         Densité sèche : 0,1 à 0,3         Porosité totale : > 88         Capacité de rétention en air à pF1 (% du volume) : 20 à 30         Capacité de rétention en eau à pF1 (% du volume) : 55 à 70

Choisir son Substrat

Devant l’abondance de l’offre de substrats, le producteur hors-sol est le plus souvent désarmé pour réaliser son choix. Les critères subjectifs et économiques sont souvent de mise. Il n’existe généralement pas de mauvais substrat. Il est plus fréquent de rencontrer de mauvaises utilisations.

• Approche globale

Le choix d’un substrat nécessite de prendre au préalable en compte les exigences des cultures, les contraintes d’irrigation, de fertilisation et de technicité de l’entreprise. En fonction de ces renseignements, il sera possible de réaliser une sélection basée sur les caractéristiques propres des substrats. Parmi celles-ci, les caractéristiques physiques tiennent une place particulière. Le substrat est le lieu de développement du système racinaire. Il est primordial que les conditions nécessaires à son bon fonctionnement métabolique soient réunies. Ainsi, l’aptitude au renouvellement du milieu en oxygène, sa capacité à assurer une alimentation hydrique (et la conséquence sur le pilotage de l’irrigation) sont autant de facteurs qu’il importe de connaître au mieux. Malheureusement les utilisateurs s’attachent le plus souvent à la seule fertilisation de leurs supports de culture en oubliant de s’intéresser à leurs caractéristiques physiques. Elles peuvent être obtenues auprès du fournisseur (Norme AFNOR / Etiquetage). Vous pouvez également les obtenir en faisant analyser le produit au Laboratoire.

• Analyses physiques au laboratoire

Le passage en revue des déterminations réalisées au LCA est l’occasion de traiter quelques cas de figure et leurs conséquences possibles sur la conduite des cultures.

Analyse de la porosité :

Elle correspond à la mesure des vides d’un substrat. La porosité est occupée par deux fluides : l’air (essentiel à la respiration racinaire) et l’eau (qui assure la fourniture pour l’alimentation hydrique). A un litre de substrat correspond une porosité en volume. L’ordre de grandeur de cette porosité est de 80 à 95 % pour les substrats horticoles. Du fait des possibilités de tassement des substrats, on parle de porosité « apparente », qui est proche de la porosité réelle.

La densité apparente sèche :

Elle correspond à la masse de l’unité de volume à l’état sec (poids d’un litre de substrat sec). Elle varie habituellement entre 0.008 et 0.4 kg/L. Plus la densité apparente sèche est faible, plus la porosité est forte (plus le substrat contient des vides susceptibles de contenir de l’eau et/ou de l’air), et inversement. Afin de privilégier le volume de substrat exploré par les racines de la plante, on a tout intérêt à travailler avec un terreau léger (faible densité apparente = porosité élevée). Pour les plantes sensibles à l’asphyxie, comme le Poinsettia par exemple, on privilégiera un substrat bien aéré permettant un bon renouvellement de la phase gazeuse. Mais attention : il faut alors pouvoir bien maîtriser l’irrigation !

L’eau et l’air retenus à pF1.0 :

Les plantes ont la faculté d’extraire l’eau présente dans le support de culture grâce à leurs racines. Toutefois, moins il y a d’eau dans le support, plus la force de succion exercée par les racines doit être importante et plus l’eau est difficile à extraire pour la plante. Les laboratoires savent reproduire ce phénomène de succion. C’est la notion de potentiel hydrique (pF : potentiel of Free energy). La mesure de l’humidité à pF1, correspond à la capacité en bac qui équivaut environ à la capacité maximale de rétention en eau par le substrat. Il est nécessaire de mettre en rapport cette capacité de rétention en eau avec le contenant : c’est une mesure moyenne. En effet, dans un pot, un substrat est toujours plus humide en bas du pot qu’en haut. Un autre problème se pose alors : à la capacité en bac, quelle place reste-t-il pour l’air dans la porosité totale du substrat ? Au maximum d’eau retenue par un substrat correspond un minimum d’air : en reste-t-il assez pour assurer une respiration racinaire optimale ? A pF1, le maximum acceptable pour un substrat est une humidité de 80 à 85 %. Cela correspond alors au seuil minimum acceptable de capacité en air qui est de 15 à 20 %. Généralement, on considère qu’un substrat aéré présente une capacité en air à pF1 supérieure à 15 à 20 %. La difficulté consiste à trouver le bon équilibre air/eau connaissant la sensibilité plus ou moins marquée de la plante à l’asphyxie racinaire. Dans le cadre de la culture de plantes sensibles ou de production de jeunes plants, des substrats à teneur en air à pF1 élevée sont souhaitables.

La disponibilité en eau :

Intéressante, mais encore faut-il que l’eau retenue soit disponible pour les racines. Plus les fibres du terreau sont fines, plus l’eau est retenue. Comme il a déjà été précisé auparavant, moins il y a d’eau dans un substrat, plus les racines extraient l’eau difficilement et plus la succion qu’elles doivent exercer est forte. Si la mesure de l’humidité à pF1 correspond environ à la capacité en bac, la mesure de l’humidité à pF2 permet de doser la quantité d’eau présente non accessible aux racines. Elle correspond à la force maximale de succion pouvant être exercée par les racines. La disponibilité en eau correspond alors en la différence DE = humidité à pF1 – humidité à pF2 (en mL/L ou en % volumique).

Les gestion des supports de culture

Conduire des cultures, c’est maîtriser des paramètres importants tels que la qualité des jeunes plants, la fertilisation, la protection phytosanitaire, le climat. Mais, pour le chef de culture, c’est aussi et peut-être avant tout, la gestion de l’eau et de l’air, elle-même fortement influencée par les propriétés physiques du support…

• Le choix du pot dépend du terreau

La conduite de l’irrigation doit impérativement tenir compte du binôme pot / terreau propre à la production. En effet, plus le contenant est petit, plus il faut un terreau fin, et plus le risque de manque d’air est élevé. Paradoxalement, les contenants de faible hauteur ne sont donc pas exempts de risque d’asphyxie. Aussi, est-il plus facile de travailler avec des pots plus hauts afin d’améliorer la gestion de l’air dans les pots. A l’opposé, l’utilisation d’un terreau plus grossier rend la gestion de l’air plus facile mais diminue d’autant la réserve en eau.

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• Irrigation : volume et fréquence dépendent du terreau

Le type de culture a aussi son importance. Pour le Poinsettia par exemple, végétal sensible à l’asphyxie, le choix d’un substrat à porosité et à teneur en air à pF 1 élevées s’impose. La disponibilité en eau sera alors faible. D’où la nécessité de pratiquer des irrigations moins importantes en volume, mais à fréquence plus élevée, pour assurer une nutrition hydrique optimale de la plante. Le calcul de la dose d’arrosage des pots peut se faire à partir des résultats de capacité de rétention en eau à pF 1 et 1.7. L’humidité à pF 1.7 est l’humidité qui sert au déclenchement de l’irrigation, sous peine de réduire la croissance, sans pour autant arriver au point de flétrissement. La capacité de rétention en eau à pF 1 est la limite maximum d’arrosage.

Il n’est pas toujours possible d’obtenir une grande précision dans ces mesures. Mais les ordres de grandeurs ainsi déterminés sont très utiles au pilotage de l’irrigation. Ainsi, comme dans l’exemple ci-contre, on peut calculer la disponibilité en eau par pot en multipliant la disponibilité en eau du substrat par le volume du pot en litres. En pépinière, on peut considérer que la dose d’arrosage pour assurer une nutrition hydrique exempte de stress se situe au tiers de la disponibilité en eau du substrat. Dans notre exemple, elle serait de 79 ml/litre de substrat. En irrigation par aspersion, les pertes en eau sont importantes. On parle souvent de coefficient de captage, traduisant le pourcentage de l’aspersion effectivement captée par les plantes. Il varie de 40 à 80 % de l’eau apportée par aspersion en fonction de la densité et du végétal : certains ont un feuillage adapté pour capter l’eau et la diriger vers le tronc (comme une gouttière), alors que d’autres l’écartent (à l’image d’un parapluie).

• Evolution des substrats en cours de culture

Nous avons pu voir que l’analyse physique permet de caractériser un support de culture notamment avant utilisation. Elle permet aussi de cerner le comportement et l’évolution du substrat en cours de culture. Les substrats organiques sont des milieux vivants susceptibles d’évoluer dans le temps en fonction des saisons, des modes d’irrigation et de la colonisation racinaire. Ainsi, un producteur effectuant une analyse physique en cours ou en fin de culture pourra vérifier si les caractéristiques du substrat ont évolué ou pas. Une diminution de la teneur en air à pF 1, une teneur en eau à pF 2 qui augmente, une disponibilité en eau qui diminue sont autant d’indicateurs d’une dégradation du substrat (production de fine notamment avec les tourbes). Il convient alors de corriger les doses d’arrosage, au risque de voir le rapport Air/Eau du substrat à pF 1 baisser et de s’exposer à une asphyxie plus ou moins marquée des racines de la plante. Dans le cadre de cultures devant séjourner longtemps dans le même pot, comme les pieds mère de Géranium par exemple, ce suivi est particulièrement utile.

Un terreau peut posséder de très bonnes qualités chimiques mais donner des résultats décevants en culture : - s’il n’est pas suffisamment aéré, - ou si la conduite de l’irrigation n’est pas en adéquation avec sa disponibilité en eau. En effet, l’assimilation des éléments minéraux est sous la dépendance du bon fonctionnement des racines, qui ont besoin de conditions favorables à leur respiration et hydratation. L’analyse physique du substrat, réalisable au laboratoire LCA (accrédité par le COFRAC pour cette mesure), est donc un complément quasiment indispensable de l’appréciation de sa composition chimique. Elle permet au producteur d’avoir une bonne connaissance de ses propriétés physiques (aération notamment), sur lesquelles il est difficile d’intervenir en culture, et donc de mettre en adéquation les exigences de ses plantes et le comportement de son substrat. Elle est aussi une aide précieuse en termes de critère de choix du produit, notamment en rapport avec les contraintes d’irrigation de l’exploitation. Enfin, elle est un outil de contrôle fiable de l’évolution du support de culture : elle permettra le cas échéant d’adapter l’irrigation en conséquence afin d’éviter des phénomènes d’asphyxie racinaire.