Enrichissement en CO₂

Enrichir?

Comme la concentration en CO₂ dans l'air extérieur varie entre 400 et 700 parties par million (ppm) sur 48 heures un peu partout, des mesures locales au voisinage d'un jardin intérieur peuvent être utiles pour vérifier la concentration disponible qu'on peut apporter aux plantes par la ventilation. Les besoins des plantes pour une croissance optimale sont de plus de 700 ppm et souvent au dessus de 1000 ppm, il y a un vide à remplir. L'enrichissement de l'air du jardin intérieur en CO₂ permet de remplir ce vide et d'amener la concentration au niveau désirable pour les plantes pour obtenir de meilleures récoltes plus rapidement.

Avant d'enrichir en CO₂

Avant d'investir dans l'enrichissement de l'air du jardin en CO₂, on devrait d'abord s'assurer d'être capable de maintenir les stomates des plantes ouverts 24 heures sur 24. Jardiner et obtenir de bonnes récoltes seulement en contrôlant bien l'éclairage, les arrosages, la température et l'humidité relative est le niveau de compétence minimal avant de passer à l'enrichissement en CO₂. Sans un bon contrôle de la température et de l'humidité relative de jour et de nuit, l'enrichissement en CO₂ donnera peu de résultats.

L'enrichissement en CO₂ pourra aussi exiger des changements d'habitudes et d'équipements selon la méthode choisie. Enrichir en CO₂ et voir la ventilation démarrer et envoyer cette précieuse nourriture dehors n'est pas profitable. Il faut donc penser à établir une meilleure coordination de la production de CO₂ avec les processus de refroidissement, de ventilation, d'humidification et de déshumidification.

Par exemple, l'usage d'un générateur de CO₂ à combustion (Figure 1) produit de la chaleur et de l'humidité. Cette chaleur s'ajoute à celle produite par les lumières et l'élévation de la température va exiger un refroidissement. Souvent en jardinage d'intérieur, on utilise la ventilation pour évacuer les surplus de chaleur et d'humidité. Du même coup, on évacuera une bonne partie du CO₂ produit. Heureusement, pour atteindre 1500 ppm et moins, un générateur à combustion devrait fonctionner seulement quelques minutes par heure. Pour enrichir en CO₂ avec un générateur, faudra-t-il ajouter un climatiseur? Faudra-t-il ajouter un déshumidificateur? La combustion d'un gaz utilise de l'oxygène de l'air du jardin, il faudra apporter un minimum d'air frais par ventilation de temps en temps pour que l'air reste respirable pour jardiner. Les racines des plantes ont besoin d'oxygène pour absorber les éléments nutritifs. En plus, si la concentration en oxygène de l'air du jardin diminue trop, un générateur aura une combustion incomplète avec des sous-produits comme l'éthylène, gaz toxique aux plantes sauf pour le mûrissement des fruits, et du monoxyde de carbone, gaz toxique aux animaux et aux humains. Il faudra de l'air frais, donc de la ventilation et du même coup du CO₂ sera inévitablement rejeté à l'extérieur.

Figure 1 : 1a) Générateur de CO₂ à combustion de gaz propane ou au gaz naturel; 1b) Flammes bleues indiquant une combustion propre et efficace sans production de monoxyde de carbone ni d'éthylène toxiques.

Figure 2 : a) Équipement d'enrichissement par régulateur-détendeur de CO₂ liquide contrôlé par une minuterie.
b) Ci-contre, régulateur de CO2 de grande capacité Plug'N'Grow

L'enrichissement et les risques pour la santé

L'enrichissement en CO₂ présente des risques pour la santé humaine. L'équipement peut mal fonctionner, rester bloqué ouvert et la concentration en CO₂ peut atteindre plusieurs milliers de ppm. Un manque de ventilation et d'oxygène avec les générateurs à combustion peut entraîner la production de monoxyde de carbone. Ce deuxième risque est plus grave que le premier puisqu'une concentration de monoxyde de carbone (CO) entre 35 et 1000 ppm cause rapidement des mals de tête et d'autres symptômes : à 1600 ppm de CO dans l'air, en plus du mal de tête et des nausées des séquelles irréversibles due à une exposition prolongée au monoxyde de carbone sont possibles.

Pour diminuer les risques pour la santé lorsqu'on décide d'enrichir un jardin intérieur en CO₂, le jardinier devrait se donner une méthode d'alerte. Un équipement de mesure en continu du CO₂ affichant la concentration actuelle en parties par million (ppm) est une précaution appropriée. Un coup d'oeil à l'affichage du contrôleur en entrant dans le jardin informe le jardinier de la situation et lui permet de décider de l'action à prendre et de commencer à diagnostiquer le problème. Des contrôleurs clignotent ou donnent une alerte lorsque la concentration en CO₂ dépasse 5000 ppm et que le risque d'intoxication est réel. Un équipement mesurant en continu est suffisant à condition qu'il soit bien calibré et qu'on prenne le temps de lire les mesures et réfléchir à leur signification.

Comment enrichir?

Il existe une variété de solutions d'enrichissement en CO₂. Les premières sont approximatives et incontrôlables. D'autres sont économiques pour le coût d'achat mais peu efficaces parce que mal coordonnées avec le contrôle de la température et de l'humidité. D'autres sont plus chères à mettre en place mais sont beaucoup plus précises et permettent de prévenir les risques pour la santé en même temps que d'enrichir juste ce qu'il faut. Le tableau suivant propose 10 méthodes d'enrichissement en CO₂ et permet de les comparer au niveau des pour et des contre.

Figure 3 : Contrôleur spécifique de CO₂ le plus souvent utilisé seulement pour enrichir l'atmosphère du jardin : il n'y a pas de coordination avec la ventilation et du bioxyde de carbone peut être gaspillé. Ce modèle est surtout utilisé dans un jardin refroidi par un climatiseur.

Figure 4 : Contrôleur intégré de CO₂, température et humidité relative : l'enrichissement est le plus souvent coordonné avec la ventilation évitant ainsi le gaspillage par rejet du CO₂ à l'extérieur.

Le CO₂ liquide embouteillé et diffusé dans l'air

Un régulateur-détendeur spécifique au CO₂ est fixé sur la bouteille de CO₂ et une valve électrique est branchée à une minuterie ou à un contrôleur de concentration à mesures en ppm. La méthode requiert un investissement de départ raisonnable : acheter des bouteilles appropriées (20 lb de CO₂ liquide est un format pratique), les faire remplir, acheter un régulateur-détendeur et un contrôleur approprié. La plupart des magasins spécialisés en jardinage d'intérieur ou en jardinage hydroponique offrent ces équipements et le remplissage des bouteilles au besoin.

Le CO₂ liquide diffusé sous le contrôle d'une minuterie

Une méthode d'enrichissement très utilisée est celle du CO₂ liquide embouteillé diffusée dans le jardin sous le contrôle d'une minuterie (Figure 2). Les manufacturiers des régulateurs-détendeurs fournissent généralement un tableau ou une méthode de calcul pour déterminer l'ajustement de la minuterie et faire émettre le bon nombre de pieds cubes de CO₂ par heure pour obtenir approximativement la concentration désirée. La méthode ne permet pas de connaître la concentration réelle du CO₂ dans l'air du jardin. Il faut rajuster la minuterie à chaque stade de croissance des plantes. La méthode d'enrichissement par CO₂ embouteillé contrôlé par minuterie est donc opérée « à l'oeil » et passablement imprécise.

Les contrôleurs de CO₂

Plus précis que les minuteries, les contrôleurs de CO₂ mesurent la concentration réelle et ajustent l'enrichissement au niveau choisi pour le jardin et certains contrôleurs peuvent aussi ajuster la ventilation pour réduire la concentration. Ces contrôleurs affichent la plupart du temps la concentration mesurée à quelques secondes d'intervalle en parties par million (ppm). L'affichage est bien lisible à bonne distance. Un contrôleur de CO₂ horticole bien calibré mesure la concentration avec un écart maximal de 75 ppm à la valeur réelle. Un contrôleur de CO₂ horticole doit aussi détecter la période de photosynthèse (lampes allumées) et la période de noirceur, puisque les plantes n'absorbent le CO₂ qu'en période d'éclairage.

Il y a deux types de contrôleurs de CO₂ horticoles. Il y a les contrôleurs spécifiques (Figure 3) qui ne contrôlent que l'augmentation et/ou la diminution de la concentration en CO₂. Ces contrôleurs sont souvent moins chers à l'achat qu'un équipement de mesure de la concentration et peuvent servir à cette fin (on peut en louer dans un magasin spécialisé pour vérifier l'état de l'enrichissement en CO₂ du jardin ou la qualité de la ventilation de la maison, de la chambre à coucher, du bureau et autre). Le contrôleur spécifique agit indépendamment de la ventilation, du chauffage, de la déshumidification et peut gaspiller le CO₂ en mettant en route l'enrichissement pendant la ventilation. Le deuxième type de contrôleur est dit intégré (Figure 4) et contrôle en plus de la concentration en CO₂, la température et/ou l'humidité relative. Ce contrôleur est plus complet et évite les actions opposées comme l'enrichissement en CO₂ et la ventilation qui ne doivent pas se produire en même temps pour éviter d'expulser le CO₂ dehors pendant sa production. Le contrôleur intégré est plus complet, plus « intelligent » et évidemment plus cher que le contrôleur spécifique.

Dans tous les cas, les contrôleurs de CO₂ horticoles permettent d'ajuster la concentration désirée pour le jardin. Cette valeur choisie est la consigne. Comme pour la température et l'humidité relative, le contrôleur commande à l'équipement d'enrichissement de se mettre en marche à une valeur inférieure à la consigne pour la rejoindre. Cette valeur inférieure est le différentiel. Elle est souvent ajustable par le jardinier. De même, on pourra ajuster un différentiel au dessus de la consigne qui sera la valeur maximum de concentration à laquelle le contrôleur arrêtera l'enrichissement en CO₂. Cette valeur est aussi ajustable. Des contrôleurs encore perfectionnés offrent un « différentiel dynamique » qui s'ajuste automatiquement sur le volume du jardin (volume = longueur x largeur x hauteur) après quelques cycles d'enrichissement : les différentiels au dessus et en dessous de la consigne sont ajustés aux plus petites valeurs possibles pour que la consigne de concentration qui convient aux plantes soit atteinte et maintenue le plus précisément possible. Un tel contrôleur à différentiel dynamique évite les essais et erreurs pour trouver les bons différentiels pour procurer aux plantes la concentration de CO₂ qui convient.

Aussi « intelligents » et fiables que soient les contrôleurs de CO₂ horticoles, il faut les calibrer périodiquement. La calibration périodique est une précaution peu coûteuse pour éviter de gaspiller le CO₂.

L'enrichissement par CO₂ liquide avec un contrôleur spécifique

Les régulateurs-détendeurs utilisés pour évaporer du CO₂ embouteillé sont régulièrement utilisés avec des contrôleurs de CO₂ horticoles. On ajuste la concentration nécessaire aux plantes sur le contrôleur, on ajuste le débit sur le régulateur et on laisse le contrôleur faire le travail pour ajuster la concentration. Il faut s'assurer d'avoir le bon nombre de régulateurs pour la grandeur du jardin et le nombre de plantes : si le nombre de régulateurs-détendeurs et leur débit en CO₂ est insuffisant pour obtenir la concentration de consigne, il est probable que les parties mécaniques du régulateur et de la valve gèleront et resteront ouvertes même après l'arrêt de la demande par le contrôleur : les bouteilles se videront et du CO₂ sera gaspillé : des concentrations dangereuses pour les personnes pourraient être atteintes. Il faut aussi vérifier fréquemment le contenu en CO₂ liquide dans les bouteilles. Selon la taille du jardin, une bouteille de CO₂ se vide plus ou moins vite. Aux avantages de la technique d'enrichissement en CO₂ liquide contrôlé par minuterie, s'ajoute les avantages d'un contrôle beaucoup plus précis de la concentration et de mécanismes d'alerte contre les concentrations dangereuses et pour repérer les pannes. Du côté des inconvénients, un contrôleur horticole continue de demander l'enrichissement de l'air en CO₂ même quand une ou des bouteilles reliées au régulateur-détendeur sont vides : la valve électrique du régulateur détendeur peut alors surchauffer et être détruite si elle n'est pas bien adaptée à l'usage.

Le contrôleur de CO₂ horticole spécifique constitue une solution plus perfectionnée que la minuterie pour contrôler la concentration mais partage un inconvénient important : le contrôleur spécifique n'est pas coordonné avec le contrôle de la température et de l'humidité relative et du CO₂ sera gaspillé par la ventilation.

L'enrichissement par CO₂ liquide avec un contrôleur intégré

Le contrôleur intégré offre tous les avantages de précision de la gestion de la concentration en CO₂ du contrôleur spécifique. Il partage aussi les inconvénients dus au système d'évaporation de CO₂ liquide quant aux bouteilles vides ou à un nombre de régulateurs insuffisant. L'avantage supplémentaire qu'apporte le contrôleur intégré est la bien meilleure coordination avec les processus d'ajustement de la température et/ou de l'humidité : moins de CO₂ sera gaspillé par la ventilation puisque le contrôleur interdit que deux actions opposées fonctionnent en même temps.

L'enrichissement par générateur à combustion

Un générateur de CO₂ à combustion brûle du gaz propane ou du gaz naturel (Figure 1). Lorsque suffisamment d'oxygène est disponible pour une combustion complète, le générateur transforme plus de 99% du gaz en CO₂ et en eau (vapeur qui contribue à augmenter l'humidité relative). Un générateur à combustion a un coût légèrement supérieur à l'achat de deux bouteilles pleines de CO₂ liquide, plus un régulateur-détendeur. Au niveau de l'opération, le générateur de CO₂ à combustion exige le branchement direct à une source de gaz naturel ou le remplissage de bonbonnes de gaz propane.

Un avantage intéressant du générateur par rapport au régulateur-détendeur de CO₂ liquide est qu'à son débit, aucune pièce ne bloque et ne gèle par la détente du gaz. Par contre, comme dans toute combustion, il se forme des suies et des vernis dans les « jets » ou « chandelles » (« barber jets ») de brûlage du gaz : éventuellement ces suies, vernis et des débris de l'intérieur de la bouteille viennent boucher les jets. Il est donc nécessaire de nettoyer périodiquement les jets, au moins une fois tous les trois (3) mois d'utilisation pour garantir un fonctionnement régulier et correct. Un fonctionnement correct est celui où les flammes au dessus des jets sont bleues (Figure 1b). Des flammes jaunes apparaissant régulièrement sur un ou plusieurs jets sont un indice d'un mélange air-gaz inapproprié. Cette indication de faute a ses sources: soit des jets sales à nettoyer, soit dans l'ajustement de la valve qui contrôle le débit du gaz, soit dans un manque d'oxygène pour réaliser une combustion complète. Une combustion incomplète est aussi source de sous-produits indésirables et toxiques : de l'éthylène est toxique pour les plantes à tous les stades; le monoxyde de carbone est toxique pour les humains et une exposition prolongée peut laisser des séquelles à vie à une personne affectée. Le fonctionnement de la ventilation de 1 à 3 minutes par heure devrait, selon nos calculs, apporter suffisamment d'oxygène pour une heure de fonctionnement d'un générateur de CO₂ jusqu'à 24 000 Btu.

Un générateur de CO₂ à combustion de gaz est aussi un chauffage, une fournaise. La chaleur dégagée par un générateur d'une capacité de 12 000 Btu est équivalente à celle produite par une chaufferette électrique de 1 500 Watts. Comme les plantes n'utilisent le CO₂ que pendant l'éclairage, la chaleur dégagée par le générateur vient s'ajouter à celle des lampes de culture. Éventuellement, il faut abaisser la température du jardin pour maintenir les stomates des plantes ouverts pour absorber le CO₂. Pour éviter de jeter à l'extérieur de l'air riche en CO₂ avec la ventilation, il est préférable de refroidir le jardin avec un climatiseur.

L'enrichissement par générateur à combustion contrôlé par minuterie

Une autre forme d'enrichissement en CO₂ dont l'investissement initial est relativement modeste est celui du générateur à combustion contrôlé par minuterie. Les avantages et les inconvénients sont pratiquement les mêmes que ceux s'appliquant au CO₂ liquide embouteillé.

L'enrichissement par générateur à combustion avec un contrôleur spécifique

Ce type d'enrichissement est très populaire en jardinage d'intérieur. La combinaison des inconvénients du générateur (chaleur et humidité indésirables) et des inconvénients du contrôleur spécifique (non coordonné avec le contrôle de la température et de l'humidité) garantit le gaspillage du CO₂ à moins qu'on utilise un climatiseur suffisant. La ventilation pour 1 à 3 minutes par heure pour apporter de l'oxygène dans l'air du jardin est essentielle.

L'enrichissement par générateur à combustion avec un contrôleur intégré

Il s'agit de la combinaison d'équipement la plus coûteuse, la plus précise, la plus sécuritaire et la plus économique en CO₂. C'est la solution idéale et qui le sera encore plus quand les contrôleurs intégrés pourront gérer simultanément et à prix abordable les processus de chauffage, de refroidissement, de ventilation, d'enrichissement en CO₂, d'humidification et de déshumidification.

Difficulté à obtenir la concentration nécessaire

Si on choisit d'enrichir en CO₂ et que la concentration demandée n'est jamais atteinte, la capacité des équipements d'enrichissement est insuffisante. Il faudra plus de régulateurs-détendeurs de CO₂ embouteillé ou un régulateur-détendeur de plus grand débit maximum ou plus de générateurs à combustion.