Le principe de l'hydroponie est que la plante a besoin d'eau, de lumière et de minéraux pour se développer. Dans le système hydroponique, la culture est réalisée sur un substrat neutre et inerte (aujourd'hui, sable, pouzzolane, billes d'argile, plastique, etc). Les racines sont nourries par une solution de nutriments, qui peut fonctionner en circuit fermé, ou bien rejetée dans la nature. La culture hydroponique est considérée comme le futur de la production de nourriture dans l'espace.

Cette technique est aujourd'hui très présente en horticulture et dans la culture de certains légumes sous serre. Certaines formes permettent de très grands rendements à petite échelle, d'autres sont plus adaptées à la production industrielle. La productivité est généralement supérieure à l'agriculture traditionnelle, mais elle nécessite davantage d'investissements et de contrôle. Les produits phytosanitaires sont importants pour préserver les cultures des contaminations, rendues très dangereuses par l'utilisation d'un milieu stérile et la réutilisation de la solution nutritive.



Pour pousser, les végétaux ont besoin d'un sol (naturel ou substrat), de lumière et d'eau, d'oxygène et de nourriture (sels minéraux et oligo-éléments). La plupart des nutriments sont absorbés par les racines, la lumière passe par les feuilles (photosynthèse).

En tant qu'êtres vivants, les plantes possèdent un métabolisme. Au cours du même processus, la plante va absorber de l'eau et des nutriments par ses racines, transformer le carbone de l'air en oxygène, et métaboliser les nutriments accumulés pour se développer. La qualité du sol est alors la clé d'un bon développement. Hors, chaque plante a des besoins différents, en nutriments et en termes d'hydrométrie et d'acidité du sol. Ces paramètres peuvent changer suivant le climat, les saisons, le sol cultivé ne convient alors pas à tous les types de plantes.

Pour certaines cultures, le hors-sol permet de rassembler des conditions optimales pour obtenir de meilleurs rendements, en contrôlant au maximum le milieu de culture. Il existe plusieurs types de culture hors sol, qui peuvent permettre plusieurs récoltes par année, et dépensent plus ou moins de ressources en eau et en énergie.

La culture hors sols reste une branche de l'agriculture, avec une problématique liée à la vie de la plante (nutriments, hygrométrie, acidité du sol, oxygénation, lumière, stress). Elle est beaucoup utilisée aujourd'hui lorsque l'on veut contrôler finement la production (plantes aromatiques, horticulture, certains légumes, plantes médicinales). 


Première apparition de culture hors-sol

L'idée de culture hors-sol n'est pas nouvelle. Des peuples anciens la pratiquaient sous d'autres formes, au Moyen-Orient avec les jardins suspendus de Babylone, et en Amérique Latine, où certains peuples ont développé des pratiques intéressantes. Les indiens vivant sur le lac Titicaca, berceau de la culture des Andes, cultivent encore aujourd'hui le quinoa sur des radeaux flottants. Les Aztèques utilisèrent une technique similaire près de Mexico avec des radeaux faits de joncs et de roseaux, recouverts d'une couche de limon. Les Chinois emploient également pour les bulbes, une technique millénaire de culture hors sol sur gravier. 

En Europe, la culture hors-sol, telle qu'on la connaît aujourd'hui, est née au XIXème siècle en Allemagne. Elle fut découverte lors de recherches sur l'alimentation des plantes. L'utilisation d'un substrat neutre et inerte, ainsi que de nutriments adaptés, permet de contrôler le développement de la plante. Il faut encore attendre 1930 pour que Gericke produise le premier système hydroponique commercialisé aux États-Unis. La technologie fut utilisée par l'Armée américaine dans le Pacifique, pour apporter les vitamines nécessaires aux soldats postés en garnison sur place.

La technique s'est depuis largement diffusée. Elle permet des rendements supérieurs et hors-saison, et évite les problèmes de maladies liées à l'utilisation d'une même culture plusieurs années de suite sur le même sol.

Aujourd'hui, la culture hors-sol s'est développée, elle et pratiquée sur des millions d'hectares à travers le monde. Beaucoup de légumes frais, d'herbes aromatiques, de fleurs coupées, sont issues de serres en culture hors-sol. 


Première recherche sur les engrais

La figure emblématique de la recherche en chimie physiologique fut le Baron Justus von Liebig (1803-1873). Von Liebig était professeur de chimie à l'Université de Giessen. Il fonda la chimie agricole et forma quelques-uns des plus grands chimistes de son époque. 

Son expérience de base consiste à observer une plante qu'il a fait brûler. Il découvre ainsi que les éléments présents dans la plante, azote, phosphore et potasse, constituent la nourriture de la plante, et que celle-ci transforme les matières minérales en provenance du sol et de l'atmosphère en matière organique.

Ses premières expériences avec des engrais artificiels furent couronnées de succès. L'humus débordant de vie et de nutriments appartient alors au passé, notamment après des conférences mémorables, et la traduction de son ouvrage sur la chimie organique en pas moins de 17 langues. La terre et son exploitation sont alors les nouvelles conquêtes de l'homme. Le dosage et l'utilisation d'engrais spécifiques à chaque production permet une nouvelle révolution agraire.

En 1905 un chimiste allemand, Fritz Haber, découvre un procédé permettant de transformer l'azote de l'air en ammoniaque liquide, constitué de 80% d'azote. En 1915 ouvre la première usine d'ammoniaque synthétique du Reich, avec les applications guerrières et les conséquences historiques que l'on sait. Les producteurs de vie deviennent des fabricants de mort.

Les deux guerres ont servi de test grandeur nature pour les armes chimiques, vite reléguées au rang d'horreurs incontrôlables et écartées. A la fin de la seconde Guerre, les principales mines d'ammoniaque ont dû trouver de nouveaux débouchés. Les grandes firmes se sont alors tournées vers l'agriculture « moderne » et la production massive d'engrais, vite suivis par les -cides, nécessaires lorsque les terres, brûlées et appauvries devenaient la proie de maladies qui attaquaient les cultures.


Premières recherches sur les cultures hors-sol

Les débuts de la culture hors-sols datent du XVIIème siècle. On ne savait pas encore à cette époque, comment les plantes se développaient. L'idée de l'époque était que l'élément nourricier était l'eau. Suite à ses expériences, John Woodward pensait au contraire que c'était la terre. On est au XVIIIème siècle et la science a encore bien des progrès à faire, pour s'affranchir des contraintes de l'environnement.

En 1758 un Français, Duhamel du Monceau, fait germer des graines sur un substrat d'éponge, avant de cultiver les plants germés avec une solution d'engrais. Il eut ainsi la preuve que la plante absorbait de l'eau, mais aussi les minéraux qui y étaient dissous.

Ces découvertes déterminantes, posent les bases. Il faudra cependant attendre Justus Liebig, pour parler d'une science de la culture sans sol. Les premières expériences, qui ont lieu à la suite des avancées du savant sur la nutrition minérale des végétaux, sont appelées hydroponiques ou hydroculture. 

Le sol est remplacé par un substrat neutre et inerte. La plante est nourrie par une solution de nutriments, prodigués directement aux racines. Le faible tamponnage (inertie du système de sol) permet de contrôler de plus près les paramètres du système hydroponique, au prix d'une plus grande sensibilité aux variations (flétrissement rapide en cas de défaillance, utilisation de produits phytosanitaires pour éviter les maladies, qui trouvent dans ce substrat stérile, un terrain favorable).

La culture hydroponique permet alors la culture d'un grand nombre de légumes, fleurs et de certains fruits. Le fait de ne pas dépendre du sol, permet de réaliser des économies d'eau importante, tout en augmentant considérablement la productivité du système.

La véritable paternité de la technique hydroponique, doit être attribuée à deux chercheurs (Knop et Sachs), qui ont simultanément mis en évidence le rôle de l'eau, de l'air et du sol. Ces éléments constitutifs étant remplaçables par leur équivalent artificiel, la voie était alors tracée, pour la culture moderne de plantes en hors-sol.

Stefan Rozenberg