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Réinventer la serre

Réinventer la serre

Par Kris De Decker

Contrairement aux serres entièrement vitrées, une serre solaire passive est conçue pour retenir autant de chaleur que possible. Les recherches montrent qu'il est possible de faire pousser des cultures par temps chaud toute l'année en utilisant uniquement l'énergie du soleil, même si les températures sont très basses à l'extérieur de la serre. La serre solaire connaît un succès particulier en Chine, où des milliers de ces structures ont été construites au cours des dernières décennies.

La production de cultures originaires des climats chauds des régions tempérées n'implique pas du tout au départ l'utilisation du verre. Dans le nord-ouest de l'Europe, les cultures méditerranéennes ont été plantées à proximité de constructions spéciales, appelées «murs de fruits», qui, avec une masse thermique élevée, créent un microclimat pouvant aller de 8 à 12 ° C (14 à 22 ° F) plus chaud que le temps non perturbé.

Plus tard, les serres construites à partir de ces murs de fruits ont encore amélioré les performances de l'énergie solaire. Ce n'est qu'à la fin du XIXe siècle que la serre est devenue un bâtiment entièrement vitré et chauffé artificiellement, où la chaleur est perdue presque instantanément - le contraire de la technologie primitive à partir de laquelle ces serres modernes ont évolué.

Lors des chocs pétroliers des années 1970, un regain d'intérêt s'est manifesté pour les serres solaires passives. [7] Cependant, le projecteur s'est rapidement estompé lorsque les prix de l'énergie ont chuté et la serre en verre est restée le cheval de bataille du Nord-Ouest du monde. Les Chinois, pour leur part, ont construit 800000 hectares de serres solaires passives au cours des trois dernières décennies, soit 80 fois la superficie des Pays-Bas, qui est le pays avec la plus grande industrie de la serre au monde.

La serre chinoise

La serre solaire passive chinoise a trois murs de briques ou de boue. Seul le côté sud de la structure est constitué d'un matériau transparent (généralement une feuille de plastique) à travers lequel le soleil peut briller. Pendant la journée, la serre capte la chaleur du soleil dans la masse thermique des murs, qui est libérée la nuit.

Au coucher du soleil, une feuille isolante - faite de paille, d'herbe pressée ou de toile - est étalée sur le plastique, augmentant la capacité de la structure à isoler. Les murs bloquent également les vents froids du nord, qui, s'ils ne sont pas bloqués, accéléreraient la perte de chaleur de la serre.

À l'opposé de la serre en verre à forte intensité énergétique, la serre solaire passive chinoise est chauffée toute l'année par l'énergie solaire uniquement, même lorsque la température extérieure tombe en dessous de zéro. La température interne de la structure peut être jusqu'à 25 ° C (45 ° F) plus élevée que la température extérieure.

La politique d'incitation du gouvernement chinois a fait de la serre solaire la pierre angulaire de la production alimentaire dans le centre et le nord de la Chine. Un cinquième de la superficie totale des serres en Chine est désormais constitué de serres solaires. En 2020, ils devraient occuper au moins 1,5 million d'hectares. [un]


L'amélioration des serres chinoises

La première serre de style chinois a été construite en 1978. Cependant, la technologie n'a décollé que dans les années 1980, après l'avènement des feuilles de plastique transparentes. Non seulement ces feuilles sont moins chères que les feuilles de verre, mais elles sont également plus légères et ne nécessitent pas une forte capacité de charge, ce qui rend la construction de la structure beaucoup moins chère. Depuis, le design s'est continuellement amélioré.

La structure a été rendue plus profonde et plus haute, ce qui a permis de mieux répartir la lumière du soleil et d'assurer une diminution des fluctuations de température.


R: Le design original des années 1980 avec un couvercle en verre. B: Une conception améliorée d'environ 1985, avec une feuille de plastique, un rideau de nuit et des murs mieux isolés. Cette conception est la plus courante C: Une conception améliorée de 1995. Les murs sont plus minces car isolés avec des matériaux modernes. Le rideau de nuit fonctionne automatiquement. D: La conception la plus récente, de 2007, avec un flysheet qui offre plus d'espace pour une isolation supplémentaire.

En outre, les agriculteurs se tournent de plus en plus vers des matériaux d'isolation modernes sur de la terre battue ou des cavités d'air dans les murs, qui économisent de l'espace et / ou améliorent les caractéristiques d'absorption de chaleur de la structure. Les couvertures isolantes synthétiques sont également largement utilisées, elles sont mieux adaptées pour résister à l'humidité que les tapis de paille à l'ancienne, qui deviennent plus lourds et moins isolés lorsqu'ils sont mouillés.

Dans certaines des nouvelles serres, les couvertures isolantes sont automatiquement enroulées de haut en bas et des systèmes de ventilation plus sophistiqués sont utilisés. Certaines serres ont un double toit ou une isolation réfléchissante installée. De plus, une amélioration continue est recherchée pour la feuille de plastique utilisée pour les serres - qui est évidemment le composant le moins durable du système - résultant en une durée de vie plus longue.

Performance de serre chinoise

Les performances de la serre chinoise dépendent de sa conception, de sa latitude et du climat local. Une étude récente a examiné trois types de serres à Shenyang, la capitale de la province du Liaoning. La ville est située à 41,8 ° N et est l'une des zones les plus septentrionales où ce type de serre est construit (entre les latitudes 32 ° N et 43 ° N).

La recherche a été menée de début novembre à fin mars, période pendant laquelle la température extérieure descend en dessous de zéro. La température moyenne pendant le mois le plus froid se situe entre -15 ° C et -18 ° C (5 à -0,4 ° F). [un]

Les trois serres étudiées ont la même forme et les mêmes dimensions en commun (60 x 12,6 x 5,5 m), mais diffèrent par les parois, la feuille de plastique et la couche transparente. La construction la plus simple a des murs de terre battue et une couche intérieure de brique pour augmenter la stabilité de la structure. La couverture est un film plastique mince qui est recouvert la nuit d'une couverture de paille.

Les deux autres serres ont le mur orienté au nord en brique avec un extrudat de polystyrène qui agit comme un matériau isolant, de sorte que la largeur du mur peut être réduite de moitié. Ils sont également recouverts d'une épaisse feuille de plastique PVC. La meilleure serre ajoute à cela un revêtement réfléchissant sur la couverture isolante, réduisant davantage les pertes de chaleur la nuit.

Dans les serres les plus simples, les températures descendent sous le point de congélation du début décembre à la mi-janvier. Sans chauffage supplémentaire, cette serre ne peut produire aucune culture à cette latitude. Ce n'est que dans les serres les plus sophistiquées - avec leur couche isolante réfléchissante - qu'il est possible de maintenir la température intérieure au-dessus de zéro à tout moment, en utilisant uniquement l'énergie solaire.

En outre, la température a été maintenue au-dessus de 10 ° C la plupart du temps, qui est la température minimale pour la culture de plantes de saison chaude, comme les tomates et les concombres. Bien entendu, les serres solaires passives situées au sud, dans des endroits plus au sud, nécessitent des techniques d'isolation moins sophistiquées.

Serres solaires dans les climats nordiques


Si nous allons plus au nord, des serres solaires passives similaires nécessiteraient un chauffage supplémentaire pendant les mois les plus froids de l'année, quelle que soit leur isolation. Plus la serre est au nord, plus sa pente sera raide. Le toit est incliné pour être perpendiculaire aux rayons du soleil lorsque le soleil est à sa position la plus basse sur l'horizon.

En 2005, une serre de style chinois a été testée au Manitoba, Canada, à une latitude de 50 ° N.Cette serre de 30 x 7 mètres avec un mur bien isolé face au nord (fibre de verre 3,6 RSI) et une couverture isolante (coton 1,2 RSI) , a été observée de janvier à avril.

Pendant le mois le plus froid (février), la température extérieure variait entre + 4,5 ° C et -29 ° C (40 à 20 ° F), tandis que la température intérieure était en moyenne de 18 ° C (32,4 ° F) plus élevée qu'à l'extérieur, ce qui rendait cela impossible. pour faire pousser des plantes sans chauffage supplémentaire en hiver. [2]

Cependant, les économies d'énergie peuvent être énormes par rapport à une serre en verre. Pour maintenir la température au-dessus de dix degrés en tout temps, le système de chauffage de la structure canadienne doit fournir un maximum de 17 W / m2, soit 3,6 kW pour l'ensemble du bâtiment. [2] En comparaison, une serre en verre de proportions égales et aux mêmes températures intérieure et extérieure nécessiterait une capacité maximale de 125 à 155 kW.

Ces résultats ne peuvent être appliqués à tous les endroits à 50 ° N. La recherche canadienne montre que le rayonnement solaire a un impact plus important sur la température intérieure de la structure que sur la température extérieure. La corrélation entre la température intérieure et la lumière du soleil est presque quatre fois supérieure à la corrélation entre la température intérieure et la température extérieure. [2] Par exemple, alors que Bruxelles est à la même latitude que le Manitoba, ce dernier a en moyenne 1,5 fois plus d'ensoleillement.

La capacité thermique peut être encore améliorée en plaçant des réservoirs remplis d'eau et peints en noir dans la structure, contre le mur orienté au nord. Ces réservoirs captent l'énergie solaire supplémentaire pendant la journée et la libèrent la nuit. Une autre méthode pour améliorer la rétention de chaleur d'une serre consiste à placer des bermes ou des terrasses de terre sur les murs orientés au nord, à l'est et à l'ouest. Une autre solution pour améliorer l'isolation est le sous-sol ou «serre en puits». [8] Cependant, cette serre reçoit moins de lumière solaire et est sujette aux inondations.

Problèmes d'espace

La serre solaire passive permettrait d'économiser beaucoup d'énergie, mais il y a un prix à payer: les bénéfices générés par la serre chinoise sont deux à trois fois inférieurs au mètre carré par rapport à son homologue entièrement vitrée. Dans les serres chinoises les plus efficaces, on peut cultiver en moyenne 30 kg de tomates et 30 kg de concombres par mètre carré (données de 2005), tandis que la production moyenne dans les serres de verre est d'environ 60 kg de tomates et 100 kg de concombres (données à partir de l'année 2003). [3. 4].

Par conséquent, une zone de serre passive prendrait jusqu'à deux à trois fois plus d'espace pour produire la même quantité de nourriture. Cela pourrait être considéré comme un problème, mais bien sûr, ce qui utilise vraiment l'espace le plus intensément dans l'agriculture est la production de viande. Un approvisionnement plus diversifié et attrayant de fruits et légumes pourrait être une alternative plus viable pour réduire la consommation de viande, de sorte que l'utilisation des terres ne poserait pas de problème.

Serres chauffées à l'aide de compost


Un autre problème avec les serres solaires est le manque de source de CO2. Dans les serres modernes, l'objectif est d'avoir un niveau de CO2 au moins trois fois supérieur au niveau de l'air libre, afin d'augmenter le rendement de la culture. Ce CO2 est produit en tant que sous-produit des systèmes de chauffage aux combustibles fossiles à l'intérieur des serres.

Cependant, lorsque les combustibles fossiles ne sont pas utilisés, une autre source de CO2 doit être trouvée. Ce n'est pas seulement un problème pour les serres solaires, mais c'est aussi l'une des principales raisons pour lesquelles l'énergie géothermique et les pompes à chaleur électriques ne font pas de percée dans l'industrie des serres modernes.

Dans la serre solaire chinoise, ce problème est parfois résolu en combinant la culture et l'élevage. Les porcs, les poulets et les poissons produisent du CO2 qui peut être absorbé par les plantes, tandis que les plantes produisent de l'oxygène (et des déchets verts) pour les animaux.

Les animaux et leur fumier contribuent également au réchauffement de la structure. Les recherches sur ces types de serres avec des systèmes intégrés ont montré que la production combinée de légumes, de viande, de lait et d'œufs augmente considérablement les rendements. [5]

Justin Walker, un Américain actuellement en Sibérie, participe à la construction d'un système intégré utilisant des chevaux, des chèvres et des moutons dans un monastère de Sibérie. Compte tenu du climat rigoureux, la structure est en partie construite sous terre, tandis que ses parties saillantes sont des talus de terre.

Au-dessus de la grange se trouve une botte de foin qui fournit une isolation supplémentaire pour l'hiver, ainsi qu'une ventilation pendant l'été lorsqu'elle est vide. Son système de récupération de chaleur produit de l'eau chaude qui est canalisée à travers le sol, chauffant le sol de la serre. Le CO2 est fourni par les animaux. [6]

Le chauffage et la production de CO2 peuvent également se faire sans garder les animaux dans la serre. Utiliser votre fumier suffit. Comme nous l'avons vu dans l'article précédent, l'utilisation du fumier de cheval pour chauffer les petites serres remonte à plusieurs siècles en Europe, et est pratiquée en Chine depuis 2000 ans. Depuis les années 1980, plusieurs serres chauffées au compost ont été construites aux États-Unis.

Celles-ci ont montré qu'une serre peut être complètement chauffée par du compost si elle est bien isolée, et que la méthode enrichit considérablement les niveaux de CO2 dans le sol et l'air de la serre. Parallèlement à tout cela, le compost sert également à augmenter la fertilité des sols. [6]

Sources:
[1] Optimisation de la performance énergétique des serres solaires chinoises typiques au moyen de la simulation dynamique (PDF), Alessandro Deiana et al., Conférence internationale du génie agricole, 2014, Zurich.
[2] Performance hivernale d'une serre à énergie solaire dans le sud du Manitoba (PDF), Canadian Biosystems Engineering. 2006.
[3] La serre solaire: état de l'art en matière d'économie d'énergie et d'approvisionnement énergétique durable. G. Bot et al., 2005
[4] Structure, fonction, application et avantage écologique d'une serre solaire à simple pente et économe en énergie en Chine. HortTechnology, juin 2010
[5] Écosystème complémentaire animal et végétal en libre-service énergétique intégré en Chine, dans «Systèmes énergétiques intégrés en Chine - l'expérience de la région froide du nord-ouest», FAO, 1994
[6] Le chauffe-eau à compost: Comment chauffer votre serre, piscine ou bâtiments avec uniquement du compost, Gaelan Brown, 2014
[7] Par exemple "The Solar Greenhouse Book" (PDF), publié par Rodale Press en 1978
[8] The Earth Sheltered Solar Greenhouse Book, Mike Oehler, 2007

Ecoportal.net
Magazine Low Tech
http://www.es.lowtechmagazine.com/


Vidéo: Optimiser et renforcer une serre tunnel. (Mai 2021).