Interactions des végétaux avec le climat

Interactions des végétaux avec le climat

Humectation des plantes

L’humectation des feuilles peut, en plus de favoriser la germination de spores, augmenter l’affinité des feuilles pour certains polluants atmosphériques ou modifier la pénétration de produits phytosanitaires (voir, en cas extrême entraîner leur ruissellement). L’humectation est complexe à étudier puisqu’elle varie selon la forme des feuilles, leur position, leur inclinaison et leur mouillabilité.

Moyens d’action sur le climat dans les serres

Chauffage:
Un des avantages de la culture sous serre est de pouvoir chauffer l’air intérieur afin de favoriser le développement des végétaux. Le chauffage est généralement réalisé grâce à des circuits d’eau chaude. L’eau est chauffée par une chaudière, placée dans un réservoir d’eau chaude (« réservoir d’hydro-accumulation ») puis redirigée vers des tuyaux parcourant la serre. L’eau froide récupérée en sortie de circuit suit le trajet inverse avant d’être à nouveau chauffée par la chaudière (système en « open buffer »). En période hivernale (du 1er novembre au 1er avril), les producteurs ont souvent recours à la cogénération pour chauffer leur eau. La cogénération consiste à utiliser un moteur à combustion pour faire tourner une turbine permettant une production d’électricité. L’électricité est revendue à EDF et l’énergie thermique produite par le moteur est utilisée pour chauffer la serre. Un inconvénient de ce système est que la production d’électricité doit être continue, un excédent de chaleur peut donc être produit en période plus douce. Le chauffage des serres de concombre est réalisé par deux types de tuyaux : des rails (type « 51 ») placés proches du sol et des tuyaux de végétation (type « Forcas ») placés à proximité de la végétation (chauffage basse température) (Figure 6). Ces derniers permettent de chauffer directement les végétaux plutôt que l’air, ce qui engendre une économie d’énergie. Cependant, ils peuvent entraîner une augmentation localisée de la transpiration pouvant augmenter les risques de maladie. Lors de grand froid, la température d’eau peut atteindre 80-85°C dans les 51 et 60-65°C dans les Forcas. Ces deux types de tuyaux peuvent supporter des températures plus élevées mais les chaudières ne le permettent pas et cela pourrait engendrer des risques pour les plantes et le personnel. Le nombre et la position des rails influent sur les gradients de température et de pression et donc sur la convection naturelle. Un plus grand nombre de rails augmente le transfert de chaleur (Mezrhab et al., 2010).

Isolation:
Pour améliorer l’isolation thermique des serres la nuit, les serristes utilisent des écrans thermiques.
Ces écrans sont des toiles d’isolations (contenant notamment de l’aluminium) déployées horizontalement au niveau des poutres de treillis. Ils interceptent et réfléchissent les rayonnements IR issus des plantes et du sol de la serre, ce qui diminue les pertes de chaleur. De plus, les écrans thermiques augmentent le confinement de la serre, ce qui diminue les pertes de chaleur par convection mais augmente l’hétérogénéité du climat et l’humidité. Une zone tampon de température est formée entre ces écrans et le toit de la serre. Cette zone diminue les pertes de chaleur par conduction.

-Refroidissement:
Lorsque le climat extérieur est chaud et ensoleillé, la température dans les serres peut être très élevée, ce qui est préjudiciable au bon développement des végétaux. Dans ce cas, il est nécessaire de l’abaisser. Pour cela, différentes techniques existent. La plus simple est l’aération : lorsque la température est trop élevée, les ouvrants de toiture s’ouvrent, l’air extérieur plus froid permet une réduction de la température intérieure. L’utilisation d’écrans d’ombrage ou le blanchiment des parois réduit la transmission de la lumière et réduit donc l’augmentation de chaleur par effet de serre. Il est également possible d’utiliser l’aspersion de toiture : de l’eau est placée sur le toit de la serre, son évaporation consomme de l’énergie, ce qui diminue la température des parois et réduit donc les transferts de chaleur par conduction. Cependant, cette technique est consommatrice d’eau et peut salir les parois et donc diminuer la transmission de la lumière. Certains producteurs utilisent des brumisateurs : de fines particules d’eau sont émises dans la serre, leur évaporation diminue la température. Le problème de cette technique est qu’elle augmente l’hygrométrie et donc les risques d’émergence de champignons pathogènes. Une technique émergente est l’utilisation de « Cooling pad » : de l’air traverse une couche poreuse humide, l’eau est évaporée par le courant d’air, de l’énergie est consommée et la température diminue. Cependant, cela augmente l’humidité et représente un coût important (en termes de mise en place et de consommation énergétique).

Déshumidification
Afin d’éviter les risques de condensation et de maintenir un niveau de transpiration important, les producteurs doivent souvent déshumidifier les serres. Le moyen le plus simple est la déshumidification passive : les ouvrants sont ouverts, l’air humide et chaud de la serre est évacué par convection et remplacé par de l’air extérieur plus sec. Un inconvénient de cette méthode et qu’elle nécessite de chauffer l’intérieur tout en maintenant les ouvrants ouverts, ce qui engendre un « gaspillage » d’énergie et une perte de CO2. Il existe d’autres méthodes plus complexes comme l’AVS (« Active ventilation system ») qui consiste en une déshumidification par admission forcée d’air extérieur. Ce type d’équipement est efficace mais constitue un investissement à l’installation et une consommation énergétique importante.

Pilotage du climat

Prise en compte du développement des végétaux
Une bonne gestion de la température dans la serre nécessite la prise en compte du développement à court et à long terme des végétaux. En effet, les végétaux absorbent et émettent des rayonnements, ils ont des échanges d’énergie thermique avec les composants de la serre, et en modifient donc la température. Des modèles de développement à long terme des végétaux comme les modèles de sommes de températures existent et permettent d’adapter la température et de prévoir le calendrier de production. Un modèle de somme de température consiste à faire la somme des écarts entre la température moyenne sur 24 heures et la température minimale de végétation (lorsque cet écart est positif). Cela permet de prédire des stades de développement. Cependant, ces modèles sont à prendre avec précaution car ils sont souvent inféodés à un lieu, à un cultivar et à une période donnée (de Parceveaux et Hubert, 2007)
En revanche, les modèles de développement à court terme manques, or, des processus comme la fixation du carbone et la transpiration sont presque instantanément dépendants de la température et sont donc à prendre en compte à court terme pour une gestion optimale du climat (Van Straten et al., 2000).

Table des matières

1 INTRODUCTION
1.1 AGROCAMPUS OUEST ET L’UNITE PROPRE EPHOR 
1.2 CONTEXTE ET ENJEUX 
1.3 LE PROJET CONSER
1.4 PROBLEMATIQUE DU STAGE 
1.5 ETAT DE L’ART SUR LES CULTURES MARAICHERES SOUS SERRE ET LEUR INTERACTION AVEC LE CLIMAT LOCAL
1.5.1 Le climat dans les serres
1.5.1.1 Température
1.5.1.2 Hygrométrie
1.5.2 Effets du climat sur la plante/Interactions des végétaux avec le climat
1.5.2.1 Température de plante
1.5.2.2 Effets de la température sur la plante
1.5.2.3 Effet de l’humidité sur les plantes
1.5.3 Moyens d’action sur le climat dans les serres
1.5.3.1 Chauffage
1.5.3.2 Isolation
1.5.3.3 Refroidissement
1.5.3.4 Déshumidification
1.5.4 Pilotage du climat
1.5.4.1 Prise en compte du développement des végétaux
1.5.4.2 Energie
1.5.4.3 Intégration de température
2 MATERIEL ET METHODE 
2.1 LE CONCOMBRE CUCUMIS SATIVUS 
2.2 LES CHAINES DE CAPTEURS 
2.3 PROTOCOLE EXPERIMENTAL
2.3.1 Serre de production (SCEA Cheminant)
2.3.2 Serre expérimentale (Ctifl)
2.3.3 Calendrier de mise en oeuvre du protocole
2.4 METHODE DE TRAITEMENT DES DONNEES CLIMATIQUES
2.4.1 Les différentes unités d’humidité
2.4.2 Etude des risques de condensation
2.4.3 Traitement des données
3 RESULTATS 
3.1 ETUDE DU CLIMAT CHEZ LE PRODUCTEUR (AXE 1) 
3.1.1 Dans les conditions printanières (du 12 mars au 29 avril)
3.1.1.1 Hétérogénéité horizontale
3.1.1.2 Hétérogénéité verticale
3.1.2 Dans les conditions estivales (du 24 juin au 15 juillet)
3.1.2.1 Hétérogénéité horizontale
3.1.2.2 Hétérogénéité verticale
3.2 COMPARAISON ENTRE SERRE EXPERIMENTALE ET SERRE DE PRODUCTION (AXE 2) 
3.3 COMPARAISON DE DEUX MODALITES DE CHAUFFAGE DANS LES SERRES EXPERIMENTALES (AXE 3) 
3.4 COMPARAISON DE DEUX MODALITES DE BRASSAGE D’AIR DANS LES SERRES EXPERIMENTALES (AXE 3)
3.5 COMPARAISON DES DONNEES AVEC LES CAPTEURS PILOTES

3.5.1 Comparaison avec les capteurs du producteur
3.5.2 Comparaison avec les capteurs du Ctifl
3.6 ETUDE DES TEMPERATURES DE FEUILLES ET DE FRUITS 
4 DISCUSSION 
4.1 ETUDE DU CLIMAT CHEZ LE PRODUCTEUR (DU 12 MARS AU 29 AVRIL) 
4.1.1 Hétérogénéité horizontale
4.1.2 Hétérogénéité verticale
4.2 COMPARAISON ENTRE SERRE EXPERIMENTALE ET SERRE DE PRODUCTION 
4.3 COMPARAISON DE DEUX MODALITES DE CHAUFFAGE DANS LES SERRES EXPERIMENTALES (AXE 3)
4.3.1 Effet de la position des tuyaux de chauffage de végétation
4.3.2 Effet du brassage d’air
4.3.3 Etude de la température de fruit et de feuille
4.3.4 Conséquences agronomiques
5 CONCLUSION 
6 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 

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