Les cultures maraîchères sous serre

Etat de l’art des cultures maraîchères sous serre et leur interaction avec le climat local

Le phénotype d’une plante est le résultat de l’interaction entre son génotype, son environnement et les techniques culturales. Pour obtenir des produits de qualité et des rendements intéressants, les producteurs jouent sur ces 3 leviers. Les sélectionneurs choisissent le cultivar le plus intéressant selon la qualité désirée, il est ensuite placé dans un environnement où les conditions sont les plus propices à son développement et permettent une production maximale. La serre est un système de gestion du climat qui permet d’apporter les meilleures conditions de croissance, de développement ainsi que de rentabilité pour une culture donnée en jouant sur les principaux paramètres que sont : la lumière, la température, l’hygrométrie, et la nutrition minérale et carbonée.

La serriculture est un mode de culture qui regroupe différents types de production ou culture sous serre de plantes horticoles (légumes et plantes ornementales) principalement. Le choix du type de serre dépend en premier lieu du coût d’investissement et du type de culture désirée mais aussi du climat de la région considérée. Il existe une grande variété de serres, mais deux types se distinguent : les serres multi-chapelles à paroi en verre et les abris plastiques, le plus souvent des tunnels ou des abris hauts (RA 2010).

Dans cette analyse, nous traiterons du climat dans les serres, de sa gestion et son impact sur le développement des végétaux et des ravageurs. Puis, nous étudierons les conséquences des différences observées dans le climat au sein d’une serre dite traditionnelle avec déshumidification et sans déshumidification, et avec une serre semi-fermée. La dernière possédant un corridor climatique sans cooling Pad.

Interaction entre la culture et le climat

L’effet de serre

Le climat dans les serres est dépendant du climat extérieur. Le principal facteur est le rayonnement solaire puisqu’il permet d’augmenter la température à l’intérieur par effet de serre (schéma). Les courtes longueurs d’ondes émises par le soleil arrivent au niveau des parois de la serre. Une partie des rayons incidents est réfléchie par les parois, la grande majorité est transmise à l’intérieur de la serre. Parmi les rayons transmis certains sont absorbés par les constituants de la serre (les plantes et le sol principalement).

Une partie de ce rayon absorbé peut être réémis sous forme de rayonnement de grande longueur d’onde (infra-rouge). 50% des infra-rouge (IR) sont absorbés par le verre puis réémis vers l’extérieur, les autres sont piégés dans la serre. Les rayons IR sont porteurs d’énergie thermique, piégés dans la serre ils permettent d’augmenter la température. Une surface soumise au rayonnement peut avoir une température jusqu’à 10°C au-dessus de la température de l’air (de Parceveaux et Hubert, 2007).

Cet effet de serre est positif l’hiver dans les régions froides, par exemple dans le nord-ouest de l’Europe, mais a un aspect négatif dans les régions chaudes (nécessité d’évacuer la chaleur en excès). Les échanges de chaleur dans une serre peuvent se faire par différents modes. Soit par rayonnement comme vu précédemment, soit par convection ou conduction.

La conduction et la convection sont les deux modes principaux. La conduction est le seul mode de propagation de chaleur au sein d’un solide, la transmission de chaleur se fait par vibration atomique ou par des électrons libres (Urban, La production sous serre, tome 1 ; Gestion du climat 2010). Dans la serre ces échanges peuvent se faire entre la surface du sol et les couches profondes, entre le sol et l’air, mais aussi entre l’air et les parois en verre ce qui occasionne des déperditions de chaleur. Ceci entraîne soit une diminution de la température de la serre en cas de mauvais temps, ou au contraire, une augmentation en cas de forte température à l’extérieur.

La convection est un mode d’échange qui se fait essentiellement par des fluides en mouvement. La convection existe sous deux formes, par changement de phase ou sans changement. Les échanges peuvent être accélérés par ventilation sans changement de phase (air-air), ou avec l’eau par un circuit toujours sans changement (eau-eau). Dans la serre lorsque les ouvrants sont ouverts, l’air chaud et humide de la serre montent et sont évacués. Il se créé alors une dépression qui permet à un air extérieur plus sec d’entrer. La convection par changement de phase (eau-vapeur) peut se faire selon deux modes, par évapotranspiration des plantes ou par condensation sur les parois lorsqu’il fait froid.

Le rayonnement solaire total reçu par la plante va jouer différents rôles. Une partie du rayonnement reçu (20%) par la plante va être réfléchi directement. Le reste va être absorbé par la plante. La majeure partie de cette énergie (60%) va contribuer à la transpiration de la plante qui est une activité nécessaire pour son bon développement. Une plus petite part (15%) va permettre l’élévation de la température de la plante. Enfin, les (5%) restants sont utilisés par la plante pour réaliser des réactions biologiques et premièrement la photosynthèse (WACQUANT, 1995) .

Hygrométrie

L’humidité de la serre dépend fortement des conditions extérieures (précipitation, froid, vent…) et de la quantité d’eau transpirée par les plantes. Une forte humidité dans la serre peut créer de la condensation sur les parois, ce qui a pour effet de diminuer la transmission lumineuse et d’augmenter le risque de maladies fongiques. Mais cela participe aussi à l’effet de serre puisque l’eau a une capacité d’absorption des IR plus importante que l’air.

L’humidité de l’air peut s’exprimer de différentes manières. Tout d’abord, on peut parler d’humidité relative (HR) qui correspond au rapport entre la pression partielle de la vapeur d’eau contenue dans l’air et la pression de vapeur saturante. Elle s’exprime donc en pourcentage. Une valeur de 100% d’HR correspond donc à un air qui arrive à son point de rosée et donc l’eau va commencer à condenser. Ce point de rosée étant fonction de la température, on utilise plus couramment une autre grandeur : le déficit hydrique (DH).

Le DH représente la quantité d’eau que peut encore absorber l’air avant d’atteindre la saturation. Il s’exprime en grammes d’eau par kilogramme d’air sec. Enfin, la dernière grandeur utilisée pour parler d’humidité est le déficit de pression vapeur (VPD). De la même manière que le DH, le VPD représente la différence entre la pression vapeur de l’air à saturation et la pression vapeur mesurée. Il s’exprime donc en kiloPascal (PRENGER et al, 2001).

Table des matières

1. Introduction
1. Contexte et enjeux
2. Le projet : EFFICIENCE ENERGIE SERRE
3. Les actions du projet
4. Problématique
2. Etat de l’art des cultures maraîchères sous serre et leur interaction avec le climat local
1. Interaction entre la culture et le climat
3. Effet de la température sur la plante 
1. Effet de l’humidité sur la plante
4. Maintien du climat dans la serre 
1. Chauffage
2. Refroidissement
5. Taux de C0²
6. L’éclairage 
7. Gestion sanitaire 
8. Pilotage du climat par ordinateur
1. Synthèse des effets et interactions des paramètres climatiques
9. Partie technico-économique 
10. Matériels et méthodes 
1. Types de serres
2. Conduite des cultures
11. Résultats 
1. Gestion de la température
2. Teneur en CO2
3. Consommations en énergie thermique et électrique
4. Comportement des différentes variétés dans les deux outils :
12. Discussion 
13. Conclusion

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