Principe d’une serre bioclimatique

Principe d’une serre bioclimatique

Pourquoi une serre bioclimatique ?

La serre bioclimatique stocke l’énergie solaire durant la journée et la restitue durant la nuit. Elle assure des températures
nocturnes nettement supérieures à celles que permet une serre « classique », ce qui garantit une production sécurisée à des
périodes gélives (novembre à avril), sans (ou avec peu) d’énergie. Cette production concerne notamment les plants de solanacées et cucurbitacées (tomate, aubergine, poivron, concombre, melon, courgette), particulièrement exigeants en chaleur.

Le temps de retour sur investissement est dépendant du modèle choisi et des ressources (humaines, financières, matérielles …)
disponibles. Les projets étudiés montrent que ce retour sur investissement est compris entre 1 à 5 ans.

Comment fonctionne une serre bioclimatique ?

La serre bioclimatique, dite serre solaire passive, stocke (2) l’énergie solaire (1) durant la journée. Elle la restitue la nuit ou lors de séquences nuageuses (3). Elle est isolée pour réduire les pertes thermiques (4). Elle ne nécessite ni panneau solaire, ni chauffage externe.

Schéma serre bioclimatiques
Plantes dans une serre bioclimatique

Stockage thermique dans une serre bioclimatique

Le stockage thermique se fait dans des matériaux lourds :

  • L’eau présente une excellente capacité thermique volumique. Son mouvement convectif permet de stocker la chaleur dans l’ensemble du volume.
  • Les matériaux lourds de construction (pisé, pierre, adobe, parpaings) stockent plus doucement la chaleur. Comme la température de surface est élevée, le chauffage nocturne est par effet radiatif.
  • Les matériaux à changement de phase présentent la meilleure capacité de stockage et la restitue la chaleur à la température de cristallisation mais l’investissement est élevé.

Adéquation climat / technologie

Principe d'une serre bioclimatique

Lors des nuits froides, le ciel est clair, il a généralement fait beau la journée précédente. Le besoin de chauffage est élevé mais la serre aura stocké une grande quantité d’énergie.

Principe d'une serre bioclimatiqueSimulation climat

Il est rare qu’il gèle lors des nuits nuageuses. Si le temps a été nuageux la journée précédente, la serre solaire passive aura stocké peu de chaleur mais ce n’est pas grave car les besoins de chauffage sont faibles.

La difficulté est lorsque la journée a été nuageuse et que le ciel se dégage en début de nuit. Dans ce cas, le stockage aura été dimensionné lors de la conception.

Dans la moitié sud de la France, le rayonnement solaire hivernal est principalement direct et vient du sud. La forme asymétrique avec une paroi nord opaque permet alors de maximiser  la pénétration de rayonnement solaire pour la photosynthèse et le stockage thermique.

Dans la moitié nord de la France, le rayonnement solaire hivernal est principalement diffus : une partie du rayonnement solaire entre dans la serre par la paroi nord. Cette paroi ne doit pas être totalement opaque pour éviter le tropisme des plantes.

Les constructions de serres bioclimatiques peuvent bénéficier de Certificat d’Economies d’Energie (CEE).

Les avantages d’une serre solaire bioclimatique

  • La période de production est allongée (+ 1 mois de précocité)
  • La production de légumes feuille est possible en hiver.
  • Les serres bioclimatiques respectent la charte d’agriculture biologique qui réglemente le chauffage des serres.
  • Les plantes aromatiques, légumes et fleurs sont protégées du gel.
  • Elle ne nécessite ni panneau solaire, ni chauffage externe

Processus de construction d’une serre bioclimatique

Les étapes clés pour concevoir et créer une serre bioclimatique

1. Etude de la faisabilité

Cette étude dépend de plusieurs facteurs et notamment de votre projet agricole. Une fois votre projet agricole correctement défini, vous pourrez choisir parmi les différents modèles qui s’offrent à vous entre :

Serre polycarbonate vue de l'exterieur

Une serre en dur type « 3 murs »

Serre tunnel

Une serre légère type tunnel ou multi-chapelle

Désormais, il ne vous restera plus qu’à valider le site du projet en prenant notamment en compte les critères suivants : le terrain ne doit pas être trop humide, et de façon plus générale être propice à la culture. Il doit satisfaire les besoins d’orientation du modèle de serre. Et il doit recevoir au moins 6 heures de soleil par jour en janvier, et ne doit pas comporter de masque solaire.

Vous trouverez les différents systèmes de serres bioclimatiques sur cette page !

2. Conception de la serre bioclimatique

La conception de serre se scinde en 4 étapes fondamentales

2.1 Reglementation

Une serre est un bâtiment soumis à différentes réglementations. En fonction de sa superficie, elle peut être soumise à une simple déclaration, un permis de construire ou ni l’un ni l’autre.

2.2 Orientation

L’orientation est un point important dépendant du type de serre que vous avez choisi.

Par exemple, les serres avec une masse thermique en mur (porteur ou en fûts d’eau) doivent être orientées suivant un axe est-ouest +/- 20° pour être efficaces thermiquement, le mur accumulateur étant coté nord.
Tandis que les serres avec stockage sous tablettes n’ont pas besoin d’orientation particulière.

En fonction de votre situation géographique, vous devrez prendre en compte différents paramètres supplémentaires. Dans la vallée du Rhône, le mistral impose que les serres soient orientées sur un axe nord-sud.

Serre chinoise avec mur lourd

Parpaing rempli de terre crue, brique, pisé, béton et pierre de couleur foncée

Serre tunnel

Eau dans des bidons ou dans des fûts peints en noir (pour une meilleure absorbance)

Cette masse thermique devra être disposée ainsi pour de meilleurs résultats :

  • Soit en un mur au nord dans la serre
  • Sois sous les tablettes de culture

2.3 Couverture

La serre est couverte par une couverture transparente, plus, pour les serres en dur, par une couverture opaque au nord.

Il y a 2 paramètres importants pour le choix du matériau de couverture :

  • Il doit être transparent pour laisser passer le maximum de rayons lumineux
  • Il doit être isolant pour réduire les déperditions thermiques

Selon les structures choisies, plusieurs solutions sont possibles, vous aurez le choix entre :

  • Le polycarbonate alvéolaire
  • Le verre
  • Les films en plastique transparents

2.4 Ecran thermique

Les écrans thermiques permettent de réduire les pertes thermiques. Ils sont nécessaires pour les serres légères en simple
paroi et les couvertures en verre simple vitrage.

Il existe deux types d’écrans, avec différentes utilisations :

  • Thermique transparent : il laisse passer une grande partie des rayons. Il peut être laissé fixe l’hiver mais doit être
    enlevé l’été pour éviter les surchauffes.
  • Thermique + ombrage : il restreint le rayonnement évitant ainsi les surchauffes en journée, mais il devra être ouvert en
    hiver durant la journée pour éviter les pertes de lumière.

3. Construction d’une serre bioclimatique

Cette partie présente des conseils pour la construction d’une serre bioclimatique.

Pour la couverture d’une serre en polycarbonate et afin d’éviter les moisissures Pour éviter les moisissures, il faut que les plaques soient
orientées de façon à ce que les alvéoles fassent circuler l’air de bas en haut.

Ensuite il existe deux solutions :

  1. Un scotch spécial en bas (le haut est fermé). Le scotch est micro-perforé et laisse passer l’air mais pas les insectes et les algues.
  2. Le haut et le bas sont ouverts. Le haut doit être protégé afin que la pluie ne ruisselle pas à l’intérieur.

Pour une serre couverte avec un film plastique, ce film doit être thermique, c’est-à-dire bloquer les infrarouges lointains, et diffusant (attention aux faces du film ! Le côté intérieur est en général celui où il y a des inscriptions.). Il doit être fixé au sol et non pas à la structure pour éviter l’envol en cas de vent.

Pour les serres ayant des écrans thermiques, ceux-ci peuvent être
horizontaux ou verticaux.

  • Les écrans horizontaux sont soutenus tous les 80 cm par des
    supports de culture et/ou du fil nylon.
  • Les écrans verticaux sont installés comme des rideaux.

En ce qui concerne la masse thermique :

  • Pour les fûts : ils peuvent être métalliques ou bien en plastique, mais ils seront moins efficaces !
  • Il va de même pour les bidons sous tablettes.
  • Brique, pierre et parpaing : la masse thermique fait partie intégrante de la structure porteuse (mur en brique, pierre, parpaing rempli de terre…). L’épaisseur de la paroi doit être suffisante pour contenir une masse thermique adéquate : environ 20 à 30 cm suffisent et la surface intérieure doit être peinte en noir.