Une serre bioclimatique : un écosystème autonome et économe en énergie

Dans un monde où l’autonomie alimentaire et la réduction de l’empreinte écologique sont de plus en plus prioritaires, la serre bioclimatique se présente comme une solution ingénieuse pour différents usages : faire ses propres plants de légumes, cultiver des légumes exotiques, protéger des plantes gélives en hiver, ….

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Le principe d’une serre bioclimatique

Une serre bioclimatique est conçue pour capter, stocker et redistribuer la chaleur du soleil de manière optimale, tout en minimisant les déperditions thermiques. Elle repose sur trois piliers fondamentaux :

1. Captation de la chaleur : La serre est orientée de manière à maximiser l’ensoleillement, généralement vers le sud dans l’hémisphère nord. Les parois transparentes (en plastique ou en verre) permettent aux rayons du soleil de pénétrer et de réchauffer l’intérieur.
2. Isolation thermique : Pour éviter les pertes de chaleur, notamment la nuit ou par temps froid, la serre est isolée. Dans le cas d’une serre tunnel, du plastique à bulle peut être utilisé pour doubler les parois  et créer une couche d’air isolante.
3. Inertie thermique : L’inertie thermique est assurée par des matériaux capables de stocker la chaleur pendant la journée et de la restituer lentement la nuit. Le matériau naturel le plus performant pour stocker l’énergie est l’eau (image ci-contre : serre de maraichage où l’inertie thermique est assurée par des futs de 200l d’eau).

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Aménagement d’une serre tunnel en serre bioclimatique

C’est l’option choisie par l’association Héliantis Humanis dans son «potager du curieux». La serre tunnel a été mise à disposition par les Jardins du Coeur, jardins des Restos du Coeur à Bergerac.

1. Structure de base : une serre tunnel

La serre tunnel est un choix économique et pratique pour créer une serre bioclimatique. Sa forme arrondie permet une bonne répartition de la lumière et une résistance aux intempéries. Cependant, sa faible isolation naturelle nécessite des améliorations pour en faire une serre bioclimatique performante.

2. Isolation avec du plastique à bulle

Le plastique à bulle est un matériau peu coûteux et efficace pour améliorer l’isolation thermique (image ci-contre). Il est fixé à l’intérieur de la serre entre deux bâches en polyéthylène de 200 microns. Les bulles d’air emprisonnées dans le plastique (diamètre 30mm, hauteur 12mm) agissent comme un isolant, réduisant les déperditions de chaleur. Cette isolation est particulièrement importante la nuit, lorsque les températures chutent. La résistance thermique totale du système est d’environ 0,482 m²·K/W, ce qui équivaut à un double vitrage. Il est difficile d’augmenter l’épaisseur de cette isolation sous peine de diminuer la luminosité à l’intérieur de la serre.

3. Inertie thermique avec des bidons d’eau

L’eau est un excellent matériau pour stocker la chaleur grâce à sa capacité thermique élevée. Dans la serre de l’association (10m2), 8 bidons de 260 litres chacun sont disposés sur les deux parois longitudinales (Image ci-dessus). Ils permettent d’obtenir les 200l d’eau par m2 préconisés dans la littérature spécialisée. Ces bidons sont en polyéthylène noir ce qui facilite l’absorption et la restitution de la chaleur.

• Fonctionnement : Pendant la journée, les bidons absorbent la chaleur du soleil. La nuit, ils restituent cette chaleur progressivement, maintenant une température stable dans la serre (voir calculs de la capacité de stockage d’énergie en annexe).
• Avantages : Cette méthode est simple, économique et écologique. Elle permet de réduire les écarts de température entre le jour et la nuit, créant un environnement propice à la croissance des plantes.

Sur les futs sont disposés une tablette permettant de positionner des barquettes de semis ou des godets (Image ci-dessus). Ceux-ci bénéficient donc directement de la chaleur libérée par les fûts lorsque la température baisse à l’extérieur.

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Cette serre bioclimatique de 10 m², aménagée à partir d’une serre tunnel isolée et équipée de bidons d’eau, est un exemple concret d’innovation écologique et économique portée par l’association Héliantis Humanis. Elle permet à l’association d’être autonome pour la production des plants nécessaires pour son «Potager du Curieux», voire de présenter quelques légumes exotiques (en projet taro, ipomée aquatique, citronnelle de Madagascar, galanga, gengembre)

Annexe : calculs pour la serre Héliantis Humanis (10m²)

Pour évaluer l’apport calorique assuré par les fûts d’eau dans la serre bioclimatique de l’association, il faut effectuer un calcul basé sur la capacité thermique de l’eau et les variations de température.

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1. Capacité thermique de l’eau

La capacité thermique de l’eau est de 4,18 kJ/kg·°C (kilojoules par kilogramme et par degré Celsius) ou 1,163 kwh.  Un m3 d’eau peut donc stocker 1,163 kw par degré d’écart entre l’eau et la température de la serre.

2. Masse totale d’eau dans les fûts

Chaque fût contient 260 litres d’eau, et il y a 8 fûts au total.

• Masse totale d’eau = 260 litres × 8 = 2 080 litres.
• Comme 1 litre d’eau pèse environ 1 kg, la masse totale d’eau est de 2 080 kg.

3. Variation de température

Supposons que la température de l’eau dans les fûts augmente de 10°C pendant la journée (par exemple, de 15°C à 25°C *). Cette variation dépend de l’ensoleillement, de l’isolation de la serre et des conditions extérieures.

4. Calcul de l’Énergie Stockée

L’énergie stockée dans les fûts d’eau peut être calculée avec la formule suivante :

Q=m⋅c⋅ΔT

Où :

• Q = énergie stockée (en kJ),
• m = masse d’eau (en kg),
• c= capacité thermique de l’eau (4,18 kJ/kg·°C),
• ΔT = variation de température (en °C).

Soit

Q=2 080 kg×4,18 Q=86 944 kJ soit 24,15 kwh

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Les 8 fûts d’eau peuvent donc stocker environ 24,15 kWh* d’énergie thermique pour une variation de température de 10°C.  Cette énergie est restituée progressivement pendant la nuit, maintenant une température supérieure à la température extérieure. Par exemple, si la serre perd 2 kWh de chaleur par heure pendant la nuit, les fûts pourraient fournir de la chaleur pendant environ 12 heures (24,15 kWh ÷ 2 kWh/h).

* ce chiffre est vraisemblable car un autre calcul montre que les 8 fûts peuvent accumuler environ 36 kw en étant exposés à une température  de 25°C pendant 6h à partir de 10°C, ce qui est possible même en hiver dans la région de Bergerac.

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