Serre en verre aux
Pays-Bas
.
Serre de jardinage.
Une
serre
est une structure close ou semi-ouverte translucide, en verre ou en plastique, soutenue par une structure metallique ou en bois, destinee en general a la
production agricole
. Elle vise a proteger les cultures vivrieres ou de loisir des elements climatiques, afin d'ameliorer la production des plantes, d'en accelerer la croissance et de les produire independamment des saisons grace a un gain de temperature par blocage de la
convection
(et non par
effet de serre
) sous la structure.
La culture sous serre s'appelle la
serriculture
.
Une serre peut egalement etre un edifice architectural d'agrement, soit prive de petite taille a l'interieur d'une maison, soit ouverte au public et de grande taille, qui satisfait l'
esthetique
par sa forme architecturale et par la richesse des collections de plantes qu'elle abrite.
En jardinage, une mini serre, un chassis de jardinage voire une cloche en verre sont frequemment utilises pour faciliter la production de plants a partir de semis de differentes especes sensibles au froid
[
1
]
.
Serres d'histoire des plantes et de
Nouvelle-Caledonie
du
Jardin des plantes de Paris
, par Charles Rohault de Fleury (
1834
?
1836
).
Le
Crystal Palace
pour l'
Exposition universelle de 1851
.
Une definition ancienne dit que les serres sont un lieu couvert ou pendant l'hiver on
serre
les agrumes, les fleurs fragiles, et autres arbres ou plantes qui ont le plus besoin d'etre a couvert de la gelee (Dictionnaire de l'Academie francaise, Premiere Edition (1694)), et ou l'on serre aussi quelquefois des arbres fruitiers. Un ouvrage de maconnerie vitree sur le dessus suffisait a cet usage.
Les serres telles qu'on les envisage aujourd'hui (dans leurs prolongement, la
veranda
, la
marquise
, l'
oriel
dit aussi
bow-window
) sont des produits de la
revolution industrielle
.
A l'aube de la revolution industrielle, les progres realises dans la metallurgie permettent de realiser des batiments techniquement audacieux constitues de metal (Dans un premier temps la
fonte
, ensuite un
fer forge
obtenu par
puddlage
, plus tard l'
acier
) et de
verre
.
L'architecte
Charles Rohault de Fleury
, de retour d'un voyage a Londres en 1833, concoit et fait construire entre 1833 et 1836 les deux grandes serres du
Jardin des plantes de Paris
, qui ne dependent plus de l'orientation au soleil parce qu'elles sont chauffees a la vapeur, les plus grandes des annees 1830 et les plus anciennes au monde conservees dans un jardin botanique.
Le fer est alors l'occasion de prouesses techniques que les nations affichent dans les
expositions universelles
. Le
Crystal Palace
par exemple, a l'
Exposition universelle de 1851
a
Hyde Park
, demontre la superiorite industrielle et technique du Royaume-Uni. Il est l’œuvre de
Joseph Paxton
, paysagiste et jardinier. Il est le point de depart d'une architecture de verre, que l'on retrouvera aussi dans les gares, et dans certaines
halles
notamment.
La fabrication des serres reste alors le domaine de la
serrurerie
(terme avec lequel il partage, c'est un hasard, la racine serre, de
serare
, ≪ fermer ≫), bien que la fabrication des profiles metallique se soit deplacee de l'atelier et du travail du forgeron vers les ateliers et le travail a la chaine des usines siderurgiques.
Serre et effet de serre : un vieux malentendu
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]
Fleurs dans une serre
Le verre est transparent aux rayons du soleil et il est mauvais conducteur de la chaleur : il l'absorbe, s'echauffe et emet un rayonnement diffus. Le noir absorbe tout le rayonnement visible, c'est donc un capteur de l'energie solaire qui transforme la lumiere en chaleur. Cette chaleur se dissipe a son tour dans l'atmosphere. En superposant une plaque de verre et une surface noire, une partie de la chaleur se perd a l'exterieur, mais l'essentiel de la chaleur est emprisonnee. C'est l'effet de serre avec le principe d'un capteur plan. Avec plusieurs couches de verre et d'air intermediaires, les pertes de chaleur diminuent
[
2
]
. Les agriculteurs utilisent l'effet de serre depuis des centaines d'annees en utilisant du terreau de couleur foncee qui permet de rechauffer le sol des le printemps.
L'effet de serre est connu depuis longtemps et bien demontre par
l'helio thermometre
de
Horace-Benedict de Saussure
, mais son explication ne l'etait pas.
C'est
Arrhenius
qui en donne l'explication encore aujourd'hui la plus populaire : les rayons solaires entrent, le sol les convertit en
infrarouge
, le verre qui est opaque a ces rayons les bloque et ainsi la temperature augmente.
Pourtant
Robert Williams Wood
a refute cette theorie en 1909, simplement en remplacant le verre par du
halite
transparent aux infrarouges : on observe alors que la temperature atteinte par la serre reste quasiment la meme
[
3
]
.
Ainsi, paradoxalement, une serre ne fonctionne pas selon l'
effet de serre
tel qu'il est entendu de nos jours, c'est-a-dire suivant la theorie d'Arrhenius. C'est le blocage de la
convection
qui maintient la temperature constante significativement superieure a celle de l'exterieur
[
4
]
.
Une serre est destinee a proteger les plantes non rustiques et a favoriser la croissance des
cultures
(
legumes
,
fleurs
, etc.) en creant des conditions climatiques plus favorables que le
climat
local ou pour permettre les cultures dites ≪ hors saison ≫.
L'unite de base s'appelle une
chapelle
, plusieurs peuvent etre construites cote a cote.
Les parois et/ou couvertures sont transparentes ou translucides, permettant de cultiver des plantes dans un environnement plus chaud ou mieux controle qu'a l'exterieur. La culture peut etre faite dans le sol d'origine, ou en hors sol, en
hydroponique
, en pots ou dans des sacs de laine de roche.
La serre peut parfois etre chauffee a la demande dans le but de cultiver et d'obtenir des recoltes toute l'annee, que ce soit en pays froids ou temperes, ou pour maintenir des collections de plantes exotiques, et meme des especes arborescentes dans les palmariums. Des systemes de regulation de la temperature et de l'humidite sont necessaires, car l'atmosphere chaude, humide et confinee de la serre peut favoriser des attaques parasitaires ou de pathogenes des plantes (champignons notamment), contre lesquels les
agriculteurs
en mode d'
agriculture conventionnelle
luttent avec des
pesticides
de synthese, et ceux en
agriculture durable
avec des pesticides naturels, des auxiliaires (insectes predateurs des parasites) et une rotation etudiee des cultures.
Les ouvriers agricoles peuvent etre plus exposes aux pesticides dans les serres qu'a l'exterieur, alors qu'en raison de la temperature elevee qui y regne le port des combinaisons, masques et gants de protection y est difficile a supporter.
Le tunnel, ou serre-tunnel est une autre forme de serre. Il s'agit d'une structure plus legere car recouverte de baches plastiques resistantes aux
ultraviolets
et tendues sur des tubes metalliques arrondis. De dimensions variables, les tunnels sont interessants pour leur plus faible cout de construction. Ils sont constitues egalement de chapelles pour couvrir de plus grandes surfaces. Ils sont construits pour proteger des cultures precoces ou tardives des conditions climatiques exterieures defavorables.
Un concept proche est celui de
veranda
ou de
jardin d'hiver
sous verrieres, qui sont des elements de construction publique ou de maisons individuelles. Des serres ont aussi ete utilisees au-dessus de
lagunages
pour l'
epuration d'eaux
usees en hiver ou pour traiter par evaporation/deshydratation des
lixiviats
de
decharges
de
classe 1
(decharge d'
Angers
en France par exemple).
Le plus souvent, la charpente d'une serre est faite d'
acier
et d'
aluminium
. Elle est etudiee de maniere a offrir le minimum d'ombre portee. En toiture, des ouvrants dispensent l'aeration necessaire.
Serre au toit en ≪ V ≫ renverse,
Parc Andre-Citroen
, Paris.
La couverture est translucide et generalement en
verre
, mineral ou synthetique, mais aussi en
matiere plastique
(par exemple : film en
polyethylene
, plaques semi-rigides
PVC
) rigide ou souple, generalement traite pour resister aux
ultraviolets
. Ce film peut etre arme pour augmenter sa resistance aux dechirements.
Le verre est un materiau de meilleure qualite car il laisse mieux passer la lumiere tandis que les matieres synthetiques deviennent de moins en moins translucides si elles ne le sont pas deja (sauf dans le cas du
polyester
thermoplastique
transparent (PETG) qui offre une transmission lumineuse superieure au verre). Le poids du materiel a aussi une certaine importance : il est plus facile d'installer une matiere plastique que du verre sur une toiture de serre. Il y a des toitures de toutes formes. Les toits en ≪ V ≫ renverses sont les plus courants ; il existe aussi des toits courbes, surtout utilises pour les revetements souples. Il arrive que les serres rondes soient faites en verre mais le cout de telles serres est exorbitant.
La maitrise du climat est la raison d'etre des serres ; on peut creer un environnement ideal pour la croissance des plantes. Sa gestion est souvent confiee a un ordinateur surtout si les unites de production sont grandes. On peut donc, theoriquement, faire pousser des tomates en
Antarctique
, mais le cout de la gestion du climat (chaleur et lumiere) dans les serres limite les extremes.
Roseaux
pris dans la glace a proximite d'une serre froide.
La gestion de la
temperature
des serres est controlee par la ventilation en cas d'exces. Si les temperatures baissent a un niveau inferieur a celui accepte par les cultures, on utilise de puissantes
chaudieres
au
gaz naturel
ou a
fioul
ou autre moyen de chauffage pour elever la temperature. La distribution des
calories
a l'interieur de la serre se fait par
convection
grace a des tuyaux aeriens, ou des
aerothermes
. La chaleur peut etre distribuee en basse temperature (branche sur le retour du chauffage) par des tapis sous les tablettes de culture pour apporter une chaleur de fond.
Il est important que les serres soient chauffees non seulement pour la temperature mais aussi pour que fonde la couche de neige et de glace empechant la lumiere d'entrer dans les serres.
La temperature peut egalement etre geree automatiquement par l'utilisation de toile d'ombrage. Quand les rayons du soleil sont trop ardents, ces ecrans attenuent une partie du
rayonnement solaire
durant les periodes chaudes de la journee. A l'inverse, ils sont fermes la nuit pour pieger au niveau des cultures la chaleur venant du sol.
Dans certaines regions chaudes, on va abaisser la temperature des serres au moyen d'un rideau d'eau circulant dans des paillassons. A l'oppose, de puissants ventilateurs extraient l'air de la serre pour creer une legere depression permettant d'aspirer l'air exterieur qui penetre dans la serre au travers des paillassons humides. Cette technique rafraichit l'air. Elle serait utilisable toute l'annee en Israel par exemple et durant de courtes durees dans les regions plus froides connaissant des etes chauds comme le sud du
Canada
; l'ete est trop court pour que le systeme de refroidissement soit rentable ; les ventilateurs sont des outils cles pour rendre la temperature des serres uniforme.
Gestion de l'eau et apport de l'alimentation minerale
[
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]
Dans les exploitations industrielles, la gestion de l'eau et des nutriments est de plus en plus automatisee. Il y a aussi les cultures
hydroponiques
en serres (technique ou les racines des plantes sont immergees en permanence). Les
fertilisants
sont incorpores dans l'eau par des
pompes doseuses
de precision. Si la
solution nutritive
est trop riche en
sels
, elle peut occasionner de gros degats dans les cultures. C'est pourquoi la
salinite
de l'eau est frequemment controlee ; on mesure la
conductivite electrique
et de nombreuses analyses de la solution nutritive sont pratiquees pour adapter et equilibrer la richesse en elements fertilisants en fonction des plantes produites. Typiquement, une concentration de 200
ppm
donne une conductivite de 0,25
S
/m
.
La gestion de l'air en serre et celle de la temperature qui y regne sont liees : plus l'air circule, plus la temperature de la serre va etre proche de celle de l'exterieur.
Les plantes convertissent le
dioxyde de carbone
en
dioxygene
durant la periode diurne de la journee grace a la
photosynthese
. Pour augmenter la productivite de certaines cultures, il arrive que l'on fasse bruler du gaz
propane
dans les serres pour y augmenter le taux de dioxyde de carbone (CO
2
).
Dans une serre agricole bien aeree, l'air peut etre tres charge en pesticides, notamment dans les heures qui suivent l'epandage (s'il y a eu epandage de tels produits sur les plantes ou le sol ou
fumigation
). La concentration de l'air en pesticide ou molecules de degradation varie selon le taux d'application et la volatilite (
constante de Henry
) du produit. On a ainsi montre
[
5
]
en serre de culture hydroponique que les epandeurs respirent plus de
chlorothalonil
que de
methamidophos
. La duree de presence dans l'air varie selon ce meme parametre, mais aussi selon la vitesse de degradabilite des molecules (notamment a la lumiere). Pour le methamidophos (tres volatil), le pic de concentration dans l'air apparait environ deux heures apres l'application (27,5
μg/m
3
), en raison de sa forte volatilite, et jusqu'a douze heures apres l'application, une diminution rapide est enregistree dans l'air (pour arriver a 0,45
μg/m
3
six jours apres l'application)
[
5
]
. Le chlorothalonil bien que moins volatil atteint 4,9
μg/m
3
apres application, pour arriver a 0,15
μg/m
3
a six jours apres l'application
[
5
]
. Ces deux pesticides ont ete mesures dans l'eau de vidange du systeme hydroponique ou les taux, eleves apres l'application, diminuent regulierement en trois jours environ. Dans un systeme hydroponique ferme, ces deux pesticides sont accumules dans le milieu nutritif durant
24 heures
puis ≪ disparaissent ≫ lentement en trois jours environ
[
5
]
.
Par contre, dans une serre en fonctionnement normal, l'air ne semble pas plus charge en spores de champignon que l'air exterieur ; dans trois types de serre de culture de tomates (dont l'une en mode
hydroponique
), des echantillons d'air ont ete preleves de
10
h
a
14
h
, tous les jours d'
a
en collectant les particules de plus de 0,5
μm
de diametre
[
6
]
le taux de 200
CFU/m
3
etait comparable dans les trois cas a ce qu'on trouvait a l'exterieur de la serre.
Certaines plantes produisent des
pollens
allergenes (
piment doux
par exemple, aux pollens duquel un tiers des travailleurs en serre finissent par devenir allergiques). On a montre qu'introduire des
abeilles
dans la serre diminue considerablement ce risque
[
7
]
.
Lumieres thermiques dans une serre a
Narpes
,
Finlande
.
La lumiere peut etre artificielle. Elle sert notamment a favoriser l'
induction florale
de certaines especes de plantes de jour long en rallongeant la duree du jour.
A l'inverse, l'horticulteur peut choisir d'occulter la lumiere du jour pour en raccourcir la duree. L'utilisation la plus connue est celle pratiquee pour faire fleurir les
chrysanthemes
toute l'annee.
Les serres d'agrement se sont multipliees au
XIX
e
siecle
, notamment a la suite de la construction du
jardin d'hiver
des
Jardins botaniques royaux de Kew
en 1848 pres de
Londres
. Certaines, comme les hauts palmariums des
jardins botaniques
, sont destinees a abriter des collections de plantes exotiques. D'autres amenagees en
jardins d'hiver
sont des annexes aux riches villas.
En Belgique, sous l'impulsion du roi
Leopold II
, l'architecte
Alphonse Balat
erigera en 1873 un ensemble spectaculaire : les
serres royales de Laeken
. A ce jour, on y trouve toujours des plantes originelles a leur creation ainsi que des plantations rares et de grandes valeurs. Les serres sont ouvertes au public seulement 3 a 4 semaines par an, au debut du printemps.
L'essor des verandas vitrees a l'epoque moderne coincide avec l'apparition de materiaux plus resistants a la corrosion, du vitrage isolant et de la
climatisation
automatisee. Le plus souvent attenantes aux habitations, ce sont alors de veritables pieces a vivre supplementaires.
Interieur d'un walipini.
Une alternative beaucoup plus abordable et efficace aux serres en verre sont les serres semi-enterrees.
Pendant l'
Union sovietique
, des serres semi-enterrees ont ete developpees pour faire pousser des fruits de
Citrus
(
oranges
,
citrons
,
mandarines
,
clementines
,
limes
,
pomelos
) a des temperatures de moins 30 degres Celsius. En 1950, l'Union sovietique a atteint 30 000 hectares de plantations de citrus, produisant 200 000 tonnes de fruits par an. Elles ont l'avantage d'eviter le vent et de profiter de l'atmosphere plus temperee d'un fosse
[
8
]
.
En 1978, commence en
Chine
des programmes de serres semi-enterrees composes de murs de murs de terre et d'un mur de verre oriente au Sud. Leur developpement s'est multiplie dans les annees 1980 avec l'arrivee des plastiques, moins onereux. Le pays avait alors pour objectifs d'avoir 3,7 millions d'acres de serres solaires passives pour 2020. Un simple trou en terre suffit pour cela, mais un mur de brique du cote Nord permet de mieux conserver la chaleur
[
9
]
.
En
Amerique du Sud
existe les
walipinis
ou
walipinas
(un mot indien
aymara
, pour ≪ lieu chaleureux ≫), egalement connu comme serre souterraine ou a ciel. D'abord developpe dans les annees 1980 pour les regions montagneuses froides d’Amerique du Sud, cette methode permet aux producteurs de maintenir un
potager
productif toute l’annee, meme dans les climats les plus froids. Dans l'hemisphere Sud, les serres sont oriente vers le Nord
[
10
]
.
La serre est creusee dans le sol, beneficiant ainsi d'une bonne isolation thermique avec l'air exterieur. Le toit de la serre, depassant du sol, est incline perpendiculairement a la hauteur du
Soleil
au
solstice d'hiver
afin de maximiser l'apport de lumiere en saison froide
[
11
]
.
Des
panneaux solaires
peuvent etre integres a la structure d’une serre pour produire de l’electricite. Generalement, des surfaces avec des
panneaux solaires
sont intercalees avec des surfaces sans
panneau solaire
pour laisser passer de la lumiere pour les cultures. Pour favoriser le passage de la lumiere pour les plantes, des
panneaux solaires
semi-transparents peuvent etre utilises: espaces transparents entre les cellules cristalline ou couches minces en partie transparentes
[
12
]
. Les serres photovoltaiques sont considerees comme des systemes
agrivoltaiques
par la commission de regulation de l’energie
[
13
]
.
Les serres integrees aux toits de batiments
[
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]
Il existe egalement des serres installees sur les toits de batiments, comme celles des
Fermes Lufa
, a Montreal (Canada). Il s’agit de l’une des alternatives communement proposees en
agriculture urbaine
et peut offrir divers benefices. L’interessant potentiel de production de l’agriculture en serres installees sur les toits de batiments commerciaux ou industriels a d’ailleurs ete demontre a plusieurs reprises pour certaines villes et regions du monde
[
14
]
,
[
15
]
,
[
16
]
.
Dans certains contextes, cette pratique pourrait s’averer une alternative plus efficace et ecologique que l’agriculture conventionnelle, permettant d’ameliorer l’autonomie et la
securite alimentaire
des villes, d’y favoriser une
economie circulaire
et durable, tout en creant de nouvelles opportunites d’emplois
[
17
]
,
[
18
]
. De plus, tout comme l’agriculture effectuee sur
toiture vegetale
, la culture en serres sur toits permet une production plus locale, pouvant reduire les impacts environnementaux et les couts lies a la distribution et la mise en marche des produits
[
19
]
. L’integration de serre aux toits de batiments peut egalement resulter en des besoins energetiques reduits, les pertes de chaleur du batiment pouvant etre en partie valorisees pour le chauffage de cette derniere
[
20
]
,
[
21
]
. Finalement, des systemes installes sur les toits permettant la recuperation et le stockage de l’eau de pluie, peuvent egalement permettre de reduire drastiquement les besoins en irrigation de ces operations
[
22
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Ce qu'on appelle communement
effet de serre
c'est en fait un
forcage radiatif
qui change le bilan energetique global. Alors que la raison principale de l'elevation de la temperature moyenne dans une serre est l'isolation de la convection, qui diminue en fait la
capacite thermique
globale sur laquelle le bilan thermique (absorption du rayonnement solaire et echappement de la chaleur produite) s'applique.
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