44445 rapport etude serre partie 1

8/18/2019 44445 Rapport Etude Serre Partie 1

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UTILISATION RATIONNELLE DE L’ÉNERGIE

DANS LES SERRES

Situation technico-économique en 2005 et leviers d’action actuels et futurs

Rapport complet

Mars 2007

Étude réalisée pour le compte de l’ADEME par le Ctifl, l’Astredhor et l’INH – Ariane Grisey(Responsable Projet Ctifl) – Fabien Pommier (Ctifl) – Nina Chantry (Responsable Projet Astredhor) –

Joséphine Piasentin (Astredhor) – Gérard Chassériaux (INH)Contrat n°05 74 C0100

Coordination technique : Éric Vésine - Département DPIA – Direction DABEE - ADEME Angers


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ADEME : Utilisation rationnelle de l’énergie dans les serres date

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REMERCIEMENTS

Le Ctifl, l’Astredhor et l’INH remercient toutes les personnes qui ont participé à l’élaboration de cette

étude :

- la FNPL et la FNPHP pour leurs informations et leur soutien apporté à cette étude, - Viniflhor pour les données nécessaires à la préparation de l’échantillon d’horticulteurs, - les chambres d’Agriculture et les comités économiques pour les données en maraîchage, - l’ADEME pour la recherche d’informations et les données bibliographiques, - les experts français et étrangers pour leurs informations sur la gestion de l’énergie sous serres.

Un grand merci à tous les conseillers techniques et experts liés au réseau Astredhor impliqués dans

l’étude, aux techniciens maraîchage et aux Organisations de producteurs.

Nous tenons à remercier sincèrement tous les producteurs qui ont participé à cette enquête.

COMITE DE PILOTAGE

ADEME INH

Eric VESINE Gérard CHASSERIAUX

Jacques‐Olivier BUDIN

Sandrine LACOMBE Institut de l’Elevage

Jérôme MOUSSET Jean Baptiste DOLLE

Iman BAHMANI (DR Picardie)

Lise LAMBERT (DR Pays de la Loire) IFIP

Alain LHULLIER (DR Aquitaine) David BARTOLOMEU

Romain SIX

(DR

Picardie)

APCA ITAVI

David PEREIRA Gérard AMAND

Ministère de l’Agriculture et de la Pêche Alain PINDARD (DGPEI)

L’ADEME en bref :

L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME) est un établissement public sous la tutelleconjointe des ministères de l'Ecologie et du Développement durable, de l'Industrie et de la Recherche. Elle participe à lamise en oeuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement et de l'énergie. L'agence met sescapacités d'expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et dugrand public et les aide à financer des projets dans cinq domaines (la gestion des déchets, la préservation des sols,l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables, la qualité de l'air et la lutte contre le bruit) et à progresser dansleurs démarches de développement durable.

www.ademe.fr

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Code pénal. Seules sont autorisées (art. 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé de copiste etnon destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par la caractère critique,pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositionsdes articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie.


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SOMMAIRE

1. introduction .........................................................................................................................................7

1.1. Objectifs de l’étude sur « l’utilisation rationnelle de l’énergie dans les serres ».......................................7

1.1.1. Délimitation du champ de l’étude...............................................................................................................................7 1.1.2. Un but et des objectifs pour l’atteindre.......................................................................................................................7

1.2. Contexte et enjeux ...........................................................................................................................................8 1.2.1. Pourquoi utiliser du chauffage pour produire des légumes.........................................................................................8 1.2.2. Pourquoi utiliser du chauffage pour produire des fleurs...................................................... .......................................8 1.2.3. Présentation générale des secteurs maraîchers et horticoles .......................................................... .............................9 1.2.4. L’énergie et la serre ............................................................ ........................................................... ...........................10 1.2.5. Un contexte de crise chez les serristes .................................................... ........................................................... .......20 1.2.6. L’énergie en serre, une problématique déjà étudiée, par le passé.................................................. ...........................25 1.2.7. Etats des lieux et projets d’actions dans les autres pays d’Europe..................................................................... .......27 1.2.8. Déroulement de l’étude ADEME..............................................................................................................................29

2. Phase 1 : Constitution du questionnaire et de l’échantillon ..........................................................30

2.1. Récolter des informations pour réaliser l’état des lieux ............................................................................30 2.1.1. La méthode choisie : des entretiens terrain...............................................................................................................30 2.1.2. Choix des enquêteurs .......................................................... ........................................................... ...........................30

2.2. Un questionnaire en deux parties.................................................................................................................31 2.2.1. L’entretien directif : collecter les données pour réaliser l’état des lieux.............................. .....................................32 2.2.2. L’entretien semi-directif : recueillir les avis des producteurs........................................................ ...........................34

2.3. ElAboration de l’échantillon ........................................................................................................................35 2.3.1. Etude de la population des producteurs de légumes .................................................. ...............................................35 2.3.2. Etude de la population d’horticulteurs ornementaux ............................................................ ....................................36 2.3.3. Constitution de l’échantillon - Partie Maraîchage ...................................................... ..............................................37 2.3.4. Constitution de l’échantillon - Partie Horticulture ornementale .................................................... ...........................39

3. PHASE 2 : Administration du questionnaire ...................................................................................41 3.1. Préparation de la phase terrain ...................................................................................................................41

3.1.1. Le soutien de la FNPL et de la FNPHP .................................................. ........................................................... .......41 3.1.2. Formation des enquêteurs en horticulture ornementale .......................................................... ..................................41 3.1.3. Le premier contact avec les producteurs : la prise de rendez-vous......... ........................................................... .......42

3.2. Deroulement des enquetes ............................................................................................................................42 3.2.1. Un temps d’administration très différent selon la préparation des données..............................................................42 3.2.2. La relation avec les producteurs, le ressenti terrain. .................................................. ...............................................43

3.3. Limites et biais du questionnaire .................................................................................................................43

4. phase 2 : resultats POUR LE secteur du maraichage ......................................................................44

4.1. L’échantillon obtenu .....................................................................................................................................44 4.2. elements pour la realisation de l’etat de lieux.............................................................................................46

4.2.1. Des biais pour certaines variables du questionnaire..................................................................................................46 4.2.2. Les poids affectés aux modalités pour le redressement ........................................................ ....................................46 4.2.3. Caractérisation de la population des producteurs de tomates/concombres en serres chauffées en France................47

4.3. la réalisation de l’état des lieux en suivant le deroulement de la chaine Energetique.............................49 4.3.1. Thème 1 : Identification des besoins et usages énergétiques ......................................................... ...........................50 4.3.2. Thème 2 : Description des installations « passives »................................................................................................61 4.3.3. Thème 3 : Description des équipements consommateurs d’énergie, consommations et dépenses d’énergie finales72 4.3.4. Thème 4 : Développement des énergies alternatives et optimisation du système d’offre d’énergie finale...............88

4.4. Comparaison entre les données de 2002 (Etude Ctifl) et celleS de 2005 (Etude URE ADEME) ...........93 4.4.1. Tendances observées pour les consommations d’énergie.................................................... .....................................94 4.4.2. Questions ouvertes....................................................................................................................................................94

4.5. Résumé des analyses en maraichage............................................................................................................96 4.5.1. Au niveau national....................................................................................................................................................96


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4.5.2. Au niveau « bassin de production »..........................................................................................................................96

5. Phase 2 : resultats POUR LE SECTEUR De l’ornementAL ...........................................................98

5.1. Préambule ......................................................................................................................................................98 5.1.1. Redressement de l’échantillon obtenu .................................................... ........................................................... .......98 5.1.2. Analyses par tranche de surface couverte et région climatique ..................................................... ...........................98

5.2. Etat des lieux ................................................................................................................................................101 5.2.1. Thème 1 : Identification des besoins et usages énergétiques ......................................................... .........................101 5.2.2. Thème 2 : Description des installations passives....................................................................................................106 5.2.3. Thème 3 : Description des équipements consommateurs d’énergie – consommation et dépenses d’énergie finales..........................................................................................................................................................................................117 5.2.4. Résumé des analyses en horticulture ornementale..................................................................................................127

5.3. Analyse des questions ouvertes ..................................................................................................................129 5.3.1. Amélioration de l’outil et des techniques de production.........................................................................................129 5.3.2. Energies alternatives........................................................... ........................................................... .........................132 5.3.3. Organisation des producteurs pour l’achat de combustible ........................................................... .........................132 5.3.4. Soutien financier des pouvoirs publics ................................................... ........................................................... .....132 5.3.5. Soutien technique....................................................................................................................................................132 5.3.6. Les relations avec l’ADEME................ ........................................................... .......................................................133

6. QUESTIONS OUVERTES ‐EXPERTS ...........................................................................................134

7. LEVIERS D’ACTION .........................................................................................................................141

7.1. Construction des Fiches action...................................................................................................................141 7.1.1. Les informations décrites dans les fiches................................................................................................................141 7.1.2. Détail des calculs ........................................................... ................................................................. ........................144

7.2. Les fiches actions .........................................................................................................................................146 7.2.1. Poste structure.........................................................................................................................................................147 7.2.2. Poste production de chaleur....................................................................................................................................150

7.2.3. Gestion climatique ................................................... ........................................................................ .......................150 7.2.4. Energies alternatives ................................................................. .................................................................... ..........151

7.3. Autres pistes pour améliorer l’efficacité énergétique ..............................................................................154 7.3.1. Voie « organisationnelle » ........................................................... ........................................................................... 154 7.3.2. Voie « variétale »....................................................................................................................................................155 7.3.3. Voie « gestion climatique » ................................................................. ................................................................... 155 7.3.4. Diagnostics énergétiques : éléments importants à faire figurer dans un cahier des charges ...................................156 7.3.5. Serre Haute Performance Energétique (HPE) et compteurs à calories ...................................................................158

7.4. Propositions de mesures pour mettre en place les actions.......................................................................158 7.4.1. Actions de communication .............................................................. .................................................................... ...158 7.4.2. Mesures d’accompagnement...................................................................................................................................159

8. RELATIONS INTERNATIONALES ................................................................................................161

8.1. Programme de recherche néerlandais .......................................................................................................161

8.2. Programme de recherche dans les autres pays .........................................................................................162

8.3. Etudes etrangeres ........................................................................................................................................163

9. LES FICHES ACTION ........................................................................................................................164

10. CONCLUSION ..................................................................................................................................209

11. REFERENCES BIBLIOGRAPHIES ...............................................................................................212

TABLE DES FIGURES ..............................................................................................................................217

TABLE DES TABLEAUX ...........................................................................................................................220

ANNEXES ..................................................................................................................................................221


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LEXIQUE ‐TABLES DES SIGLES ET ABREVIATIONS

Abri haut : abri sous lequel une personne peut se tenir debout : grand tunnel plastique, serre verre ou

multichapelle plastique.

Abri bas : petit tunnel type chenille

AFME : Agence Française de la Maîtrise de l’Energie (a précédé l’ADEME).

AND : Bureau d’études

APCA : Assemblée Permanente des Chambres dʹAgricultures

ASTREDHOR : Association Nationale des Structures d’Expérimentation et de Démonstration en

Horticulture

BRM : Bassin Rhône Méditerranée

BT : basse température

CA : Chiffre d’affaire

CNPE : Centre Nucléaire de Production d’Energie

CRE : Commission de Régularisation de l’Energie

Ctifl : Centre technique interprofessionnel des fruits et légumes

Cultivar : Terme scientifique désignant toute variété agricole quelle quʹen soit la nature génétique

DCE : Dossier de Consultation des Entreprises

DPG : double paroi gonflable

ENR : Energie Renouvelable

ETP : Equivalent temps plein

FC : Fleurs coupées

FNPHP : Fédération Nationale des Producteurs de l’Horticulture et des Pépinières

FNPL : Fédération Nationale des Producteurs de Légumes FOD : fioul domestique

GDF : Gaz de France

ha : Hectare

HPE : Haute Performance Energétique

HR : Humidité Relative

HT : Haute Température

HT : hors taxe

ICE : International Conseil Energie (bureau d’études)

IFP : Institut Français du Pétrole

INH : Institut National d’Horticulture

INRA : Institut National de la Recherche Agronomique

IR : Infrarouge

IT : Intégration de Température

IFIP : Institut du Porc

ITAVI : Institut Technique de l’AVIculture

JA : Jeunes Agriculteurs

kWh : kilowattheure (unité d’énergie)

MDE : Maîtrise de la Demande en Energie

ONIFLHOR : ancien Office National Interprofessionnel des fruits, des légumes et de l’horticulture

OP : Organisations de Producteurs PAC : Pompe à chaleur

PAM : Plantes à massif


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PAR : Photosynthetically Active Radiation (rayonnement photosynthétique utile). Ce sont les radiations

de longueurs d’onde comprises entre 400 nm et 700 nm qui sont le plus efficace pour la photosynthèse.

PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur

PCS : Pouvoir Calorifique Supérieure

PP : Plantes en pot

Ppm : Partie par million

R&D : Recherche et Développement

Rdt : Rendement

RHOP : Recensement de l’horticulture ornementale et des pépinières

SC : Surface couverte

SCEES : Service central d’enquêtes et études statistiques du Ministère de l’Agriculture

SV : serres verre

Tep : Tonne équivalent pétrole

TICGN : Taxe Intérieure sur les Consommations de Gaz Naturel

TIPP : Taxe Intérieure sur les Produits Pétroliers

UE : Union Européenne

UTA : Unité de Travail Annuel

VINIFLHOR : Office National Interprofessionnel des fruits, des légumes, des vins et de l’horticulture

(résulte de la fusion entre l’ONIFLHOR et l’ONIVINS)


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1. INTRODUCTION

Ce document constitue le rapport final du Ctifl (Centre Technique Interprofessionnel des fruits et

légumes), de l’Astredhor (Association nationale des structures d’expérimentation et de démonstration en

horticulture) et de l’INH (Institut National d’Horticulture) en réponse au cahier des charges [Dossier de Consultation des Entreprises DCE] du 29 novembre 2005 de l’ADEME. Le groupement solidaire s’est

entouré des compétences d’un bureau d’études spécialisé dans le domaine de l’énergie, ICE

(International Conseil Energie) (Cf. Annexe 1, compétences des partenaires).

1.1. OBJECTIFS DE L’ETUDE SUR « L’UTILISATION RATIONNELLE DE L’ENERGIE DANS LES SERRES »

Au vu du contexte énergétique préoccupant et du manque d’informations actualisées en France,

l’ADEME a décidé dès octobre 2005 de lancer un appel d’offres sur « l’utilisation rationnelle de l’énergie

dans

les

serres :

situation

technico‐économique

en

2005

et

leviers

d’action

actuels

et

futurs

».

Les

résultats de cette étude doivent permettre de « mieux appréhender les évolutions du secteur, d’apprécier

les marges de progrès, d’identifier les leviers d’action et de définir la politique d’intervention de

l’ADEME dans les années à venir » (ADEME, 2005).

1.1.1. Délimitation du champ de l’étude

Le champ de l’étude couvre les aspects suivants :

‐ le secteur des serres agricoles (existantes et nouvelles),

‐ les sites localisés en France métropolitaine,

‐ les pratiques énergétiques actuelles (modes de production, consommations, répartition par poste,

répartition par type de culture…),

‐ les technologies et pratiques énergétiques, y compris les énergies renouvelables diffusables rapidement

(disponibles), à moyen et long terme (recherche et développement).

1.1.2. Un but et des objectifs pour l’atteindre

L’ADEME souhaitait faire un état des lieux des pratiques énergétiques dans les serres agricoles pour la

campagne 2004‐2005. Aussi, l’étude avait pour but d’apporter « un éclairage sur cette situation et de

proposer des éléments d’orientation stratégique » (ADEME, 2005). Pour cela, les axes de travail suivants

ont été définis :

• Etablissement d’un état des lieux des serres en France : répartition géographique, répartition par type de serre et de culture, degré de vétusté, etc.,

• Etablissement d’un état des lieux des pratiques énergétiques : modes de production, répartition des consommations énergétiques par type de serre, par poste et par culture, poids économique, etc.,

• Identification d’un réseau de contacts sur la problématique énergétique des serres, • Identification des leviers d’action, par type de serre et par culture, pour réduire les consommations

énergétiques :

‐ postes à forts gisements d’économie d’énergie accessibles à un coût économiquement acceptable,

‐ techniques existantes, bonnes pratiques énergétiques et/ou outils diffusables rapidement,

‐ à moyen et long terme, programmes de recherche et développement à lancer et/ou outils à développer,

‐ éléments importants à faire figurer dans un cahier des charges de diagnostic énergétique du secteur des serres (ADEME, 2005).


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Un intérêt particulier a été porté à la recherche de nouvelles solutions en France ainsi qu’à

l’international. Les solutions devaient porter aussi bien sur les énergies classiques que sur les énergies

renouvelables.

1.2. CONTEXTE ET ENJEUX

1.2.1. Pourquoi utiliser du chauffage pour produire des légumes

L’évolution de la consommation de la tomate en frais, passant d’un produit de saison à un produit

disponible toute l’année, correspond à une transformation de mode de consommation que l’on retrouve

pour une grande partie des aliments. Le sénateur Claude SAUNIER (2004) dans un rapport sur « les

nouveaux apports de la science et de la technologie à la qualité et à la sûreté des aliments », met en

relation les avancées technologiques et scientifiques et les modifications dans les habitudes du

consommateur : « Partons de cette évidence : le dernier demi‐siècle a été lʹoccasion dʹune accélération

des progrès scientifiques sans précédent, avec de multiples effets générés par leurs prolongements

technologiques. […] Ces poussées du progrès ont modifié nos modes de vie, sans quʹil soit facile de

discerner si ce sont les innovations technologiques qui créent lʹhabitude sociale, ou si cʹest lʹusage social

qui a appelé lʹoffre de nouveaux produits ».

Le sénateur explique ainsi que la désaisonnalisation des produits (comme la tomate), remarquée depuis

une quinzaine d’années, a été provoquée par « la double pression du développement de lʹagriculture

hors sol et de la création dʹun marché mondial » (SAUNIER, 2004).

Il a donc fallu développer des techniques de production de la tomate (et d’autres légumes comme le

concombre ou le poivron) permettant de produire toute l’année. Comme toute culture, la tomate ou le

concombre ont des besoins de nutrition et de climat bien définis. Pour produire sur toute une année, le

climat des régions françaises est limitant. A ses débuts, la serre avait été développée pour protéger les

cultures contre les aléas climatiques, puis pour produire toujours plus tôt en installant progressivement

des systèmes de chauffage car la précocité était un gage de meilleurs prix. Pour permettre une

production toute l’année, elle a été adaptée avec des systèmes de maîtrise du climat à l’intérieur de cette

enceinte.

En effet, la « capacité d’une plante cultivée comme la tomate à fournir tout au long de son cycle de vie

une production de fruits atteint, grâce à la culture sous serre, un niveau considérable. Cette performance

est liée à la croissance continue des cultivars, qui développent dans l’espace des systèmes végétatifs

chargés en permanence de récolte. Cela exige une constante maîtrise de l’environnement des cultures,

exercée par le producteur » (WACQUANT, 1995).

1.2.2. Pourquoi utiliser du chauffage pour produire des fleurs

Les premières serres utilisées pour les productions ornementales servaient, comme pour les cultures

légumières, à protéger les plantes des éventuelles intempéries, à hâter leur développement mais aussi à

élever des espèces exigeantes en température.

Or, l’outil serre a été ensuite utilisé par les horticulteurs professionnels ayant des objectifs beaucoup plus

élevés de rendement, de qualité, de calendrier de production. Les serres sont devenues des outils de

production de masse. Les outils de pilotage et de régulation du climat se sont révélés nécessaires pour

atteindre les objectifs fixés.


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Par exemple concernant la température d’ambiance requise, si le phénomène d’effet de serre permet une

augmentation conséquente de la température, dans d’autres circonstances, la serre devient un émetteur

de chaleur et les températures peuvent fortement y diminuer.

Pour ces raisons, la plupart des serres sont maintenant équipées d’un dispositif d’émission de chaleur

permettant de compenser les diverses pertes thermiques.

1.2.3. Présentation générale des secteurs maraîchers et horticoles

1.2.3.1. Le secteur maraîchage

Le Service central d’enquêtes et études statistiques (Scees) du Ministère de l’Agriculture a réalisé en 2005

une enquête sur les structures de production légumière. Elle apporte des éléments sur la dimension des

exploitations légumières, sur les modes de culture, la main‐d’œuvre et sa composition.

En 2005, on dénombrait 24 720 exploitations légumières sur une surface brute de 233 000 hectares, soit

une surface moyenne de 9,4 ha. Par rapport à la précédente étude de 1996, le nombre de producteurs de

légumes a diminué de 40 % et les surfaces de 6 %.

La production légumière est assez dispersée sur l’ensemble du territoire. Cependant, certaines régions

concentrent une bonne partie des surfaces. Les régions Provence‐Alpes‐Côtes‐d’Azur, Languedoc, Pays

de la Loire, Bretagne et Aquitaine concentrent l’essentiel des cultures sous abris hauts avec une majorité

de serres dans l’Ouest et de tunnels dans le Sud. Par contre, les cultures hors sol sont assez bien

représentées dans l’ensemble des bassins.

La quasi‐totalité des surfaces légumières sont occupées par des cultures en plein air. Les cultures

couvertes ne représentent que 6 % des superficies totales. Depuis dix ans, il y a une diminution sensible

des surfaces sous abris bas (‐ 33 %) alors que celles sous abris hauts sont en progression notable (+ 13 %).

Parmi elles, les surfaces hors sol ont enregistré un gain de près de 80 % et couvrent actuellement près de

1 500 ha bruts, soit plus d’un hectare sur cinq de serres et tunnels. Les serristes sont environ 1 700 et ont

une surface légumière de 1,7 ha en moyenne. Leurs poids dans l’ensemble de la profession légumière a

été multiplié par près de deux en dix ans. C’est également le cas de ceux qui associent cultures de plein

air et serres.

Les espèces qui sont majoritairement produites sous abris hauts sont la tomate, le concombre (tous deux

en quasi‐totalité), la fraise, l’aubergine et le poivron. Le hors sol n’intéresse pour le moment que la

tomate, le concombre et plus récemment, la fraise où il représente désormais 20 % des surfaces.

Les exploitations légumières emploient environ l’équivalent de 80 000 actifs à temps complet (Unité de

travail annuel). Par rapport à 1996, cela revient à une diminution de 25 % directement liée à la

disparition de nombreuses exploitations. La main‐d’œuvre se répartit à parts égales entre famille (chef

d’exploitation surtout) et salariés avec un avantage au personnel saisonnier par rapport au permanent.

L’exploitation moyenne compte 3,2 UTA (Unité de Travail Annuel) dont 2,1 spécifiquement affectés aux

tâches légumières. Les serristes ne représentent que 8 % des exploitants, 2 % des surfaces, mais 20 % de

la main‐d’œuvre légumière. Ils emploient en moyenne l’équivalent de six actifs à temps complet, soit

près de trois actifs par hectare (HUTIN, 2006).


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1.2.3.2. Le secteur d’horticulture ornementale (Sources Agreste, AND‐ONIFLHOR)

En 2001, le secteur horticole représentait 11 000 entreprises exploitant 21 000 hectares (ha) de cultures

ornementales (Agreste). Ces cultures sont variées : productions de fleurs et feuillages coupés, plantes en

pot, à massif,

vivaces

mais

aussi

bulbes,

boutures

ou

encore

pépinière

ornementale,

fruitière,

forestière.

Les zones de production sont nombreuses à travers la France et il existe peu de spécialisations

régionales. Les serres sont présentes au sein de 5 600 exploitations et recouvrent 2 500 ha.

Les productions deviennent de plus en plus spécialisées (60 % des entreprises horticoles sont spécialisées

en fleurs et plantes et 20 % en pépinières). Les activités de complément sont l’activité de paysage ou de

commerce horticole. Tous ces facteurs soulignent le besoin particulier en technicité des productions

ornementales. En outre, ces entreprises sont gourmandes en main‐d’œuvre et font appel à 4,1

équivalents temps plein (ETP) en moyenne.

Les productions de fleurs coupées et plantes à massifs et en pot nécessitent des températures élevées.

Pour la production de fleurs coupées, la production a lieu pour l’essentiel dans le Var et les Alpes

Maritimes, « bassins

historiques

».

Cependant,

l’activité

décroît

en

Ile

de

France,

alors

qu’elle

progresse

dans d’autres régions telles que la Bretagne, les Pays de la Loire et les Pyrénées Orientales. La

production de plantes en pot et à massif est plus dispersée, les Pays de la Loire, la Provence‐Alpes‐Côte‐

d’Azur, ou le Rhône‐Alpes représentent les bassins les plus importants.

Concernant la taille des exploitations, la superficie moyenne d’une entreprise de fleurs coupées est de

4 800 m² et celle en plantes en pots de 6 600 m². Les entreprises horticoles sont donc moins grandes que

les entreprises maraîchères, près de 80 % des entreprises ont une surface couverte inférieure à 5 000 m² et

seulement 7,5 % ont une surface supérieure à 1 ha.

Pour les filières de fleurs coupées en plantes en pot et à massif, sont dénombrées 4 500 entreprises

cultivant 1 500 ha couverts.

Toutes les

surfaces

couvertes

ne

sont

pas

chauffées

: seulement

68

%

des

exploitations

de

fleurs

coupées

sont chauffées et 88 % des exploitations de plantes. Le chauffage des serres concerne un peu plus de

3 500 exploitations pour une surface chauffée totale estimée à 1 300 ha.

L’activité de plantes en pots dégage un chiffre d’affaires par entreprise élevé en comparaison des autres

productions ornementales tandis que l’activité fleurs coupées reste génératrice des plus faibles chiffres

d’affaires en raison d’une prépondérance des petits producteurs et du très faible nombre de grosses

entreprises (Widehem, Cadic, 2006).

1.2.4. L’énergie et la serre

La définition de la norme française NF U57‐001 décrit la serre comme « une enceinte destinée à la culture

ou à la protection des plantes en exploitant le rayonnement solaire. Les dimensions de cette enceinte

permettent à un homme de travailler aisément à l’intérieur ».

Cette structure protège les plantes grâce à une maîtrise du climat qui permet d’obtenir des conditions

optimales de croissance tout en minimisant les risques sanitaires. « L’exploitation du rayonnement

solaire » directement par les mécanismes de photosynthèse, mais aussi à travers le phénomène de l’effet

de serre contribue à la bonne croissance de la plante.

1.2.4.1. Pour une croissance optimale, la nécessité d’un climat maîtrisé.

Plusieurs paramètres du climat influencent fortement la croissance de la plante :

La température

de

l’ambiance joue un rôle important pour les fonctions vitales de la plante : la

photosynthèse, la transpiration, la circulation de la sève, la multiplication et la différenciation des

cellules des organes aériens (CNIH&AFME, 1989). Par exemple, en production de tomate, la température


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influence fortement le calibre du fruit, la coloration et la forme. La température optimale pour la

photosynthèse de la tomate varie entre 22 et 25 °C (GRASSELLY et al., 2000). En ornement, les différentes

espèces ont des températures de croissance optimales très variables. En dessous ou au dessus de ce seuil

de température, la qualité des plantes est plus ou moins dépréciée.

La température du

sol modifie la respiration, l’absorption racinaire et la croissance des organes

souterrains. Elle peut aussi influencer le développement de maladies.

Le rayonnement solaire reçu par la plante agit particulièrement sur la transpiration et la photosynthèse.

La quantité d’énergie solaire et son assimilation par le feuillage influencent l’intensité de la

photosynthèse. Généralement, plus l’ensoleillement reçu est important, et plus la teneur en matière

sèche et en sucres des fruits est élevée (GRASSELLY et al. , 2000).

Pour les cultures ornementales, le manque de lumière provoque l’étiolement des plantes et des

problèmes de floraison. Cependant une lumière excessive peut aussi être défavorable à la qualité des

plantes (phénomènes de brûlures ou déformations foliaires) et dans ce cas des écrans d’ombrage sont

utilisés. La régulation de la quantité de rayonnement reçue par les plantes est donc particulièrement

importante à maîtriser (URBAN, 1997).

L’hygrométrie de l’air a de fortes conséquences, notamment sur la photosynthèse et la transpiration de

la plante, les exigences des espèces cultivées pour ce paramètre sont variables.

Le gaz carbonique contenu dans l’air est un autre facteur influençant la photosynthèse. « Lorsque la

teneur en CO2 augmente, la photosynthèse augmente d’abord de façon linéaire, puis moins rapidement

jusqu’à 1 000 ou 1 500 ppm » (GRASSELLY et al. , 2000).

La serre modifie spontanément les conditions mentionnées précédemment. On distingue trois

principaux types de structures de serre : la serre verre, la serre multichapelle plastique et le tunnel

plastique (Fig. 1).

Figure 1 : Les trois principaux types de serres

1.2.4.2. La thermique de la serre

1.2.4.2.1. Lumière et rayonnement dans la serre

La figure 2 présente le bilan simplifié des échanges radiatifs entre l’extérieur et l’intérieur de la serre. On

remarque que seulement 70 % de l’énergie solaire extérieure traverse les parois de la serre, l’autre partie

est réfléchie ou absorbée. Cette part varie selon la saison, par la variation de l’angle d’incidence des


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rayons sur les vitres, et selon les matériaux de couverture (les nouveaux matériaux permettent d’avoir

une transmission de 80 %). L’intensité de rayonnement global extérieur et donc intérieur varie

énormément selon la localisation géographique (Fig. 2).

Sur la même figure 2, on peut comprendre le fonctionnement de l’effet de serre. C. WACQUANT (1995)

décrit ce phénomène : « l’énergie solaire qui pénètre dans la serre est absorbée par les plantes, le sol et

les différentes structures. Il en résulte une augmentation d’émission de chaleur par ces différents corps

sous forme de rayonnements infrarouges (IR) longs. Le verre et les matières plastiques « thermiques » ne

laissant pas sortir les rayonnements infrarouges longs, il en résulte que l’énergie solaire est piégée par la

serre, c’est l’effet de serre ».

Figure 2 : Bilan simplifié des échanges radiatifs (Source : WACQUANT, 2000)

Légende :

f : fuite

v : aération

Ti : Température intérieure (en °C ou K)

Te : Température

extérieure

(en

°C

ou

K)

Conv : convection

Cond : conduction

IR long : Infra Rouge long

1.2.4.2.2. Les échanges thermiques

Le phénomène d’effet de serre permet une augmentation conséquente de la température, mais dans

d’autres circonstances, la serre devient un émetteur de chaleur et les températures peuvent fortement y

diminuer.

Ce phénomène s’explique par plusieurs raisons :

‐ la nuit, les parois et la toiture échangent de la chaleur avec l’extérieur par conduction, convection

et

rayonnement.


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‐ les fuites potentielles provoquent un renouvellement d’air qui substitue à l’air chaud intérieur l’air

froid de l’extérieur.

‐ d’autres pertes ont également lieu par le sol par conduction et évaporation.

‐ de plus, la serre ne possédant pas des parois épaisses n’est pas capable d’emmagasiner beaucoup de

chaleur, on dit qu’elle possède une faible inertie

thermique. Elle correspond alors à un volume dans

lequel la température s’élève facilement mais en contrepartie peut rapidement diminuer (Lévêque B.,

1992).

Un coefficient de transmission thermique K est déterminé pour chaque type de couverture : plus la

valeur est faible et plus les échanges sont faibles (meilleure isolation). Le coefficient K du verre est

d’environ 5 à 6 W/m².K, celui du polycarbonate (plastique rigide) de 3 W/m².K et celui d’un mur

extérieur de bâtiment d’environ 0,45 W/m².K.

Remarque :

Les trois modes de transfert de chaleur sont :

- La conduction : échange de chaleur entre points d’un solide ou encore d’un liquide (ou d’un gaz) immobile et opaque.

- La convection : échange de chaleur entre une paroi et un fluide (avec transport de la chaleur par le fluide en mouvement).

- Le rayonnement : échange de chaleur entre deux parois séparées par un milieu transparent. Tous les corps solides, liquides ou gazeux émettent un rayonnement de nature électromagnétique. Cette énergie est échangée

directement des parois à la surface des plantes et non à l’air ambiant.

La température apportée par le rayonnement et l’effet de serre mais diminuée par les pertes thermiques

ne permet pas d’assurer tout au long de l’année des températures optimales pour la croissance des

plantes. De plus, l’humidité à l’intérieur de la serre, dépendante des conditions climatiques et de la transpiration

de la culture en fonction de l’espèce considérée, doit être bien maîtrisée pour ne pas limiter la croissance

de la plante et éviter les risques phytosanitaires (développement de maladies).

Le chauffage de la serre permet la gestion de ces deux paramètres.

1.2.4.3. Chauffer pour maintenir une température optimale

Selon les productions légumières, la consigne de température de nuit souhaitée dans la serre peut varier

entre 8 à 18 °C pour la tomate, et entre 12 et 21 °C pour le concombre. La température dépend des choix

du producteur

(le

créneau

de

production,

l’objectif

de

rendement,

la

variété,

etc.).

En horticulture ornementale, la température de consigne varie selon les espèces et le stade de

développement. Par exemple, certaines plantes ont juste besoin d’être protégées du gel (ex. : pensées), la

température de consigne est alors comprise entre 0 et 8 °C. D’autres espèces demandent des

températures moyennes (entre 8 et 15 °C) pour que le cycle de culture et la qualité soient maîtrisés (ex. :

géraniums). Enfin, des espèces ont de forts besoins en température (entre 15 et 18‐20 °C), généralement

ce sont des plantes issues de pays au climat chaud (hibiscus, anthurium). De plus, comme pour les

productions légumières, la température appliquée dépend des objectifs du producteur (ex. : production

de roses pour le marché de la Saint Valentin).

Le choix de l’équipement de chauffage est influencé par le type et l’âge de la structure de serre, la

température de

consigne

souhaitée

et

le

créneau

de

production.


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1.2.4.3.1. Emission de chaleur (voir illustrations en annexe 2)

1.2.4.3.1.1. Emission de chaleur par air chaud

La production d’air chaud ne permet de réchauffer l’air que par des mécanismes convectifs. Cela implique que l’air chauffé a tendance à monter et à s’éloigner rapidement des cultures : le climat est peu

homogène (Urban L., 1997). Les systèmes de production d’air chaud sont donc parfois utilisés en

complément d’un chauffage par eau chaude. Utilisés seuls, ils sont préconisés pour un chauffage

d’appoint, pour une saison de chauffe courte, ou pour une culture à faibles besoins en température ou à

protéger du gel.

De l’air chaud est soufflé dans la serre. Cette chaleur peut être produite par :

‐ un aérotherme. Au sein de cet appareil un échangeur permet la transmission de la chaleur de l’eau,

provenant d’une chaudière, à l’air qui est ensuite propulsé dans la serre.

‐ un générateur d’air pulsé. Cette installation brûle directement un combustible et réchauffe ainsi de l’air

envoyé dans la serre. Ce système n’utilise pas de chaudière. Il est donc autonome pour la production de chaleur.

‐ une pompe à chaleur (PAC) (équipement peu développé sous serre). Cet appareil permet de puiser de la

chaleur dans une source froide ou source basse température (air extérieur, sol, nappe phréatique) pour la

transférer à un circuit de chauffage, ou la pulser directement dans la serre.

La chaleur se transmet essentiellement par convection forcée (contact entre l’air chaud et les corps plus

froids comme les plantes, le sol, les parois, les structures, etc.).

Cette technique de chauffage est, à consigne de température égale, plus coûteuse en énergie que les

systèmes de chauffage par eau chaude car le rendement énergétique des équipements de production

d’air chaud est plus faible.

1.2.4.3.1.2. Emission de chaleur par eau chaude

On distingue deux principaux types d’émission qui se différencient par leurs températures, et

influencent ainsi la localisation et les rôles des systèmes de chauffage.

La distribution par eau chaude ou « thermosiphon » (chauffage haute température (HT))

Des chaudières envoient de l’eau chaude (entre 50 et 90 °C) dans des tubes métalliques répartis dans la

serre. La localisation des émetteurs de chaleur (aérien, en bardage ou localisé) a évolué et porte toujours

à discussion. Aujourd’hui, dans la majorité des cas, ces tubes sont localisés en paroi autour de la serre et

à quelques centimètres du sol dans les allées entre les rangs de culture. Ils servent alors également de

rails pour le déplacement des chariots, réduisant ainsi les temps de travaux.

La chaleur se transmet par rayonnement vers les plantes, le sol et les parois et par convection de l’air

autour des tubes.

La distribution par eau tiède ou chauffage basse température (BT)

L’eau chaude est pulsée généralement dans des tubes en polyéthylène et à une température inférieure à

50 °C. Le rayonnement étant moins fort, les tubes sont localisés plus près de la végétation (fixes ou

mobiles, et proches des points végétatifs en priorité).

Ce système peut être souvent associé au « thermosiphon » mais également utilisé en chauffage du substrat ou du sol.


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1.2.4.3.1.3. Comparaison des systèmes

Le tableau 1 permet de connaître plus en détails les caractéristiques et les avantages/ inconvénients des

différents systèmes décrits précédemment.

Emission de chaleurCaractéristiques par air chaud par eau HT par eau BT

Coûtd’investissement

FaibleEnviron 3 €/m² pour de l’antigelet entre 5,34 et 7,32 €/m² (airpulsé gaz et un peu moins aufioul) pour des puissances entre

140 à 200 kcal/h.m².

FortEntre 16 et 18,3 €/m² pourdes thermosiphons alimentésen prenant en compte le coûtd’une chaudière gaz et entre16,75 et 20,60 €/m² avecchaudière fioul.

FaiblePour les tubes de végétationentre 3,81 et 4,88 €/m².Pour les tubes BT (50 à 100kcal/h.m²) entre 6,10 et 6,71 €/m².

Puissanced’émission

Faible Forte Faible

Proximité desparois

Température importante prochedes parois

Certains tubes sontpositionnés à proximité desparois

Eloignement par rapport auxparois

Apport dechaleur par …

Convection forcée qui favoriseles déperditions de la serre parles parois

Rayonnement et convection Rayonnement et un peuconvection

Répartition destempératures

Hétérogénéité : répartitionnécessaire des sources dechaleur

Homogène verticalement(avec tubes localisés au sol)

Assez homogène

InertieFaible

d’où temps de réponse à lademande très rapide

Elevéd’où temps de réponse à lademande lent

Elevé d’où temps de réponse à lademande lent

Température oscille autour dela consigne (quelques °C)

Chute lente des températuresen cas de panne

Chute lente des températuresen cas de panneConséquence de

cette inertie Temps de réponse court Retard de réponse en cas de variation rapide des températuresextérieures et ambiantes

Hygrométrie etcondensation

Température du végétalinférieure à celle de l’air et dusol.L’air sec et chaud réduitl’humidité relative de la serre.Brassage de l’air limitantl’accumulation d’air humidedans le feuillage.

Dessèchement du sol et descultures.

Température du végétalvoisine de celle de l’air etmouvements de convectionassez importants.Peu de risque decondensation sur le feuillageet donc moins de maladies.

Températures de feuillesupérieures de 1 à 2 °C àcelles de l’air d’où uneréduction possible desconsignes d’ambiance.Il y a peu de mouvements deconvection dans la serre, lesparois sont froides. On peut

assister à des excès decondensation.

EntretienPeut-être non négligeable sibeaucoup d’appareils

Durée de vie du HTsupérieure au BT

Charge d’entretien du BT plusimportante que le HT et lesaérothermes.


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Efficacité

énergétique

Ce système possède la moinsbonne efficacité énergétique.

Bonne efficacité énergétique. Génère une économied’énergie par rapport à laproduction d’eau à hautetempérature, mais pasd’économie au niveau de la

distribution si l’on veutconserver la même vitesse decroissance de la plante qu’avecun système HT. 1

Localisationdans la serre

Posés au sol, ils réduisent lasurface de production.Accrochés en hauteur, ils créentune perte de luminosité et unesurcharge pour la structure.

Au sol, il est utilisé commerails pour le passage dechariots entre les rangs.Présents également enbardage, en aérien, près dusol ou sous les tablettes enhorticulture ornementale.

Besoin d’un nombre importantde tubes pour obtenir unesurface d’émission élevée(pour avoir une puissancesuffisante d’émission).

En maraîchage,Bien adaptépour ….

Cultures demandant peu dechauffage comme lesproductions peu précoces etpeu intensives du type hors gel.

Cultures à besoinsénergétiques élevés etnécessitant une températureassez homogène en hauteur.

Cultures à besoins en chaleurréduits.

En ornement,Bien adapté

pour…

Cultures nécessitant uneproduction hors gel ou n’ayantque des besoins en chauffageponctuels.

Cultures nécessitant unetempérature élevée,homogène en hauteur. Ex :culture de roses sur pains.

Cultures de plantes en pots età massif (hauteur faible),disposées au sol ou sur destablettes.

Tableau 1 : Eléments de comparaisons entre les différents systèmes

(WACQUANT, 1995 ; CNIH&AFME, 1989 ; SERRES, 2002 ; Ctifl 2006)

1.2.4.3.2. Production de

chaleur

En amont de la distribution de chaleur par eau chaude (mais également par air chaud pour les

aérothermes), des équipements de production de chaleur sont nécessaires.

On distingue :

‐ les chaudières classiques,

‐ les chaudières à condensation,

‐ les chaudières à brûleur ou tube immergé,

‐ les pompes à chaleur air / eau ou eau / eau.

Le tableau 2 présente ces différents systèmes.

1 Des expérimentations réalisées au Ctifl Balandran ont montré qu’il était possible de produire avec la même vitesse de développement deplante, mais que la surface installée des émetteurs devait être importante pour avoir une puissance suffisante et que la répartition dans laserre des tubes d’émission devait être optimisée.


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Tableau 2 : Les différents types de chaudières existants

Chaudières

Chaudière

traditionnelle

Chaudière et

condenseur

Combustion

submergée

Pompe àchaleur

Une chaudière est constituée de trois parties :- un foyer, où le combustible brûle au contact de l’oxygène de l’air,- un échangeur où les calories produites dans le foyer sont transmises à l’eau,- une cheminée permettant l’évacuation des produits de combustion (vapeurd’eau, CO2, fumées…)

F o

n c

t i o n n e m e n

tDeux types dechaudières existent :- à tubes d'eau passantà travers les fumées decombustion,- à tubes de fumées,l'eau circulant autour deces tubes (le pluscourant)

En plus de la chaleurproduite par combustion,la vapeur d'eau produiteest condensée parcontact sur une paroifroide, ce phénomènelibère de la chaleurrécupérée.La source froidenécessaire peut êtreconstituée de l'eaurevenant de la serre.

Les fumées sontdirectement insuffléesdans l'eau à réchauffer,le transfert de chaleurse fait sans paroiintermédiaire, il est doncoptimal.

Permet d’effectuer untransfert de chaleurd'une source froide versune source chaudegrâce à un systèmefrigorifique,généralement du type àcompression. Cesystème utilise lechangement d’état d’unfluide frigorigène.

Ce circuit utilise l’airchaud ou de l’eau BT.

Exemple de sourcefroide : eau de puit, airextérieur.

A v a n

t a g e s Elle peut utiliser

différents types decombustibles (comme lefioul, le gaz ou le bois).Produit de l'eau chaudeou tiède.

Le rendement peut êtresupérieur à 100 % surPCI.Produit de l'eau chaudeou tiède.

Le rendement decombustion peut êtresupérieur à 100 % surPCI.

Source froide gratuitePeut servir en été pourle refroidissement desserres avec une PACréversible.

I n c o n v

é n

i e n

t s

Le rendement decombustion n'atteint jamais 100 %. Il estvariable selon le débitdu brûleur et l'état depropreté de lachaudière.

Elle ne fonctionne qu'avecun combustible gazeux :gaz naturel, propane,butane.

Pour obtenir unrendement au moinségal à 100 %, l'eau estchauffée à 60 °Cmaximum (eau BT).Ne fonctionne qu'avecun gaz.

La source froide doitexister et doit répondreà différents critères.Production d’eau HTimpossible.Pas d'installateurspécialisé dans ledomaine des serresdonc peu d’installationsexistantes.

(LEVEQUE, 1992 ; DUSSION, 1989 in PIASENTIN, 2006)

1.2.4.4. Les autres techniques de production consommatrices en combustible

Comme expliqué précédemment, en plus d’une température d’ambiance, il faut maîtriser l’hygrométrie

et la concentration de CO2. Pour cela, des techniques consommatrices en combustibles sont utilisées.

1.2.4.4.1. La déshumidification

L’humidité de l’air est généralement exprimée en humidité relative ou déficit hydrique.

On

constate

que

la

technique

de

déshumidification

traditionnellement

employée

par

les

producteurs

combine l’aération et le chauffage. Le chauffage permet d’une part de diminuer l’humidité relative de


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l’air en augmentant la pression de vapeur saturante, d’autre part de faciliter l’évacuation de l’air chaud

chargé en humidité grace à l’aération (Cf. figure 3).

Cette technique entraîne une perte d’énergie puisqu’une partie de l’énergie dégagée par le chauffage est

évacuée par l’aération. La pratique de la déshumidification représente environ 20 à 30 % des dépenses

énergétiques.

Transpiration

des plantes

Vapeur d’eau

Augmentation de la

teneur en eau

Augmentation del’humidité relative

Condensation

sur parois et

chéneaux

et sur fruits

Aération : baisse de

l’humidité relative

Chauffage

Limitation de la

condensation

A c t i o

n n é

c e s s

a i r e

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d é s h

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44445 rapport etude serre partie 1

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