La serre bioclimatique


Pourquoi une serre « bioclimatique » ?

L'objectif principal de la serre bioclimatique est de pouvoir planter et récolter plus précocement (on peut gagner 1 voire 2 mois) sans avoir recours à aucune source d’énergie extérieure.

Pour cela, il faut réussir à maintenir la serre hors gel, uniquement avec l'énergie du soleil.

La serre permet aussi de produire des légumes feuille et des plantes aromatiques en hiver, sans oublier de conserver vos plantes/fleurs à l’abri du gel.

Comment ça fonctionne en hiver ?

La serre bioclimatique

·         Laisse rentrer l’énergie solaire pendant la journée par la face sud (1)

·         La stocke durant la journée (2)

·         La restitue la nuit ou lors de séquences nuageuses (3)

·         Est isolée pour réduire les pertes thermiques (4)

La paroi sud

La paroi sud est (bien sûr) transparente (verre, polycarbonate, …) pour que les rayons du soleil pénètrent dans la serre. Sans soleil, pas d’énergie !

Début février, le soleil est situé à midi (midi solaire) à environ 25° au dessus de l’horizon.  Pour recueillir un maximum d’énergie solaire, l’inclinaison de la paroi sud doit être d’environ 60 à 70° par rapport à l'horizontale. Dans cette position, elle est quasiment perpendiculaire aux rayons du soleil. Si on s’éloigne de cette position, les rayons seront en partis réfléchis par la paroi et la serre sera moins chauffée.






Les autres parois

Les parois est et ouest ne reçoivent quasiment pas de soleil. Il est préférable qu'elles soient opaques, afin d'être mieux isolées du froid.

La paroi nord ne voit jamais le soleil. Elle doit être isolée ou semi-enterrée.

La toiture reçoit assez peu d’énergie en journée, mais par sa grande taille, elle pourrait laisser s’échapper beaucoup de calories la nuit. Elle doit elle aussi être isolée. Suivant la configuration de la serre, elle pourra être en partie transparente pour pouvoir travailler avec un meilleur éclairage.

Le stockage de l’énergie

Une partie de l’énergie solaire est diffusée dans la serre immédiatement, et contribue à augmenter la température intérieure.

Une partie est absorbée dans le sol et dans les murs périphériques (Nord, Est et Ouest), sans quoi il pourrait y avoir surchauffe.

La restitution de l’énergie

L'énergie stockée le jour est relâché pendant la nuit ou pendant les épisodes nuageux, ce qui permet à la serre d'être hors-gel. Plus la quantité et la masse des murs est importante, plus la température est stable dans la serre.

La bonne isolation des murs vers l'extérieur et de la présence d'une lame d'air dans les plaques de polycarbonate du toit, conserve cette chaleur dans la serre.

 

Comment ça fonctionne en été ?

Le principal risque en été est la surchauffe. Pour éviter la surchauffe, la serre doit :

-          Avoir des murs Ouest et Est le plus opaque possible (en été le soleil chauffe beaucoup ces parois).

-          Avoir une toiture opaque, isolée ou végétalisée, avec une plante grimpante à feuille caduque par exemple.


-         Et surtout être fortement ventilée, en particulier en partie haute.

Sur ce dernier point, il faut essayer que la surface des ouvertures représente au moins 20% de la surface vitrée. Avec une répartition de 1/3 de cette surface en partie basse et 2/3 en partie haute.

Il existe des compas d'ouverture de lucarne automatique, qui s'ouvrent et se ferment automatiquement dés qu'il fait trop chaud. Ils fonctionnent sans énergie, avec un gaz qui se comprime dans un piston (voir lien vers un catalogue d'accessoires à la fin de cette page).


Schéma de principe d’une serre semi-enterrée avec une face sud protégée par une pergola (chaleur d’été)

Une serre pour cultiver quoi ?

Maraîchage

Pour faire du maraîchage, on a besoin de surface au sol. Le stockage de chaleur pourra être réalisé sous la forme d’un mur lourd en fond de serre, côté nord.

Le rayonnement direct du soleil et la température de l’air ambiant chauffera le mur pendant la journée.

Le mur pourra être légèrement isolé par l’extérieur pour limiter la perte de chaleur pendant l’hiver.

Horticulture et production de plants

Pour l’horticulture et la production de plant, on pourra travailler sur table. Le stockage de chaleur devra être placé sous les tables.

Dans cette configuration, les rayons du soleil ne réchaufferont pas directement la masse du système de stockage. L’air devra pouvoir circuler au sein du système de stockage pour qu’ils puissent réguler correctement le climat.

Quel matériau pour stocker la chaleur ?

            Le matériaux qui stocke la chaleur est souvent placée au Nord fond de la serre. Une fois chaud, le matériaux rayonnera vers l'intérieur de la serre. C'est pour cela qu'il est préférable de l'isoler sur la face nord.

        Ensuite, il faut savoir que passer 4 ou 5 m ce rayonnement n'a plus vraiment d'effet. Il est donc préférable de ne pas dépasser cette profondeur pour la serre.

L’eau

        Pour faire varier la température d’un kg de minéral (terre, sable) de 1°C, il faut lui apporter environ 1000 Joules.

        Pour faire varier la température d’un kg d’eau de 1°C, il faut lui apporter environ 4200 Joules.

L’eau est le matériau qui possède la plus forte capacité thermique et c’est celui qui coûte le moins cher. C’est donc l’eau qui amortira le mieux les variations de température dans votre serre.

Des bouteilles, bidons ou futs (noir si possible) pourront être utilisés pour stocker l’eau. Le noir absorbe mieux la chaleur que les autres couleurs. Ils pourront être empilés pour former un mur (nord) ou disposés sous les tables de travail. Les déchetteries regorgent de bidons d’éthanol vides.

Réaliser un mur d’eau permettra de capter directement les rayons du soleil hivernaux et offrira une grande surface de captation.

Un stockage d’eau à plat est moins efficace. Seule la température de l’air ambiant pourra réchauffer l’eau.

La terre crue, les briques, …

Si vous n’optez pas pour l’eau, vous pouvez construire un mur lourd (briques pleines, …) et le peindre en noir pour qu’il capte mieux le rayonnement solaire.

Pour stocker la même quantité de chaleur, il faudra 4 fois plus de matériau (en masse).

Mais la terre crue à la capacité de stocker beaucoup d'humidité, ce qui améliore notoirement ses performances par rapport à un autre matériaux inerte que le béton de ciment par exemple. A ce sujet, voyez notre page sur l’étanchéité à l'air qui explique ce phénoméne.

Toutes les techniques suivantes à base de terre peuvent être intéressantes pour cet usage: BTC, Pisé, Adobe, Terre-paille, chocopops, enduit terre...


Quelle matériaux pour les parties transparentes?

En hiver, la serre doit laisser passer le rayonnement solaire le jour et doit limiter la déperdition de chaleur la nuit. Elle doit aussi vous permettre de travailler debout, de circuler, de pouvoir être ouverte l’été pour évacuer la chaleur, de résister au vent, …

Le compromis entre la transparence et l’isolation est souvent trouvé par l’intermédiaire de plaques rigides en polycarbonate alvéolaire.  

Les bâches plastiques transparentes pour serre (200 microns) peuvent poser des difficultés en zone ventées et n’isolent ni du chaud ni du froid. De la condensation peut se former sous la bâche. Par contre, elles s’adaptent facilement aux ossatures en arc de cercle. On voit souvent une combinaison des deux.

Le verre peut être utilisé, notamment à partir de vitrage de récupération. Un simple vitrage est préférable pour la façade sud, un double vitrage apportera moins de chaleur en journée. Attention au verre pour le toit, il doit être incliné à 45° pour résister à la grelle.

Les serres « hautes performances » incluent des rideaux occultant intérieurs déployés en hiver pour limiter les déperditions la nuit et en été pour limiter les apports solaires par la toiture. Attention néanmoins à ne pas faire la grasse matinée si le système n’est pas automatisé, le soleil n’attend pas !


Quelle structure utilisée?

        Le métal ou le bois peuvent être utilisé. Le bois est plus facile à travaillé.

        Attention a correctement dimensionner la structure, l'erreur serait de la sous-dimensionner au prétexte qu'elle supporte des matériaux léger (plastique, polycarbonate). Au contraire plus le toit est léger, plus il risque de s'arracher sous la force du vent. De même, il faut s'assurer d'un ancrage correctement dimensionné du bâtiment dans le sol.

        Voyez notre page sur l'ossature bois.


Et pour l'habitation?

        Ce type de serre peut être utilisé pour chauffer un bâtiment. Il suffit de l'accoler à la partie sud du bâtiment et de respecter les même principes.

        On se servira du mur intermédiaire pour stocker la chaleur, et la renvoyer vers le bâtiment.

        Attention pour la partie sud de la France, ce type de serre peut provoquer des surchauffes importantes en été. Il faut qu'elle puisse être fortement ventilées, et préféré une toiture opaque ou végétalisée


Deux exemples de serre bioclimatique

Une serre semi enterrée dans les Hautes Alpes (isolation toiture en balle de riz)


Pour aller plus loin:

Les plans de la serre de Croqu'jardin à la Roque d'Antheron (13).
Réalisé par le pôle Eco Design

Un catalogues d’accessoires pour serre (  compas d'ouverture automatiques, joins, piquets d'ancrage, verre feuilleté etc...)


Réalisation: Pierre DELOT / Sébastien DUTHERAGE

 

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