Systèmes alternatifs pour chauffer les serres pour faire pousser des légumes et des herbes fraîches en hiver.
En raison de l'augmentation des prix des combustibles fossiles et des restrictions sur les émissions de CO2 et d'autres polluants, il est nécessaire de trouver des systèmes alternatifs pour chauffer les serres pour la culture de légumes et d'herbes fraîches en hiver. Une alternative possible est l'utilisation de énergie solaire. Le chauffage des serres pendant la nuit à l'énergie solaire nécessite une combinaison de plusieurs composants basés sur les principes suivants: 1. absorption de l'énergie du soleil (pendant la journée), 2. stockage de l'énergie et éviter les pertes d'énergie vers l'environnement et 3 . utiliser l'énergie la nuit.
L'absorption de l'énergie solaire est augmentée en recouvrant le sol d'une feuille de plastique transparente. Le sol mouillé a la capacité de stocker une grande quantité d'énergie thermique. Une autre méthode d'absorption et de stockage de l'énergie solaire consiste à placer des tubes d'eau en PE (polyéthylène) transparents horizontaux et verticaux dans les tunnels à effet de serre (fig. 3 et 4). L'utilisation de PE noir pour construire les tubes à eau permet une plus grande absorption de chaleur que les tubes transparents couramment utilisés.
L'orientation de la serre peut également augmenter l'absorption de l'énergie solaire. Un tunnel de plain-pied orienté est-ouest absorbera beaucoup plus d'énergie qu'une structure similaire orientée nord-sud. Le placement des tubes d'eau verticaux autoportants du côté nord en tant que «mur d'eau» augmente l'absorption et le stockage d'énergie, augmentant ainsi les températures nocturnes des serres jusqu'à 16 C0 en Israël, en fonction du rayonnement local et des conditions climatiques.
Les pertes d'énergie à l'environnement sont réduites en recouvrant la serre d'une double couche de feuilles de plastique avec blocage IR, avec un espace d'air entre les feuilles ou par l'utilisation d'écrans thermiques ou de couvertures isolantes. Dès le coucher du soleil, quand il n'y a plus d'accumulation de chaleur, les tubes d'eau et le sol libèrent de l'énergie thermique dans le volume de la serre.
Des applications pratiques similaires de ces principes sont utilisées ailleurs dans le monde. Dans certaines parties de la Chine, l'énergie solaire est stockée dans un mur épais fait de briques de boue ou d'argile. En Israël, nous avons appliqué ces principes dans des tunnels sans rendez-vous pour la culture du basilic. La combinaison de ces composants nous a permis de cultiver du basilic (une culture d'été) en hiver, tout en augmentant la production, en prévenant les maladies des plantes et en améliorant la qualité tout en réduisant les coûts et les émissions de gaz à effet de serre.
L'utilisation de tubes d'eau horizontaux n'est pas une nouvelle méthode car elle a été essayée il y a des années. Même si les tubes horizontaux ont une certaine contribution au réchauffement de la serre, ils sont situés dans le pire endroit de la serre, l'endroit le plus froid et le plus ombragé, et ils sont exposés à des dommages mécaniques. Une solution unique consistant à disposer les tubes d'eau verticalement est une bonne solution efficace aux problèmes des tubes d'eau horizontaux. Ils se tiennent indépendamment, ils ne sont pas soutenus par la structure de la serre. Ils ont un cadre rigide constitué d'un manchon en tôle ou sont supportés à l'aide d'un manchon fait d'un treillis métallique.
Les tubes verticaux sont exposés au soleil et ne gênent pas les ouvriers de la serre. Il est possible de stocker un volume d'eau beaucoup plus important dans la serre pour permettre un plus grand stockage de l'énergie thermique. Le positionnement correct des tubes verticaux réduit les problèmes d'ombrage en hiver et convient aux serres à travées multiples et aux orientations nord-sud dans les tunnels de plain-pied.
L'orientation du tunnel de plain-pied a une influence majeure sur l'absorption de l'énergie solaire. L'orientation est-ouest permet à beaucoup plus de lumière solaire d'entrer dans la serre. En hiver, lorsque le soleil est bas, les rayons du soleil frappent le revêtement en plastique du tunnel de plain-pied orienté nord-sud dans un angle aigu. En conséquence, une partie du faisceau est réfléchie. Les rayons du soleil frappant l'orientation est-ouest sont presque à angle droit, ce qui se traduit par beaucoup plus de lumière entrant dans le tunnel, conduisant à des rendements plus élevés.
Ces connaissances ont cédé la place au développement et à la construction de la serre «Eden». La serre «Eden» est orientée est - ouest et les tubes verticaux sont situés du côté nord. Ils forment un «mur d'eau». Cet emplacement présente l'avantage qu'il n'y a pas d'ombrage sur la récolte et qu'il n'y a aucune perturbation physique pour les travailleurs. Une quantité d'eau relativement importante peut être conservée dans la promenade dans le tunnel (8 m3 d'eau dans un tunnel de 30 m de long). Le «mur d'eau» absorbe l'énergie solaire pendant les journées relativement chaudes et libère la chaleur pendant la nuit, créant des températures optimales pour la production agricole.
La raison de l'utilisation de l'eau dans les tubes est la chaleur spécifique élevée de l'eau par rapport à d'autres matériaux. L'eau est disponible et ne contamine pas le sol si les tubes sont endommagés. Une photo thermique prise la nuit montre la chaleur emmagasinée dans le mur d'eau et l'influence sur la température de la plante. Le rendement de la récolte de basilic était beaucoup plus élevé en hiver dans les tunnels de plain-pied équipés d'un mur d'eau.
En conclusion, nous avons développé un système simple, durable, non polluant et sans émissions pour faire pousser des cultures d'été en hiver en augmentant la température en utilisant uniquement l'énergie solaire. Il est possible de faire pousser des cultures de basilic en hiver en Israël en utilisant: un paillage PE, des tubes d'eau, des écrans thermiques et des doubles couches de matériau de revêtement PE. Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant une paroi de tubes d'eau en PE noir se tenant du côté nord du tunnel orienté est-ouest.
L'orientation du tunnel dans une direction est-ouest présente un avantage considérable par rapport aux tunnels orientés nord-sud. Cette méthode a permis de cultiver du basilic sans maladies hivernales sans avoir besoin de pulvérisation chimique de fongicides. En fonction des conditions climatiques, il est possible de n'utiliser que certaines des méthodes susmentionnées pour produire des rendements élevés d'excellente qualité.