Brevet FR2271763A1 — publié le 19751219

La présente invention, due aux travaux de Messieurs Jean-Pierre CHIAPALE et Jacques DAMAGNEZ de 1'INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE A6RSNOMIQUE, Pierre DENIS et Paul-JflURDAN du COMMISSARIAT A L'ENERGTE ATOMIQUE, -se rapporte a un système d'accumulation de calories par circulation de fluide et de filtres optiques qui permet la climatisation des serres et abris pour la culture. Dans les régions septentrionales, l'intensité lumineuse de l'atmosphère est souvent un facteur qui limite la production agricole ou horticole en serres et sous-abris malgré la présence d'installation de chauffage. En revanche, dans les régions plus favorisées par l'ensoleillement hivernal, notamment les pays de la ceinture méditerranéenne et les zones arides environnantes, on assiste à un développement remarquable de ces moyens de culture. Dans les ragions favorisées, I'intensité du rayonnement solaire croît de façon telle qu'il est nécessaire de limiter la montée en température à l'intérieur des serres et abris, aux heures les plus chaudes de la journée, et à cette fin d'utiliser des systèmes de ventilation importants et efficaces. Parmi ces derniers, on connaît les touts ouvrais en faîtière pour les serres à tot de verre, et les dispositifs de refroidissement par échangeur à parois humides pour les abris.Pratiquement et malgré l'amélioration apportée par l'utilisation des systèmes de ventilation et de refroidissement, les températures atteintes par l'apport énergétique solaire deviennent critiques pour de nombreuses espèces cultivées, et nuisibles pour la croissance et le développement des plantes. D'autre part, on sait que pour assurer leur production, les plantes n'utilisent que des bandes de longueurs d'ondes speci fiques situées dans le domaine proche de l'ultraviolet et du visible. L'apport énergétique proche de l'infrarouge, notamment, ne fait que contribuer à accroître la température du couvert végétal dans les serres et abris, mais aussi à augmenter la consommation d'eau des cultures, alors même que cette ressource naturelle est rare dans les zones arides. En revanche, les conditions climatiques de ces régions, (climats continentaux à forte amplitude de variations de températures àt à vent violent) impliquent des exigences de chauffage nocturne qui restent relativement importantes. Pour les serres et abris à production intensive, les installations de climatisation ont souvent des puissances comparables à celles rencontrées dans des régions plus septentrionales, mais à climat océanique tempéré. Un but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et'd'exploiter l'apport énergétique du soleil, en limitant sélectivement, de jour, la pénétration de l'énergie solaire par absarption et en restituant éventuellement durant la nuit,aux fins de chauffage, le solde de l'énergie ainsi accumulée. Si la température des parois peut être maintenue à une valeur inférieure à celle du couvert végétal et à celle de la température intérieure ambiante, il peut s'établir un régime de transfert de chaleur latente entre ces parois et le couvert végétal, il envient alors possible de récupérer cette énergie dans les parois. D'autre part, l'évaporation et la transpiration du couvert végétal qui sont, en première approximation, proportionnelles à 11 énergie solaire reçue et qui correspondent à une consommation d'eau apportée sous forme dtirrigation, peuvent être récupérées par l'eau de ruissellement sur les parois à condition que leurs surfaces soient adaptées à cet effet. Dans ce but, l'invention propose un procédé de climatisation pour les serres et abris destinés à la culture agricole ou horticole au moyen des parois de ltenceinte, remarquable en ce que - on limite, sélectivement,de jour, la pénétration de l'énergie solaire dans lesdites enceintes aux longueurs d'ondes nécessaires à la croissance des plantes, au moyen d'un filtre optique comprenant un fluide caloporteur - on fixe, la nuit, une température des parois de l'en- ceinte au moyen du fluide caloporteur. Les calories emmagasinées pendant le jour par le fluide caloporteur peuvent être restituées la nuit. Au cas où les réserves de calories seraient insuffisantes, un chauffage d'appoint, du fluide caloporteur, peut être prévu. Grâce à ce procédé, il est possible de s'adapter aux conditions naturelles de l'apport énergétique du rayonnement solaire qui est discontinu. A cette fin, l'invention s'étend également à une installation qui met en oe-uvre le procédé mentionné plus haut et qui comporte - une enceinte à paroi double dont l'espace intersti iel est rempli, en totalité, d'un fluide caloporteur en circulation, l'ensemble double paroi - fluide caloporteur constituant un filtre éliminant le rayonnement infrarouge; - des moyens de circulation et d'emmagasinage dudit fluide. Les longueurs d'ondes utiles pour la photosynthèse, la croissance et le développement des cultures étant toutes situées dans le domaine visible du spectre, l'invention présente une caractéristique intéressante suivant laquelle ladite paroi double comporte au moins une paroi qui est un filtre optique. D'après cette caractéristique et sachant que les Oexi- gences quantitatives des cultures dans la région 6000 - 7500 A sont relativement faibles, on peut donc envisager l'utilisation de filtres absorbant progressivement énergie solaire incidente o entre 6000 et 7500 A et avoir des filt-res opaques au-delà de ces valeurs. Le filtre absorbant s'échauffe et les calories sont évacuées par le fluide caloporteur. Suivant une autre caractéristique, ladite enceinte comporte une paroi double transparente et un fluide caloporteur ayant les propriétés d'un filtre optique. Le fluide caloporteur est un liquide. A l'état liquide, une solution de chlorure cuivrique dans l'eau, dans la proportion de 25 g/litre, donne d'excellents résultats. Une addition de substancé absorbante permet de donner au fluide caloporteur les propriétés d'un filtre optique. Les moyens de circulation du fluide caloporteur sont reliés aux moyens d'emmagasinage parue pompe à pilotage, programmable. De jour, la pompe prélève le fluide caloporteur ayant absorbé les calories prélevées dans la paroi double et l'introduit dans un réservoir à isolation thermique. De nuit, la pompe prélève le fluide caloporteur à température. relativement élevée et l'introduit dans la paroi double pour chauffer ltenceinte. Le pilotage s'effectue en fonction des conditions optimales requises pour une bonne croissance des cultures et d'une utilisation rationnelle de l'énergie solaire disponible. De nuit, l'installation peut être protégée des déperditions excessives par les échanges au contact de l'atmosphère en utilisant des surfaces isolantes réfléchissantes et correspondant aux longueurs d'ond-es thermiques. La description se rapporte à des exemples de réalisation non limitatifs décrits avec références aux dessins dans lesquels - la figure 1 illustre un schéma servant à expliciter le procédé de l'invention - la figure 2 est un diagramme du spectre d'absorption d'un filtre commercialisé adapté à l'invention - la figure 3 est un mode de réalisation d'un abri suivant l'invention - la figure 4 est un autre mode de réalisation appliqué à une serre. Sur la figure 1, I représente schématiquement l'enceinte d'une serre ou d'un abri qui comprend une paroi double 2 dont l'espace réservé ou interstitiel 3, entre les parois simples 2a, 2b comporte une circulation de fluide caloporteur 4. Ce dernier circule en circuit fermé entre l'enceinte 1 et un réservoir 5, par l'intermédiaire de canalisations 6a, 6b et d'une pompe 7. Comme il a été exposé plus haut, on sait qu'en raison des conditions climatiques de certaines régions, notamment les climats continentaux à forte amplitude de variations en températures et à vent violent, l'intensité du rayonnement solaire oblige à limiter la montée en température à l'intérieur des enceintes servant aux cultures, et que la nuit la chute de température impose un chauffage nocturne relativement important. Afin d'exploiter l'apport énergétique du soleil et de récupérer cette énergie aux fins de refroidissement ou de chauffage des serres et abris, le procédé suivant l'invention prdv-oit que, durant le jour, on maintient la température des parois 2a, 2b de l'enceinte 1 à une valeur correspondant aux exigences quantitatives des plantes en faisant absorber les calories par un fluide caloporteur 4, de façon que la température atteinte à l'intérieur de l'enceinte 1 ne soit pas critique pour les cultures. Pendant la nuit, on fixe la température des parois 2a, 2b qui rayonnent sur les plantes en récupoérant les calories- emmegasinées de jour par le fluide caloporteur 4. L'inventIon s'applique également à une installation qui met en oeuvre le procédé de l'invention et dont une illustration est donnée par la figure 3 qui représente schéwatiquement la coupe transversale d'un abri 1 La paroi double 2 est formée par les deux parois simples 2a, b, séparés par un espace vide ou interstitiel 3 et dont les bords aa, Eb sont rendus étanches par des dispositifs qui ne font pas partie de l'invention.Des adductions 10 et 12 permettent l'introduction et l'évacuation du fluide caloporteur 4 qui circule dans ltespace 3, comme dans le schéma de la figure Suivant une caractéristique intéressante de l'invention, les deux parois 2a, 2b ou seulement l'une d'elles, par exem- ple 2a, peuvent être réalisées dans un matériau ayant les propriétés d'un filtre optique, afin d'éliminer l'apport énergétique proche de l'infrarouge qui contribue à accroître la température du couvert végétal à l'intérieur de l'enceinte. Or, on sait que pour favoriser leur évolution, les plantes n'utilisent que des bandes de longueurs d'ondes spécifique-s situées dans le domaine du proche ultraviolet et du visible. Les parois 2a, 2b de la double paroi 2 peuvent être réalisées avec des verres spéciaux du commerce dont un type, fabriqué par la Firme allemande SCHOTT, a des propriétés optiques qui permettent d'absorbeur le rayonnement infrarouge entre 6000 et 7500 Angström et au-delà. La figure 2 représente un dia- gramme du spectre de transmission pour ce type de verre filtrant, avec en abscisses la longueur d'onde du rayonnement en Angstrom, et en ordonnées l'absorption à travers le filtre. On pourrait également utiliser des matières plastiques transparentes ou ayant les memes propriétés optiques que les verres filtrants. Suivant une autre caractéristique intéressante de l'invention, on peut avantageusement utiliser une enceinte à pa- roi double transparente et un fluide caloporteur ayant les propriétés d'un filtre* Le fluide caloporteur est alors un filtre liquide ; de très bons résultats ont été obtenus à partir d'une solution de chlorure cuivrique dans l'eau avec une proportion de 25 g/litre. L'addition de substances absorbantes permet au fluide caloporteur d'avoir les propriétés d'un filtre optique. La circulation du fluide est entretenue par une pompe, telle que 7 (figure 4 ) à pilotage programmable qui tient compte des conditions optimales requises pour une bonne croissance des cultures et uns utilisation rationnelle de énergie solaire dis ponible. A titre d'exemple, durant le jour, la pompe 7 fait circuler le fluide caloporteur 4 ayant absorbé les calories dans l'espace réservé 3 de la paroi double 2 et l'emmagasine dans un réservoir 5 à isolation thermique (figure 1). Pendant la nuit, la pompe 7 prélève le fluide caloporteur 4 à température relativement élevée dans le réservoir 5 et l'introduit dans ltespace 3 afin de chauffer' l'enceinte 1. I1 est bien entendu que la récupération des calories par le fluide caloporteur 4 pourrait être utilisée au moins partiellement à d'autres fins, sans modifier la portée de la présente invention. La figure 4 illustre un autre exemple d'enceinte 1 applicable à une serre. Dans cet exemple, la double paroi 2 est courbée de façon à former un faitage 2c ; l'alimentation- et l'éva- cuation du fluide caloporteur 4 s'effectuent dans l'espace réservé 3 par des adductions respectivement 10 et 12. Des moyens de construction et d'étanchéité qui ne font pas partie de la présente invention sont prévus pour assembler la paroi double 2 de la figure 4, Afin de pallier les déperditions excessives dues aux échanges radiants et de convection avec l'atmosphère, 11enceinte 1 peut être protégée en utilisant des surfaces isolantes et réfléchissantes appliquées sur la paroi double (non figure) qui correspondent aux longueurs d'ondes thermiques. L'invention présente entre autres avantages ceux d'éliminer par filtrage optique au niveau de l'enceinte des longueurs d'ondes du spectre solaire qui ne sont pas nécessaires aux réactions photo-chimiques des plantes, et de limiter l'échauffement de l'enceinte, ce qui permet dans la plupart des cas d'éliminer les systèmes de ventilation mécanique ou naturelle généralement utilisés dans les serres, abris, etc... Un avantage non moins important réside dans l'économie des moyens de chauffage par suite de la récupération des calories au moyen d'une circulation de fluide caloporteur et de la restitution de celles-ci par la même installation aux heures les plus froides. I1 en résulte une économie très appreciable sur l'ensemble des frais d'exploitation des cultures de Serres. REVENDICATIONS 1. Procédé de climatisation des enceintes de serres et abris pour la culture agricole ou horticole au moyen des parois de enceinte, caractérisé en ce que - on limite, sélectivement, de jour, la pénétration de l'énergie solaire dans lesdites enceintes aux longueurs d'ondes nécessaires à la croissance des plantes au moyen d'un filtre optique comprenant un fluide caloporteur - on fixe, de nuit, une température des parois de l'enceinte au moyen du fluide caloporteur. 2. Installation pour serres et abris mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte - une enceinte à paroi double dont leespace intersticiel est rempli, en totalité, d'un fluide caloporteur en circulation, l'ensemble double paroi - fluide caloporteur constituant un filtre éliminant le rayonnement infrarouge - des moyens de circulation et d'emmagasinage dudit fluide. 3. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ladite paroi double comporte au moins une paroi qui est un filtre optique. 4. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ladite enceinte comporte une paroi double transparente et un fluide caloporteur ayant les propriétés d'un filtre optique. 5. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de circulation du fluide caloporteur sont reliés aux moyens d'emmagasinage par une pompe à pilotage programmable. 6. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'emmagasinage du fluide caloporteur comportent un réservoir à isolation thermique. 7. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de chauffage d'appoint, de fluide caloporteur. 8. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ladite enceinte comporte des parois à surfaces réfléchissantes et isolantes qui correspondent aux longueurs d'ondes thermiques.