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Activité C.7

Faisabilité de l’utilisation de la géothermie comme source de chauffage et de contrôle de l’humidité pour une production biologique de tomates en serre

Objectifs

L’objectif général de la présente activité de recherche est d’évaluer la faisabilité économique et la performance d’une serre semi-fermée sous les conditions nordiques de l’est du Canada par l’utilisation de la géothermie et d’échangeurs de chaleur. Ce concept innovateur permettrait de:

  • Obtenir un contrĂ´le optimal de la tempĂ©rature et de l’humiditĂ© dans la serre tout au long de la saison de production;
  • AccroĂ®tre la concentration en CO2 dans la serre durant la pĂ©riode de forte radiation solaire et par consĂ©quent les rendements en fruits;
  • RĂ©duire l’utilisation d’énergie fossile et accroĂ®tre l’efficacitĂ© d’utilisation de l’énergie (EUE) de la culture;
  • RĂ©duire l’empreinte environnementale reliĂ©e Ă  la production en serre.

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La production de culture en serre est un secteur important de l’industrie agricole canadienne atteignant une valeur Ă  la ferme de 2,3 milliards de dollars pour une surface en serre totale d’environ 2000 hectares.  Cependant, cette industrie hautement intense en consommation d’énergie a consommĂ© plus de 40 PJ d’énergie fossile (260 milliards, 12% de l’énergie totale utilisĂ©e par l’industrie agricole, Statistique Canada 2005) et relâchĂ© environ 2 millions de tonnes de CO2 et d’autres polluants de l’air dans l’atmosphère. L’énergie est principalement utilisĂ©e pour contrĂ´ler la tempĂ©rature, rĂ©duire l’humiditĂ© de l’air, augmenter l’intensitĂ© lumineuse et l’apport en CO2. Depuis la hausse importante des coĂ»ts de l’énergie au cours des dernières annĂ©es, les dĂ©penses en Ă©nergie sont devenues la composante majeure du coĂ»t de production en serre (20%-40%), rĂ©duisant la profitabilitĂ© et menaçant sĂ©rieusement la viabilitĂ© de la serriculture.

Au cours des dix dernières annĂ©es, diverses stratĂ©gies ont Ă©tĂ© Ă©laborĂ©es pour rĂ©duire l’utilisation d’énergie fossile et amĂ©liorer l’efficacitĂ© d’utilisation de l’énergie (EUE) des cultures en serre : nouveaux matĂ©riaux de recouvrement et nouvelles structures de serre; meilleure isolation de la serre;  Ă©cran thermique; meilleur positionnement des rĂ©seaux de distribution de chaleur; contrĂ´le informatisĂ© de la tempĂ©rature basĂ© sur des mesures plus prĂ©cises du microclimat de la culture; intĂ©gration de la tempĂ©rature sur plusieurs jours; recours Ă  des sources d’énergie alternatives telles que le solaire, la biomasse, les biogaz et l’énergie Ă©olienne. La revue de la littĂ©rature a clairement dĂ©montrĂ© que l’utilisation de l’énergie gĂ©othermique pour la production en serre, tout comme les dĂ©veloppements rĂ©cents sur les serres fermĂ©es ou semi-fermĂ©es, peuvent contribuer Ă  rĂ©duire substantiellement l’empreinte environnementale liĂ©e Ă  cette industrie, et augmenter la compĂ©titivitĂ© canadienne par la rĂ©duction de la consommation Ă©nergĂ©tique. Au Canada, la production en serre de lĂ©gumes biologiques cultivĂ©s en sol gĂ©nère de hauts niveaux d’humiditĂ© au cours de la saison froide Ă  cause de l’importante Ă©vaporation d’eau depuis le sol.  Par consĂ©quent, les coĂ»ts Ă©nergĂ©tiques liĂ©s au contrĂ´le de l’humiditĂ© de l’air sont plus Ă©levĂ©s pour les producteurs biologiques que pour les producteurs conventionnels cultivant hors sol.

MĂŞme si quelques systèmes gĂ©othermiques ont Ă©tĂ© rĂ©cemment installĂ©s dans des serres, il y a peu de connaissances sur la performance rĂ©elle de ces systèmes sur une base annuelle.  Étant donnĂ© le manque d’expertise spĂ©cifique au secteur serricole, la plupart des systèmes gĂ©othermiques ne sont pas optimaux en termes de design, de surface d’échange, de circulation et de tempĂ©rature de l’air. La distribution de chaleur et le contrĂ´le de l’humiditĂ© dans une serre en culture biologique sont aussi des paramètres Ă  optimiser. Le principal objectif de cette activitĂ© est d’étudier l’efficacitĂ© de l’utilisation d’un Ă©changeur de chaleur ouvert eau/air (rideau de gouttelettes d’eau) et d’un système gĂ©othermique pour contrĂ´ler l’humiditĂ© et la tempĂ©rature de l’air. Ce système permettra alors la fermeture ou la semi-fermeture de la serre pour augmenter l’EUE par le biais d’une teneur plus Ă©levĂ©e en CO2 pendant les pĂ©riodes de pointe en ensoleillement (un meilleur rendement), de prĂ©venir les pertes de chaleur qui surviennent lors de l’aĂ©ration pour dĂ©shumidifier la serre (Ă©conomie d’énergie), de protĂ©ger les plants contre les maladies et les insectes nuisibles provenant de l’extĂ©rieur (meilleur rendement), et de chauffer et refroidir les cultures avec des Ă©changeurs de chaleur (Ă©conomie d’énergie).  

Plus spécifiquement, les objectifs de ce projet sont de

  1. Réduire par l’utilisation de l’énergie géothermique l’empreinte environnementale liée à la production biologique en serre
  2. Évaluer l’impact des serres semi-fermées sur le niveau de CO2, le déficit de pression de vapeur (DPV) et la performance des plants (croissance et rendement)
  3. Étudier l’effet de l’utilisation d’un échangeur de chaleur ouvert eau/air (rideau de gouttelettes d’eau) pour contrôler la température et l’humidité
  4. Évaluer les aspects économiques liés aux deux technologies pour une serre fermée ou semi-fermée de production biologique en sol.

Les expériences seront menées dans deux serres pilotes commerciales pour assurer un transfert technologique immédiat et adapter ce système durable de production biologique au contexte commercial de production.

Sur le premier emplacement commercial, l’Abri vĂ©gĂ©tal (2000 m2), un système gĂ©othermique a Ă©tĂ© installĂ© rĂ©cemment, fournissant 220kWh et un coefficient de performance thĂ©orique de 4.0. L’établissement de l’efficacitĂ© rĂ©elle du système sera abordĂ© au cours de la première annĂ©e dans le but d’amĂ©liorer la performance au cours des annĂ©es qui suivront. Aux Serres Jardin-nature, l’un des leaders en production en sol de tomates biologiques en AmĂ©rique du Nord ayant aussi Ă©tabli sa propre division de recherche et dĂ©veloppement,  un système novateur utilisant la chaleur d’une nappe d’eau voisine (2 m de profondeur) combinĂ©e Ă  un rideau de gouttelettes d’eau sera dĂ©veloppĂ© et validĂ© pendant trois saisons de production. Cette entreprise a recherchĂ©, depuis son dĂ©marrage, des moyens de rĂ©duire son impact sur l’environnement par le choix des systèmes de chauffage qu’elle utilise ou par la gestion de la fertilisation et de l’irrigation. Étant de nature proactive, elle a d’abord utilisĂ© l’énergie rĂ©siduelle provenant d’une usine voisine de pâtes et papier, et depuis 2005, elle comble ses besoins en chauffage par la combustion de biomasse. Fidèle Ă  sa vision, elle explore aujourd’hui d’autres moyens de rĂ©duire son impact environnemental.  Ă€ ces technologies sont liĂ©s des avantages Ă©conomiques comme une baisse du coĂ»t d’opĂ©ration, la pĂ©rennitĂ©, et la flexibilitĂ© tout autant que la durabilitĂ©. Les rĂ©sultats de cette activitĂ© dĂ©termineront si la production en serres fermĂ©es ou semi-fermĂ©es sous des conditions de production canadiennes peut permettre d’économiser l’énergie, rĂ©duire les gaz Ă  effet de serre et augmenter la productivitĂ© des cultures biologiques en serre.

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