L’incidence des rideaux occultants

Aperçu

Les producteurs serricoles en Ontario utilisent un éclairage supplémentaire pour :

• cultiver des fruits et des légumes en hiver
• accroître la production en été
• contrôler la floraison des plantes ornementales et médicinales

Ils utilisent également des rideaux occultants et coupe-lumière pour réduire les émissions de lumière la nuit, en raison de l’éclairage supplémentaire. Cette mesure est en partie en réponse aux règlements adoptés par plusieurs municipalités de la province pour réglementer les émissions de lumière par les serres.

L’article rédigé par le ministère de l’agriculture, de l’alimentation et des affaires rurales, intitulé « Managing nighttime greenhouse light emissions », résume certaines des études menées par des établissements de recherche de la province qui étudient la quantité de lumière émise par les serres qui utilisent une source d’éclairage supplémentaire, en Ontario.

Il a conclu que les émissions de lumière par les serres étaient associées à :

• l’intensité de la lumière
• l’espacement entre les rideaux occultants
• la quantité de végétation dans la zone cultivée

Elles ont également constaté que l’utilisation de rideaux qui permet de contrôler la diffusion de la lumière peut avoir une incidence sur le climat à l’intérieur des serres, ce qui peut à son tour, avoir une incidence négative sur la croissance des plantes et le rendement. Par conséquent, il a été jugé comme important d’explorer des méthodes de production et des technologies capables de résoudre les éventuels problèmes liés à l’humidité et à la température.

Les renseignements contenus sur cette page précisent les résultats de la récente recherche qui avait comme objectif d’étudier l’effet des rideaux occultants sur l’environnement des serres.

Résumé de la recherche

• Lorsque les rideaux occultants étaient déployés, une stratification des couches d’air se produisait entre l’air plus froid provenant du grenier, au-dessus des rideaux et l’air plus chaud, près des plantes cultivées sous les rideaux.
• L’utilisation d’une stratégie d’éclairage prolongée (24 heures) à faible intensité lumineuse a parfois entraîné des fluctuations de température moins marquées sous les rideaux occultants, en comparaison avec une stratégie d’éclairage standard de 16 heures.
• Les rideaux occultants ont entraîné une augmentation de la température de l’air à l’intérieur de la serre et celle des plantes lorsque les lumières supplémentaires étaient allumées par intermittence.
• En utilisant un éclairage supplémentaire selon une stratégie d’éclairage normale de 16 heures avant le lever du soleil plutôt qu’après le coucher du soleil, réduit la période pendant laquelle les rideaux occultants sont nécessaires.
• L’augmentation de la température et de l’humidité causée par la culture sous les rideaux occultants peut être contrôlée et il est possible de minimiser son incidence sur la production, en :
  • espaçant les rideaux occultants horizontaux afin de ventiler la serre
  • utilisant des ventilateurs fixés au plafond qui traversent les rideaux, comme illustrés dans l’article « Managing nighttime greenhouse light emissions »
  • employant une stratégie d’éclairage de 24 heures à faible intensité
  • réduisant la durée pendant laquelle les rideaux occultants doivent être déployés en favorisant l’éclairage supplémentaire avant le lever du soleil, plutôt qu’après le coucher du soleil

La recherche se poursuit pour déterminer l’incidence des différents ventilateurs de serre sur la circulation de l’air sous les rideaux occultants, de l’espacement entre les rideaux occultants sur l’environnement de la serre et sur la physiologie des plantes cultivées sous les rideaux occultants.

Les rideaux utilisés dans les serres et leur fonctionnement

Les rideaux horizontaux sont couramment utilisés dans les serres pour :

• diffuser et disperser la lumière du soleil de manière plus uniforme
• réduire l’intensité de la lumière du soleil
• contrôler la température à l’intérieur de la serre

Les rideaux permettent principalement de diffuser la lumière, conserver l’énergie et à faire de l’ombrage.

Par ailleurs, plusieurs d’entre eux ont des fonctions multiples, par exemple, certains rideaux retiennent l’énergie thermique la nuit et procurent un ombrage rafraîchissant à la culture le jour.

Les rideaux assombrissants sont principalement conçus pour permettre le passage d’une certaine quantité de lumière à l’intérieur de la serre. Les rideaux occultants sont conçus pour empêcher la lumière de traverser. Ils empêchent la lumière produite par les dispositifs d’éclairage supplémentaire de s’échapper de la serre. Les rideaux occultants sont principalement utilisés pour réduire la pollution lumineuse produite par les sources de lumière supplémentaires la nuit.

Les rideaux occultants horizontaux couvrent l’espace entre les murs au-dessus de la zone cultivée. Ils agissent comme une barrière semi-perméable entre la partie inférieure de la serre et le grenier. Certains rideaux occultants sont spécialement conçus pour les murs et les extrémités des serres. Ces rideaux occultants muraux sont placés à la verticale afin de réduire les émissions de lumière par les côtés des serres (Figure 1 et 2). Cette sorte de rideaux est généralement plus lourde que ceux horizontaux, mais leurs propriétés de transmission de la lumière et d’économie d’énergie sont similaires, selon le modèle.

Les rideaux occultants sont fabriqués à partir d’un matériau opaque aux propriétés réfléchissantes. Ils sont composés de polyester, de polyoléfine ou d’un mélange des deux.

Ces matériaux sont résistants contre :

• l’eau
• le vent
• la lumière
• la chaleur

Ils se combinent bien avec d’autres fibres, ce qui permet de les modifier facilement pour répondre aux besoins particuliers. Les producteurs doivent s’assurer que tous leurs rideaux sont ignifuges et qu’ils sont installés et utilisés conformément aux directives du fabricant.

Lorsqu’ils sont conçus pour être utilisés dans une serre, les rideaux occultants peuvent être munis de caractéristiques supplémentaires comme des bandes de fixation, des fermetures à glissière ou des fermetures magnétiques pour permettre une meilleure étanchéité entre les ouvertures. Les rideaux peuvent également être superposés et ainsi offrir une plus grande polyvalence, selon les besoins du producteur. Leur système de déploiement automatisé est généralement contrôlé par un système informatique de gestion de l’environnement de la serre.

Lorsqu’ils sont entièrement déployés (fermés à 100 %), les rideaux occultants peuvent réduire les émissions de lumière à plus de 99 %. Ils fonctionnent également comme un rideau énergétique ou thermique en réduisant les pertes de chaleur de la serre d’environ 50 % vers l’environnement extérieur. De plus, la surface du rideau à l’intérieur de la serre réfléchit la lumière provenant de l’éclairage supplémentaire vers la culture, ce qui favorise l’utilisation de la lumière émise et par conséquent, permet de réaliser une économie d’énergie. Les propriétés de transmission de la lumière et d’économie d’énergie des rideaux horizontaux et muraux ne sont pas toutes les mêmes et varient en fonction du modèle.

L’incidence des rideaux occultants sur l’environnement des serres

Stratification des couches d’air

Des modélisations ont été réalisées par des chercheurs de l’Université de Guelph afin de comprendre l’incidence possible des rideaux occultants sur l’environnement des serres. Ils ont étudié les différences potentielles qui pourraient survenir entre les couches d’air au-dessus et en dessous des rideaux occultants lorsqu’ils sont entièrement déployés (fermés à 100 %). Le modèle a supposé un taux de renouvellement horaire de 1,0 et l’utilisation simultanée d’un rideau occultants et d’un rideau thermique.

Lorsque les rideaux sont entièrement déployés, ils créent une barrière entre la zone du grenier au-dessus des rideaux et la zone de culture en dessous des rideaux, ce qui entraîne des différences de température et d’humidité dans l’air. Cette hétérogénéité climatique à l’intérieur de la serre (les variations du climat entre les parties supérieure et inférieure de la serre) peut entraîner une croissance anormale ou inefficace des cultures. Lors des temps froids où les rideaux sont déployés, l’air du grenier peut devenir beaucoup plus frais pendant la nuit que l’air qui se trouve sous les rideaux, dans la zone de culture^{footnote 1[1]}. Dans cette situation, assurez-vous de faire preuve de prudence lors de l’ouverture des rideaux, afin que les plantes ne subissent pas de traumatisme par la masse d’air froid qui descend subitement du grenier.

L’emplacement des évents dans la serre et celui entre les rideaux auront un impact sur la nature et le degré de stratification des couches d’air. Lorsque les rideaux sont déployés, les évents situés au plafond juste au-dessus des rideaux (appareils couramment utilisés dans les serres modernes destinées aux cultures de vignes hautes), permettent à la couche d’air au-dessus des rideaux de se mélanger, mais pas à celle en dessous. Inversement, dans les serres équipées d’évents muraux situés sous les rideaux, l’ai qui se trouve dans la couche inférieure peut se mélanger, mais pas celle au-dessus des rideaux^{footnote 2[2]}. Cette expérience suggère qu’en ajustant à différents degrés l’espace entre les rideaux, cela permettrait une meilleure circulation de l’air entre le grenier et la zone de culture et réduirait la stratification de l’air.

Certains résultats issus de la modélisation ont été validés au moyen d’une étude de cas en utilisant des données de température de l’air provenant d’une serre légumière commerciale située dans le sud-ouest de l’Ontario. De manière similaire au modèle, cette serre avait également recours à un rideau thermique et à un rideau occultant. Comme prévu, une stratification des couches d’air s’est produite lorsque les rideaux étaient complètement déployés.

La nuit, de l’air plus chaud se trouvait dans l’environnement de culture sous les rideaux, tandis que de l’air plus frais se trouvait dans le grenier au-dessus des rideaux. La température de l’air dans le grenier et dans l’environnement de culture se rencontrait lorsque les rideaux étaient rétractés (Figure 3). Cette stratification des couches d’air était plus prononcée pendant les mois où les rideaux étaient davantage utilisés par rapport aux mois où ils étaient moins utilisés^{footnote 1[1]}.

Augmentation de la température de l’air et des plantes dans les serres

Pour étudier les effets des rideaux occultants sur la température des plantes et de l’air dans les serres, les chercheurs du Centre de recherche et de développement à Harrow de l’Agriculture et Agroalimentaire Canada ont utilisé quatre mini-serres (de 50 m² chacune) équipées de rideaux occultants pour cultiver des tomates pendant l’hiver 2021-2022 (de décembre 2021 à avril 2022) :

• 2 mini-serres étaient équipées de lampes à vapeur de sodium à haute pression
• 2 autres de lampes à diodes électroluminescentes (DEL)

Une des mini-serres équipée de lampes à vapeur de sodium à haute pression et une de lampes à DEL utilisait des rideaux occultants. Les 2 autres mini-serres n’en utilisaient pas. Les rideaux occultants étaient entièrement déployés lorsque les lampes étaient allumées, soit entre 2 h et 18 h.

On a observé une augmentation de la température de l’air sous les lampes à vapeur de sodium à haute pression et les lampes à DEL lorsque les rideaux occultants étaient déployés. Comme prévu, cette augmentation de la température de l’air était plus prononcée sous les lampes à vapeur de sodium à haute pression que sous celles à DEL. La température des plants de tomates était également plus élevée lorsqu’ils étaient cultivés sous des rideaux occultants par rapport à ceux qui ne l’étaient pas. L’augmentation de la température des plantes a été observée sous les lampes à vapeur de sodium à haute pression et à DEL. L’augmentation de la température de l’air et des plantes sous les lampes à DEL et les rideaux occultants s’accompagnait de niveaux d’humidité relative plus élevés, tandis que sous les lampes à vapeur de sodium à haute pression et les rideaux occultants, il y avait une baisse des niveaux d’humidité relative (Figures 4 and 5)^{footnote 3[3]}.

Entre décembre 2022 et mai 2023, une autre expérience a été menée à Harrow, où deux mini-serres équipées de lampes à DEL et des rideaux occultants ont utilisé différentes stratégies d’éclairage. Une mini-serre avait une stratégie d’éclairage typique de 16 heures (de 2 h à 18 h avec 250 µmol par m² par seconde) et l’autre avait une stratégie d’éclairage à faible intensité de longue durée (24 heures) (de 2 h à 18 h avec 200 µmol par m² par seconde et de 18 h à 2 h avec 100 µmol par m² par seconde). L’intégrale lumineuse quotidienne (ILQ) dans les 2 mini-serres était égale (14,4 mol par m² par jour), et les rideaux occultants étaient entièrement déployés entre le coucher et le lever du soleil pour les 2 traitements d’éclairage. Dans les 2 traitements, des fluctuations de la température de l’air ont été observées entre les températures diurnes plus chaudes et les températures nocturnes plus froides, mais pour certains jours, les fluctuations de température sous la stratégie d’éclairage à faible intensité de longue durée étaient moins prononcées (Figure 6). Le rendement des plants de tomates cultivés dans les 2 serres était similaire^{footnote 4[4]}.

L’éclairage avant le lever du soleil réduit l’utilisation des rideaux occultants

La plupart des serres légumières en Ontario utilisent un éclairage supplémentaire entre 2 h et 18 h en hiver, mais certains producteurs préfèrent prolonger la durée du jour après le coucher du soleil.

Les chercheurs à Harrow ont utilisé des données sur le lever et le coucher du soleil dans le sud-ouest de l’Ontario pour découvrir si le fait de prolonger la journée en éclairant la serre avant le lever du soleil ou après le coucher du soleil affecte la durée pendant laquelle les producteurs doivent :

• déployer leurs rideaux occultants
• gérer les changements dans l’environnement de la serre causés par les rideaux

Les chercheurs ont calculé combien de temps les rideaux occultants seraient déployés pour chacun des scénarios. Il était présumé que :

• les rideaux occultants seraient déployés seulement lorsque les lumières étaient allumées entre le coucher et le lever du soleil
• les lumières étaient allumées de 2 h à 18 h dans le scénario « avant le lever du soleil » et de 8 h à minuit dans celui « après le coucher du soleil », en utilisant une photopériode typique de 16 heures

La durée pendant laquelle les rideaux occultants seraient déployés a été calculée pour chaque mois entre octobre 2022 et mars 2023.

Ils ont constaté que l’utilisation d’un l’éclairage supplémentaire avant le lever du soleil réduisait la durée pendant laquelle les rideaux occultants doivent être déployés chaque mois.

La plus grande différence a été observée en décembre, lorsque l’utilisation de l’éclairage supplémentaire avant le lever du soleil a permis de réduire de 1 heure et 25 minutes la durée pendant laquelle les rideaux occultants devaient être déployés, contrairement au scénario où ils sont utilisés après le coucher du soleil.

Lorsque les chercheurs ont examiné la température extérieure pour la même période dans les deux scénarios d’éclairage, ils ont constaté qu’il y avait une plus grande différence de température entre l’environnement intérieur (supposé à 21 °C) et extérieur de la serre avant le lever du soleil par rapport à après le coucher du soleil.

Cet écart de température suggère que les producteurs auraient plus de faciliter à réduire l’accumulation de chaleur dans leurs serres sous les rideaux occultants s’ils utilisent une source d’éclairage supplémentaire avant le lever du soleil plutôt qu’après le coucher du soleil (Tableau 1)^{footnote 4[4]}.

Note : Ceci présume que les rideaux occultants n’étaient utilisés que lorsque les lumières étaient allumées entre le coucher et le lever du soleil.

Références

Advancing Cultivation Technology Summit. 2021. Greenhouse Light Abatement By-Laws: Now What? (enregistrement vidéo en anglais)

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Digweed Q. 2022. Lighting and Abatement. Présentation lors de la Canadian Greenhouse Conference de 2022.

Digweed Q and Sawan S. 2023. Impact of Phase Change Material on Greenhouse Energy Balance Under Light Abatement Curtains. Proceedings of 2023 Engineering to Adapt Symposium. Windsor, Ontario, Canada. Le 22 et 23 juin 2023.

Hohenstein J.A. 2021. Light Abatement Bylaws in Effect – Now What? Greenhouse Canada.

Jerszurki D. et al. 2021. Vertical Microclimate Heterogeneity and Dew Formation in Semi-Closed and Naturally Vented Tomato Greenhouses. Scientia Horticulturae. 288:110271.

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Ministère de l’agriculture, de l’alimentation et des affaires rurales de l’Ontario. 2022. Managing Nighttime Greenhouse Light Emissions.

Samaranayake P. et al. 2021. Energy Minimization in a Protected Cropping Facility Using Multi-Temperature Acquisition Points and Control of Ventilation Settings. Energies. 14:6014.

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