L’aération est un processus qui permet un transfert d’énergie et de masse entre l’intérieur et l’extérieur de la serre, elle permet dans certains cas de diminuer la température et l’humidité et d’augmenter l’échange de CO2 (Bartzanas et al, 2002). L’aération affecte directement
l’hétérogénéité climatique qui règne à l’intérieure de la serre et par conséquent elle a un effet direct sur le développement de la plante en faisant varier la transpiration et la photosynthèse. Une étude détaillée de l’aération est utile car elle permet une bonne maitrise du climat interne sous serres ainsi que sa gestion.
Deux types de ventilations se présentent :
-Ventilation mécanique : Ce type requiert de placer des ventilateurs sur un côté et des ouvertures sur l’autre côté, parmi ses avantages, elle permet d’éviter la condensation sur le couvert végétal. Son inconvénient est que des quantités d’énergie importantes sont demandées pour assurer ce type de ventilation surtout en périodes estivales. Cette ventilation est pratiquée dans les régions ou la vitesse du vent est faible ou dans le cas où les serres sont à faible taux de ventilation.
-Ventilation naturelle : Ce type est réalisé par utilisation des ouvrants au toit ou aux parois latérales, elle dépend essentiellement des conditions climatiques extérieures et en particulier la vitesse et la direction du vent (Ould Khaoua, 2006).
Plusieurs travaux de recherche ont été menés afin de comprendre ce phénomène physique et les premiers travaux ont été réalisés en utilisant les gaz traceurs (Businger ,1963) et (Morris, 1964).
Okada et Takakura (1973) ont déterminé une loi qui permet de donner le taux de ventilation en fonction de la vitesse extérieure du vent et la différence de températures entre l’intérieur et l’extérieur de la serre. Pour cette loi, les différents coefficients de proportionnalité sont déterminés expérimentalement par mesure de la concentration des gaz traceurs dans une petite serre en fonction de la vitesse du vent et de la différence de températures entre l’intérieur et l’extérieur.
Kittas (1980) a fait appel à la technique des gaz traceurs pour mesurer le taux de fuite d’air d’une serre tunnel par la technique des gaz traceurs, il a remarqué que ce taux varie en relation linéaire avec la vitesse du vent.
Pour les serres plastiques utilisées dans la région méditerranéenne, Boulard et Draoui (1995) ont
étudié la ventilation naturelle d’une serre à deux chapelles à échelle réelle munie d’ouvrants continus sur le toit en utilisant la méthodes des gaz traceurs et celle du bilan de vapeur d’eau sous serre, ils ont constaté que le vent est le moteur de la ventilation naturelle et le taux de ventilation est en relation étroite avec la vitesse du vent et la surface des ouvrants.
Une étude plus détaillée de la convection naturelle a été réalisée par Haxaire (1999), il s’agit d’une étude tridimensionnelle d’écoulement d’air dans une serre en vraie grandeur ou l’écoulement à l’intérieur est turbulent. La turbulence a été modélisée en utilisant le modèle
k . Cette serre est cultivée avec des plants de la tomate qui sont intégrés dans le modèle
étudié en utilisant l’approche milieu poreux. Cette étude a été consacré à la serre en dimensions réelles avec son entourage. Les résultats obtenus ont été validés par des résultats expérimentaux.
Une autre étude bidimensionnelle de la ventilation d’une petite serre mono chapelle équipée par des filets anti insectes utilisés pour la lutte contre la mouche blanche, a été conduite par Bartzanas et al (2001). Ils ont constaté que la direction du vent a un effet important sur les paramètres climatiques sous serre.
12.1. Évaluation du taux de ventilation a) Calcul du taux de renouvellement d’air
Le taux de renouvellement d’air entre l’intérieur et l’extérieur de la serre est défini par (Boulard, 1996): serre la de volume temps de unité échangé air d volume N ' / (1.10)
Ce taux exprime les échanges d’air entre l’intérieur et l’extérieur.
N est exprimé en h-1, il donne le nombre de volumes d’air renouvelés par heure.
Cette grandeur peut être utilisée soit pour une serre fermée (taux de fuite) ou pour une serre ouverte (taux de ventilation). Le flux volumique d’air G est relié à N par (Boulard, 1996) :
3600
V N G
(1.11)
Où : V est le volume de la serre (m3).
Selon Businger (1963), N ou G dépendent de plusieurs facteurs (Boulard, 1996) : -Climatiques :
-Vitesse et direction du vent.
-Écart de température entre l’intérieur et l’extérieur de la serre. -Géométriques :
-Dimensions (hauteur notamment) de la serre. -Disposition et % d’ouverture des ouvrants.
Parmi les méthodes utilisées pour le calcul du renouvellement d’air, on trouve :
b) Méthode du bilan d’énergie
Le principe de cette méthode est d’écrire un bilan d’énergie de l’air sous serre et suppose que la serre est un volume limité recevant de l’énergie solaire et échangeant avec l’extérieur de la chaleur sensible et latente par aération (Boulard et Baille, 1993 ; Fatnassi, 2001). Le bilan d’énergie de l’air intérieur à la serre peut s’écrire :
0 T K e K T K Rge S L c sc (1.12)
Les termes de ce bilan sont définis par :
- sc est le coefficient de transmission de la couverture. -Le flux des échanges de chaleur sensible par aération. -Le flux des échanges de chaleur latente par aération.
-Le flux des échanges de chaleur à travers la couverture des parois.
Les coefficients d’échange de chaleur sensible KSet latente KLsont proportionnels au débit volumique de ventilation G. K est le coefficient d’échange a travers les la paroi de la serreC
et T (Ti-To) est la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur
g p S S G c K (1.13)
g v L S G L K (1.14)
Sg la surface au sol de la serre, cp la capacité thermique de l’air, Lv la chaleur latente de vaporisation et le facteur de conversion entre la teneur en eau de l’air et la pression de la vapeur d’eau: 6.25 10 6 (kgw/kga.Pa).
A partir des équations ci-dessous, on peut déterminer le flux du renouvellement d’air G, connaissant le rayonnement solaire extérieur, les températures et les tensions de vapeur d’eau de l’air intérieur et extérieur de la serre.
c) Méthode du gaz traceur
La méthode du gaz traceur utilisée pour la mesure du taux de renouvellement d’air est basée sur un bilan massique du gaz injecté à l’intérieur de la serre.
Si on suppose qu’un gaz injecté est uniformément distribué et parfaitement mélangé avec l’air intérieur d’une serre, on peut écrire (Boulard et Draoui, 1997 ; Fatnassi, 2001 ; Roy et al, 2001) : ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( t F t C t C t G dt t dC V in in ext in (1.15)
Où : Cin(t)et Cext(t) sont respectivement les concentrations du gaz à l’instant t à l’intérieur et à l’extérieur de la serre, Fin(t) le débit du gaz envoyé à l’intérieur de la serre et V est le volume de la serre.
Le choix d’un gaz traceur est très important, il doit avoir les caractéristiques suivantes (Fatnassi, 2001) :
Inerte, non toxique, inflammable, son poids proche de celui de l’air et sa concentration est facile à mesurer lorsqu’elle est faible.
Plusieurs gaz peuvent être utilisés comme gaz traceurs, on peut citer :