Les techniques d ombrage des abris : État de l art et cas d étude en production de fraise - Juin Rapport d étude

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Les techniques d’ombrage des abris : État de l’art et cas d’étude en production de fraise - Juin 2021

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Rapport d’étude

Les techniques d’ombrage des abris

État de l’art et cas d’étude en production de fraise

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 2 RESUME

Nous vous présentons, dans ce rapport d’étude, les principales techniques d’ombrage existantes et adaptables à la culture des fraises sous abris. Ce rapport s’adresse aux professionnels de la filière.

Depuis quelques années, dans le cadre de la production de fraises sous abris, la qualité est difficile à maintenir, notamment concernant la tenue des fraises dont les cultures durent jusqu’au mois de juin. Cette problématique de qualité génère des attentes autour de variétés plus tolérantes aux températures élevées. L’amélioration des techniques d’ombrage, solution alternative au blanchiment dont la pratique n’est pas réversible sur le cycle de culture, est complémentaire de la protection contre les pics de chaleur du mois de juin. L’objectif de ce rapport d’étude est de présenter les principales techniques d’ombrage existantes et adaptables à une utilisation sous abris.

Cela représente actuellement 1 873 ha de cultures principalement réparties dans le Sud-Est et le Sud-Ouest de la France. Ce rapport traite également la gestion du pilotage de cet ombrage en fonction de la variabilité du climat printanier.

MOTS CLES : FRAISE, OMBRAGE, PILOTAGE, CULTURE SOUS ABRIS, QUALITE, TEMPERATURE, RAYONNEMENT

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Sommaire

CONTEXTE TECHNIQUE ET SCIENTIFIQUE ... 4

LES DIFFERENTES SOLUTIONS D’OMBRAGE PROPOSEES ... 5

PEINTURES D’OMBRAGE ... 5

FILETS D’OMBRAGE ... 6

ECRANS THERMIQUES/OMBRAGES ... 6

SPRAY REFLECHISSANT ... 8

LES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES ... 8

EFFETS DE L’OMBRAGE ET PILOTAGE ... 10

EFFETS DE L’OMBRAGE SUR LES CONDITIONS DE CULTURES ...10

EFFETS DE L’OMBRAGE SUR LE DEVELOPPEMENT DE LA PLANTE, LA PHENOLOGIE ET LA PRODUCTION ...14

ALTERNATIVES A L’OMBRAGE ...16

MODULATION DE L’OMBRAGE ...17

SELECTION DU SPECTRE LUMINEUX CREE PAR L’OMBRAGE ...18

RESUME DES SOLUTIONS ET DE LEURS AVANTAGES/INCONVENIENTS ... 18

PISTES POUR LE DEVELOPPEMENT D’UN OAD ... 20

CONCLUSION ... 21

NOTES & SOURCES ... 22

BIBLIOGRAPHIE SCIENTIFIQUE ... 22

SITES INSTITUTIONNELS ...24

DONNEES COMMERCIALES ...24

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Contexte technique et scientifique

En France, le rayonnement solaire pendant la saison estivale peut être excessif. Bien que la grande partie du rayonnement entrant dans la serre soit utilisée pour la transpiration des plantes (chaleur latente), l’augmentation des températures (chaleur sensible) sous abris est rapide et forte, et peut nuire aux cultures. Ces excès de température existent sous tous les climats et il est indispensable de pouvoir les atténuer pour mener une culture de manière optimale. En effet, la température optimale pour la culture de fraise est de 25 °C le jour et 12°C la nuit. A des températures plus élevées, la qualité des fruits ainsi que la croissance des feuilles et des fruits sont altérées (Wang and Camp, 2000). Le rayonnement solaire est constitué de plusieurs groupes de longueur d’onde (UV, PAR, IR).

Parmi ces derniers, le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) est essentiel aux plantes puisqu’il contribue au processus de photosynthèse. Les ultraviolets (UV), Infrarouges (IR) et PAR, sont des rayonnements thermiques et participent à l’échauffement de la serre. Par temps clair (sans nuages), le PAR représente environ 43% des radiations solaires (300 à 2700nm) en tenant compte du rayonnement direct mais aussi diffus (Thimijan and Heins, 1983). Les autres parties du spectre représentent respectivement : 6,4 % pour les UV (250 à 400 nm), 10.7% de Far Red (700-800 nm) et 38.8% d’IR (770 à 2700 nm) (Spaargaren, 2001). Bloquer l’ensemble des rayonnements pour limiter le réchauffement des serres en forte intensité lumineuse correspond à la majorité des solutions d’ombrages classiques. Cette option est cependant très limitante pour la photosynthèse puisque le rayonnement PAR est réduit.

L’augmentation de la chaleur à l’intérieur de l’abri créée par le rayonnement excessif impacte les productions. Elle entraine une évaporation plus importante et des besoins en irrigation supplémentaires (risques de stress hydriques et de stress thermiques). Il est donc nécessaire de limiter cet ensoleillement sur les périodes où il est trop important, afin de réduire les stress rencontrés par les plantes, et la diminution de qualité des produits et des rendements qui leurs sont associés. Les solutions d’ombrage permettent de modérer l’utilisation de la ventilation et de l’irrigation (Ahemd et al., 2016). En effet, si ces deux méthodes peuvent être efficaces pour gérer l’impact des rayonnements légèrement excessifs, elles s’avèrent peu efficaces dès que l’ensoleillement devient trop important et qu’elles sont utilisées seules.

Sur le territoire métropolitain, un rayonnement excessif peut être rencontré à partir du milieu du printemps. Un ombrage permanent mis en place si tôt serait limitant pour la croissance des plantes selon la variabilité climatique de la saison considérée (Sanchez- Guerrero et al., 2012). Répertorier les différentes solutions d’ombrages, étudier l’adaptabilité de celles-ci plus particulièrement à la variabilité des productions de fraises est pertinent vu le manque d’études sur cette production et la diversité des solutions applicables.

UV IR

Transport

de chaleur Transport

de chaleur Rayonnement

PAR

Transport de chaleur Dégâts

radiatifs *

Serre et plantes

Température Température Photosynthèse Température

Photosynthèse Dégâts foliaires

FIGURE 1:DIFFERENTS RAYONNEMENTS COMPOSANTS LA LUMIERE ET IMPACT SUR LES PRODUCTIONS VEGETALES (SOURCE :CTIFL)

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Les différentes solutions d’ombrage proposées Peintures d’ombrage

Il existe de nombreux types de peintures d'ombrage qui diffèrent par leur composition, le temps d'efficacité du produit et la façon dont elles se retirent (figure 2). Elles peuvent s’appliquer sur le plastique des tunnels ou sur les parois des serres, qu’elles soient en plastiques ou en verre.

Pour retirer la majorité des peintures d’ombrage, il est nécessaire d’appliquer un produit de nettoyage en fin de saison. Y compris après lavage, la présence de résidus de peinture peut altérer la transmission lumineuse des parois des abris. Certaines peintures d'ombrage ont cependant la capacité de se dégrader après une certaine quantité de pluie cumulée.

Ce point peut représenter un réel avantage puisque ce produit ne nécessite pas d'intervention pour l'enlever. Ci-dessous un exemple avec la gamme Eclipse® F-SERIES de l'entreprise Sudlac :

Le rayonnement PAR, indispensable aux plantes pour réaliser la photosynthèse, fait partie des rayonnements bloqués par les peintures d’ombrage, ce qui peut impacter la physiologie des plantes et les rendements. Pour pallier ce problème, des peintures d'ombrage photo sélectives sont développées comme le Transpar®, permettant une transmission élevée du rayonnement PAR tout en réfléchissant partiellement les autres rayonnements dont les rayons infrarouges (IR) et les ultraviolets (UV), qui ont un impact thermique important.

D’autres types de peintures comme ReduFuse IR® permettent de limiter le rayonnement thermique tout en rendant diffuse la lumière solaire extérieure. Avec cette technologie, la température du feuillage diminue grâce à une forte réflexion des rayons infrarouges et la transmission lumineuse est maximale.

Il existe deux méthodes différentes pour appliquer ces produits : manuellement (20h/ha par passage), ou par hélicoptère (9 cts HT du m² pour l’application et le produit). Souvent, deux passages sont réalisés afin d’adapter le besoin d’ombrage aux conditions climatiques.

L’avantage d’utiliser l’hélicoptère est d’une part d’avoir une application homogène, d’autre part d’éviter aux opérateurs de monter sur les serres qui sont de plus en plus hautes et avec des chéneaux étroits.

FIGURE 2 :EXEMPLE DE DUREE DE VIE DES PRODUITS D’OMBRAGE (SOURCE :SUDLAC)

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Filets d’ombrage

Les filets d’ombrage présentent une grande diversité de références, qui diffèrent par leur matière : généralement en acrylique ou en polyéthylène tissé ; mais aussi par le pourcentage de rayonnement transmis. Ces filets peuvent être mis en place à l’intérieur de l’abri (figure 3), où ils seront alors plus faciles à installer et protégés des conditions météorologiques pouvant les dégrader. Ils peuvent également être placés au-dessus des abris, mais seront alors plus difficiles à mettre en place et avec souvent des incompatibilités avec les systèmes d’ouvrants. Des essais en tomate sous abris ont montré que des filets internes permettaient de réduire la température de 2 à 3 °C par rapport à une culture de tomate témoin, un filet noir étant plus performant qu’un filet vert (Zakher and Abdrabbo, 2014). De plus, certaines toiles d'ombrage pour serre filtrent efficacement les UV (Shahak, 2008). Le coût d’un filet d'ombrage dépend de la maille et de la couleur (Ombrage 55 % vert = 2 € HT/m²).

Il est possible de piloter le déploiement des filets pour ne créer un ombrage que lors des situations de stress radiatif. Ce pilotage, qui doit être automatisé pour être efficace, est bien maîtrisé dans les serres, sa mise en place sur tunnels est en revanche compliquée par les systèmes d’aération. Sur le site expérimental du centre CTIFL de Balandran, un système de ce type a toutefois pu être installé sous tunnel. Le filet sélectionné est le Prisma MDF de la marque Arrigoni, composé de bandelettes en polyéthylène avec additif LD-light diffusion ayant des propriétés de thermo-réflexion. Il améliore le microclimat en réduisant la température mais augmentant le pourcentage de lumière propagée par rapport à un filet classique.

FIGURE 3 :PHOTOGRAPHIES DU FILET D’OMBRAGE PRISMA MDF PLACE A L’INTERIEUR DE L’ABRI SUR LE CENTRE OPERATIONNEL DE BALANDRAN (SOURCE :CTIFLBALANDRAN)

Ecrans thermiques/ombrages

Les toiles des écrans thermiques sont constituées de matériaux divers (polyéthylène, polyester, acrylique), en film, à maille, tissés ou non, et sont plus ou moins métallisés (figure 4). Cet assemblage possède des propriétés d'ombrage, mais également d'isolation thermique. Ces écrans sont très efficaces pour la régulation de la température à l'intérieur des serres, en particulier en empêchant les pertes de chaleur la nuit et en limitant l’entrée de rayonnements thermiques le jour (Brajeul et al., 2005). La toile est installée au-dessus de la culture sur toute la surface de la serre et peut être déployée ou repliée automatiquement en réponse à des capteurs de température ou de rayonnement permettant d’anticiper et de limiter l’impact des fortes chaleurs lors des jours très ensoleillés en été.

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 7 Un des avantages principaux de ces écrans thermiques est leur utilité hivernale, où ils permettent d’économiser jusqu’à 25% d’énergie en conservant la chaleur à l’intérieur de la serre. Ils limitent à la fois les échanges convectifs (écran bien fermé et relativement étanche) et radiatifs (matériaux réfléchissants et à faible émissivité), et évitent une chute importante des températures la nuit (Montero et al., 2013), en réfléchissant les rayonnement IR, vecteurs de la chaleur. Cette propriété de réflexion est aussi utile lorsqu’ils sont déployés pour réduire les rayonnements entrants dans la serre. Leur efficacité dépend principalement de leur pourcentage d’ombrage. En effet, leur couleur ou leur texture influence peu le microclimat de l’abri (Teitel et al., 2012).

FIGURE 4 :ECRAN THERMIQUE EN CULTURE DE FRAISE HORS SOL (SOURCE :CTIFL)

Ainsi, la réflexion des IR par ces écrans thermiques permet de réduire les températures jusqu’à 2,8 °C par rapport à une serre non-ombrée (Fernandez Rodriguez et al., 2003).

L’air chaud qui s’accumule au-dessus de l’écran doit alors être évacué par un système de cheminées (Figure 5).

FIGURE 5 :SYSTEME DE CHEMINE E POUR EVACUER L’AIR CHAUD (SOURCE :CTIFL)

Le principal inconvénient des écrans thermiques était le manque de circulation d'air lorsque ces derniers étaient déployés, accentuant ainsi les éventuels défauts d’écarts de température d’un coin à l’autre de la serre (Campen, 2008). Désormais, ce problème peut être résolu grâce à l’ajout de brasseurs d’air. Un autre inconvénient reste le coût (toile, moteurs et pilotage informatique), qui est de l’ordre de 7€ HT/m² pour une durée de vie de 7 ans en moyenne.

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Spray réfléchissant

Purshade Solar Protectant est un spray (figure 6) qui permet de réduire le stress thermique dans les cultures en bloquant les UV et les IR nocifs pour les plantes, en réduisant le moins possible le rayonnement photo synthétiquement actif (PAR). Le produit permet de protéger la surface de la plante avec un film protecteur réfléchissant une partie des rayonnements lumineux et diminuant la température des plantes (Zakher and Abdrabbo, 2014). En culture de tomates par exemple ; une réduction de près de 60% des fruits endommagés par un excès de rayonnement, ainsi que des mesures de température de surface de culture inférieures de 4 à 6,5 °C par rapport aux témoins sont annoncés par le fabriquant (NovaSource). Dans le cas d’une culture de fraises, cette technologie est difficilement envisageable en période de mise à fruits car elle créerait des dépôts difficilement nettoyables.

Les panneaux photovoltaïques

L’ombrage peut également être apporté par la présence de panneaux photovoltaïques. Le secteur agricole est présent dans la production d’énergie française, il produit déjà 20% des énergies renouvelables en France (Le Corre, 2020). Le solaire photovoltaïque compte pour 3% de la production totale d’énergie renouvelable dans le secteur agricole (la biomasse pour la production de biocarburants arrive en première position) (Bochu et al., 2019). La programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) publiée en 2019 doit permettre « de bâtir un nouveau modèle énergétique français » grâce aux énergies renouvelables avec un doublement de la capacité installée, de 48,6 GW fin 2017 à 74 GW en 2023 et 102 à 113 GW en 2028. Pour le solaire photovoltaïque, l’objectif est fixé à 20,6 GW de puissance installée en 2023 (soit le double de ce qui a été installée en 2018), avec une cible de 35,6 à 44,5 GW en 2028. La production photovoltaïque est donc à la recherche de surfaces pour atteindre ces objectifs. Idéales pour valoriser les surfaces improductives comme les entrepôts, ces solutions PV ont été développées en serres dès 2009 (Grisey, 2016) avec des résultats agronomiques hétérogènes liés aux ombrages importants créés par les premières technologies PV. Par exemple, dans le cas d’une serre dont la toiture comporte 50% de panneaux PV, la production de tomate a été plus faible qu’une production conventionnelle et la diminution de rendement commercial entre les plants situés directement sous les panneaux photovoltaïques et ceux situés sous la partie plastique est de 17 % (Cossu et al., 2014). Lorsque la couverture PV est inférieure à 10%, le rendement commercial des tomates n’est plus affecté mais cela a toujours un effet négatif sur la taille des fruits, la fermeté et la couleur (Cossu et al., 2014).

FIGURE 6 :IMPACTS DE L’UTILISATION DU SPRAY PURSHADE SUR LES DEGATS DU SOLEIL SUR LES FRUITS ET SUR LA TEMPERATURE DE SURFACES AU NIVEAU DES FEUILLES : COMMUNICATIONS FABRIQUANT (SOURCE :PURSHADE

SOLAR PROTECTANT)

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 9 La synthèse d’études sur une quarantaine de cultures indique qu’une serre couverte à 50%

par des panneaux photovoltaïques présente une transmission lumineuse photosynthétique de 20 à 30% (soit 2 à 3 fois moins qu’un abri plastique neuf). De plus, on observe un allongement des cycles de culture, un retard de récolte moyen de 3 à 4 semaines et un rendement diminué de 50 à 70% par rapport à un abri en plastique neuf (Dubon, 2018).

Pour une application optimale de ces panneaux en solution d’ombrage, les technologies doivent donc se concentrer sur une réduction de l’ombrage créé, en passant par les densités de panneaux, l’optimisation de la disposition des panneaux, du design de la serre, ou en développant des matériaux plus transparents. Les possibilités de modulation de la densité et de la disposition des panneaux sont développées dans le paragraphe sur la modulation de l’ombrage. Il existe des nouvelles technologies (matériaux, méthodes de pilotage) PV qui réduisent considérablement l’ombrage apporté. Pour la fraise, un ombrage de 25% serait bénéfique pour la croissance des fraisiers (Tang et al., 2020). La société Ombrea par exemple développe des ombrières intelligentes qui s’adaptent aux besoins des plantes et aux conditions météorologiques, expérimentées en horticulture sur la pivoine à Hyères (Even, 2019). L’agrivoltaïsme consiste en la couverture de certaines productions agricoles par des panneaux photovoltaïques. Cela permet de combiner protection des cultures (barrière physique contre le soleil par exemple) et production d’énergie renouvelable. Cette pratique se développe sur des cultures maraichères et en serre, ses enjeux et possibilités ainsi que des projets sont listés dans une review (Weselek et al., 2019). D’autres technologies apparaissent comme les films photovoltaïques souples, développés par des sociétés spécialisées dans des solutions PV de pointe (voiliers, aviation).

Deux sociétés impliquées dans ces technologies souples

Depuis 2018, la société Armor met en essai les panneaux Asca® dans la région nantaise.

Il s’agit de films sur lesquels sont imprimés des cellules photovoltaïques, le dispositif est ainsi mobile. L’électricité produite est réinjectée dans le réseau de consommation de la serre. Ces panneaux sont transparents à 30% et permettent à la culture de recevoir une quantité de lumière plus importante que lors de l’installation de panneaux photovoltaïques classiques. L’essai en cours consiste à comparer trois dispositions différentes : un ombrage vertical interne, un ombrage horizontal orienté sud interne et un ombrage horizontal orienté sud externe. Pour le moment, ces panneaux produisent un tiers de l’électricité générer par un panneau classique (40 contre 140 watt/m²) tout en étant plus onéreux.

Des réductions de coûts et donc un gain de compétitivité sont à prévoir en cas de d’augmentation du nombre de serres équipées (Perrot, 2020).

La société Solar Cloth System basée à Mandelieu-la-Napoule a également développé des tissus photovoltaïques souples (épaisseur de 0,5 mm) et capables de s'adapter aux surfaces sur lesquelles ils sont posés. Ces derniers permettent une production de 120 watt/m² (Dubon, 2018).

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Effets de l’ombrage et pilotage

Effets de l’ombrage sur les conditions de cultures

DIMINUTION DU RAYONNEMENT REFRACTE (QUI ARRIVE A LA PLANTE)

Une diminution du rayonnement PAR est presque systématiquement observée après mise en place d’un ombrage. La nature de l’ombrage impactera cette diminution du PAR et des autres rayonnements (IR et UV) par temps ensoleillé (B) ou par temps nuageux (C). Dans les conditions nuageuses, l’ombrage est alors inutile car il n’y aura pas de stress dû à l’ensoleillement ; l’ombrage optimum sera celui capable de limiter suffisamment le rayonnement en condition ensoleillée tout en ombrant le moins possible quand le rayonnement n’est pas excessif. La plante pourra alors recevoir un rayonnement optimum et bénéficier de la meilleure croissance.

FIGURE 7: RAYONNEMENT PHOTOSYNTHETIQUEMENT ACTIF (PAR) EN JOUR ENSOLEILLE (B) ET NUAGEUX (C) (COSTA ET AL.,2011)

Dans l’étude présentée ci-dessus (figure 7), réalisée au sud du Brésil sur une culture de fraise sous serre, le rayonnement PAR est divisé en moyenne par deux en présence d’ombrage lors des journées ensoleillées. Il existe peu de différences entre les différentes couleurs d’ombrage testées. En conditions nuageuses, des différences se dégagent en faveur de la modalité rouge, qui limite moins la diminution du PAR comparée aux deux autres modalités.

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 11 DIMINUTION DE LA TEMPERATURE

En réfléchissant/captant une partie des rayons lumineux, l’ombrage conduit à diminuer le réchauffement induit par l’excès de rayons lumineux. Dans cette étude égyptienne (figure 8), avec des conditions de rayonnements plus fortes que les conditions françaises, une baisse de la température moyenne de l’air sous ombrage allant jusqu’à 2 °C selon le type et la couleur de l’ombrage est observée tout au long de la culture (de tomate).

AUGMENTATION DE L’HUMIDITE

En réduisant les températures, l’ombrage va permettre d’augmenter l’humidité relative de l’air ambiant de façon non négligeable selon le type et la couleur de l’ombrage. Les mesures d’humidité relative sont plus hautes avec l’utilisation d’un filet d’ombrage noir, qui a également montré la plus grande efficacité sur la diminution des températures (figure 9).

Les effets de l’ombrage observés sur les cultures dans les différents travaux exposés sont à prendre avec du recul, notamment sur leur localisation et les espèces étudiées.

FIGURE 8 :TEMPERATURE HEBDOMADAIRE MOYENNE DE L’AIR SOUS DIFFERENTS TRAITEMENTS D’OMBRAGE SUR LES SAISONS 2012 ET 2013 EN CULTURE DE TOMATE (ZAKHER ET ABDRABBO,2014)

FIGURE 9 : EVOLUTION DE L’HUMIDITE RELATIVE MOYENNE HEBDOMADAIRE SOUS DIFFERENTS TRAITEMENTS D’OMBRAGE SUR LES SAISONS 2012 ET 2013 EN CULTURE DE TOMATE (ZAKHER ET ABDRABBO,2014)

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 12 REDUCTION DE LA CIRCULATION DE L’AIR, DE L’HOMOGENEITE DANS LES CONDITIONS DE CULTURES ET DE POSSIBILITE DE VENTILATION

La mise en place de solutions d’ombrage à l’intérieur de la serre (filets et/ou écrans thermiques) diminue la circulation de l’air, pouvant conduire à une moins bonne homogénéité des conditions de culture dans la serre (García et al., 2011). La mise en place de filets anti-insectes conduit elle aussi a une diminution de la circulation de l’air au sein des tunnels ; entraînant à la fois une augmentation des températures et de l’humidité relative de l’air ambiant (Fatnassi et al., 2003).

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 13 FIGURE 10 : SCHEMA BILAN DE L’IMPACT DES SOLUTIONS D’OMBRAGE EN PERIODE ESTIVALE (TEMPS ENSOLEILLE OU NUAGEUX)(SOURCE :CTIFL)

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Effets de l’ombrage sur le développement de la plante, la phénologie et la production

SUR LA CROISSANCE VEGETATIVE ET LA VITESSE DE FLORAISON DES PLANTES

La mise en place de l’ombrage en culture de tomate, dans cette étude égyptienne a conduit à une augmentation de la précocité, de la hauteur des plants, du nombre de branches et de feuilles par plante sur certaines modalités par rapport au témoin. Les facteurs de croissance impactés ne sont pas les mêmes selon le type d’ombrage, par exemple un nombre de feuille par plants supérieur au témoin n’est observé que pour les solutions d’ombrage de type peintures réfléchissantes et ne sont significatives qu’une seule des 2 années étudiées.

TABLEAU 1 :CLASSEMENT STATISTIQUE DES SOLUTIONS D’OMBRAGE EN FONCTION DE LEUR IMPACT SUR LA PRECOCITE, LA HAUTEUR, LE NOMBRE DE BRANCHES PAR PLANT ET LE NOMBRE DE FEUILLES PAR PLANT EN CULTURE DE TOMATES EN 2012-2013 SOUS HAUTES TEMPERATURES (ZAKHER AND ABDRABBO,2014)

Type de traitement d’ombrage

Nb jour entre plantation et

floraison

Hauteur de la plante (cm)

Nombre de branches /

plant

Nombre de feuilles / plant Ecran noir 28,3 (c) 83,3 (a) 5,7 (ab) 29,5 (a) Ecran vert 28,7 (c) 70,1 (b) 6,3 (ab) 35,3 (ab)

Peinture 32,2 (b) 63,9 (c) 5,3 (ab) 42,3 (b)

Témoin 36,8 (a) 50,0 (d) 4,0 (a) 29,7 (a)

LES TENEURS EN CHLOROPHYLLE

Les effets des ombrages sur les teneurs en chlorophylle sont encore assez flous, certaines études montrant des différences et d’autres non. Des effets sur les teneurs d’autres pigments (anthocyanes) sont également observés. Cette diversité de réponse selon les études appuie la nécessité de bien tester la réponse des conditions d’ombrage aux cultivars et aux conditions de cultures (localisation, type de serre). La concentration en chlorophylle dans la plante est mesurée au travers du SPAD.

TABLEAU 2 : CLASSEMENT STATISTIQUE DES SOLUTIONS D’OMBRAGE EN FONCTION DE LEUR TENEUR EN CHLOROPHYLLE (ARAS ET ESITKEN,2019;COSTA ET AL.,2012;ZAKHER ET ABDRABBO,2014)

Type de traitement d’ombrage

Teneur en chlorophylle Tomates

Zakher et Abdrabbo, 2014

(SPAD)

Fraises Aras et Esitken, 2019

(SPAD)

Fraises Costa et al., 2012 (µg de Chl/g de masse

fraiche)

Témoin 41,4 (b) 35,8 (b) 3,9 (a)

Ecran noir 33,9 (b) 35,8 (b)

Ecran vert 49,7 (a) 39,8 (a)

Ecran bleu - 4,7 (a)

Ecran rouge 35,0 (b) 4,5 (a)

Ecran métallique - 4,2 (a)

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 15 SUR LES RENDEMENTS ET LA QUALITE DES FRUITS

Selon les études et le type d’ombrage, le rendement peut être affecté positivement ou négativement par la présence d’un ombrage (tableau 3). Les fruits ombrés peuvent présenter une qualité supérieure par leur masse, leur calibre et leur couleur. Des études de l’impact d’un ombrage sur la conservation des fruits ne semblent pas encore avoir été réalisées mais il serait intéressant de l’expérimenter en cultures de fraises.

TABLEAU 3 : CLASSEMENT STATISTIQUE DES SOLUTIONS D’OMBRAGE EN FONCTION DES RENDEMENTS DE TOMATES ET FRAISES (COSTA ET AL.,2011;ZAKHER ET ABDRABBO,2014)

Type de traitement d’ombrage

Rendement Tomates (tonnes/ha)

Zakher et Abdrabbo, 2014

Fraises (g/plante) Costa et al., 2011

Ecran noir 11,3 (c)

Ecran vert 13,2 (d)

Ecran rouge 319,9 (c)

Ecran bleu 224,0 (a)

Ecran métallique 289,9 (ab)

Spray 9,8 (b)

Témoin 8,6 (a) 357,2 (c)

IMPACT PHYTOSANITAIRE

La mise en place d’un ombrage est également étudiée pour limiter l’installation des adventices (Sharp S.M et al, 2018), une diminution du nombre d’aleurodes et d’acariens présents dans une culture ombrée (Araj et al., 2018). L’influence du spectre lumineux et notamment la diminution des UV peut permettre de diminuer les attaques de Botrytis (West et al., 2000), mais elle n’a pas été testée dans un essai d’ombrage. En augmentant l’humidité relative sous abris, les solutions d’ombrages peuvent augmenter le risque de développement de certaines maladies (Korner and Challa, 2003).

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Alternatives à l’ombrage

Au-delà des techniques évoquées dans la première partie, des techniques alternatives peuvent avoir des effets sur les températures.

COULEUR DU PAILLIS

La couleur du paillis peut également impacter la température du sol, en surface et jusqu’à 25 cm de profondeur (tableau 8). Cet impact reste quand même assez léger, de l’ordre du degré ; mais n’est pas constant selon les différentes strates du sol et selon la localisation.

Cette étude, localisée en Angleterre pourrait montrer des résultats plus contrastés si elle était transposée dans une localité avec un ensoleillement plus important.

TABLEAU 4:EFFET DE LA COULEUR DU PAILLIS SUR LA TEMPERATURE DE SOL EN CULTURE DE FRAISES SUR DEUX SITES EN ANGLETERRE (LOCASCIO ET AL.,2005)

Profondeur de mesure

(cm)

Couleur du paillis

Températures du sol

Gainseville Hasting

Max Min Moy Max Min Moy

0,5 Noir 24,3 (a) 9,3 (a) 15,2 (a) 26,1 (a) 8,4 (a) 14,9 (a) Rouge 24,8 (b) 9,0 (b) 15,2 (a) 24,5 (b) 8,4 (a) 14,6 (a)

5 Noir 21,1 (a) 11,5 (a) 15,6 (a) 22,2 (a) 10,5 (a) 15,2 (a) Rouge 20,8 (b) 11,7 (b) 15,7 (b) 21,2 (b) 10,3 (b) 14,8 (b)

FOURNITURE D’UN OMBRAGE PAR UN INTERCULTURE « DE SERVICE »

Difficile à piloter, cette solution réduit la place disponible pour la culture principale. Piste peu explorée, peut être non pertinente, les résultats de l’étude de Zacker et Abdrabbo (2014) ont montré des résultats plus décevants que les filets d’ombrages, avec l’utilisation de tournesol ou de maïs en interculture d’ombrage pour une culture de tomate. La transposition de cette technique pour une culture de fraise nécessiterait un choix d’espèce plus adaptées à la hauteur de cette culture.

Les arbres fruitiers peuvent également apporter de l’ombre aux fraises. Le projet Smart donne des recommandations sur la conduite des cultures maraîchères en agroforesterie (plein champ) : dans le sud de la France, il est conseillé de placer les plants de fraise sous l’ombre des arbres tandis que, dans le nord du pays, il est préférable de les implanter en inter-rangs, en pleine lumière (Warlop et al., 2017). Une étude aux Etats-Unis a permis l’étude d’un autre système d’association entre agroforesterie et fraisiers. Le dispositif étudié se compose d’un tunnel non chauffé abritant des pêchers, poiriers et cerisiers ainsi que des plants de fraises sur les extrémités trop basses pour accueillir des arbres. Seules les fraises plantées sur le côté ouest ont fourni une production commercialisable (Lunde, 2015).

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Modulation de l’ombrage

OMBRAGE UNIFORME OU PARTIEL

L’ajout d’une bâche, d’un filet sur toute la serre conduit à un ombrage homogène sur toute la culture (en extérieur). Surtout étudié avec l’utilisation de panneaux photovoltaïques, l’ombrage hétérogène va exploiter le cycle solaire pour n’ombrager que certaines zones qui changeront avec la rotation du soleil autour de la serre (figure 11). En fonction du temps, certaines zones de la serre subiront un ombrage et d’autres seront sous effet du rayonnement naturel (avec un risque de potentiel stress radiatif). Les plantes subiront donc une alternance de phases de stress suivi d’ombrage, les stress radiatifs rencontrés auront alors un impact beaucoup plus faible voir nul sur la physiologie des plantes. En revanche, la température moyenne de l’abri sera beaucoup moins régulée avec ce type de solutions.

FIGURE 11 : EXEMPLES D’ARRANGEMENTS DE PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES (CI-DESSUS) AU-DESSUS DE CULTURES EN SERRE ET EXEMPLES AVEC IMPACT SUR LE RAYONNEMENT (CI-DESSOUS) (YANO AND COSSU, 2019)

(18)

Sélection du spectre lumineux créé par l’ombrage

Il est possible de modifier la composition du spectre réfracté qui atteint la plante en réfléchissant une partie du rayonnement. L’ombrage créé sera plus efficace s’il laisse passer le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) et bloque les infrarouges qui ne sont pas exploitables par les plantes et qui provoquent une grande partie du réchauffement. Bloquer les infrarouges permettra ainsi de limiter le réchauffement de l’air ambiant (Hemming et al., 2006) ; et ainsi limiter le stress thermique et le stress hydrique qui peuvent en résulter. Cette sélection du spectre lumineux peut se faire en modifiant la couleur des filets et/ou leurs matériaux.

La couleur de l’ombrage va pouvoir impacter les conditions de cultures comme la température du sol, de l’air et l’humidité relative.

Cette modulation de couleur peut également impacter la physiologie des fraisiers par : les teneurs en différents pigments photosynthétiques (chlorophylle) ou non (anthocyanes), ainsi que l’ouverture des stomates des feuilles (mesurée par la conductance stomatique) qu’on peut expliquer par les variabilités de températures des feuilles et de contenu en eau.

Il faut néanmoins noter que la modification du spectre lumineux dans un environnement de travail a de potentiels effets sur la santé (Crane et al., 2008).

TABLEAU 5:CLASSEMENT STATISTIQUE DES SOLUTIONS D’OMBRAGE EN FONCTION DE LEUR EFFET SUR LE MICRO-CLIMAT (ARAS AND ESITKEN,2019)

Type de traitement

d’ombrage Température

du sol (°C) Température

ambiante (°C) Humidité relative (%)

Ecran noir 23,6 (ab) 32,8 (a) 30,7 (c)

Ecran vert 23,1 (b) 32,5 (a) 33,7 (b)

Ecran rouge 24,7 (a) 32,7 (a) 31,0 (c)

Témoin 24,8 (a) 31,9 (b) 35,3 (a)

Résumé des solutions et de leurs avantages/inconvénients

Les solutions d’ombrage sont un très bon moyen d’atténuer/annuler les effets d’un ensoleillement excessif. Cependant elles ont l’inconvénient de réduire plus ou moins fortement le rayonnement lumineux réfracté sur les plantes, ce qui est recherché lors des périodes estivales ; mais en conditions de rayonnements faibles, la présence d’un ombrage non pilotable limite le développement des plantes et les rendements.

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Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page 19 Rapport d’étude – Cahiers Compétitivité Page

Filets d’ombrage

Ecrans thermiques et

d’ombrage Spray réfléchissant Peintures d’ombrages Panneaux photovoltaïques

Ecrans avec cellules photovoltaïques

Pilotable

^Oui ^Oui ^Non ^Non Fixe ou mobile Oui

Coût

^{+ +} ^{+ + +} ⁺ ⁺ Serre mise à disposition

par vente électricité + + + +

Exemple de fournisseur

Filpack Ludvig Svensson Purshade (carbonate de

calcium) Sudlac Urbasolar/Reden Solar,

Sun’R Solar Cloth / ASCA (Armor Group)

Avantages

Amortissable sur plusieurs années.

Utilisable sous serres et tunnels. Permet

d’optimiser le rayonnement. Certains

filets ont un effet thermique. Sélection du

spectre lumineux.

Pilotable en double écrans pour gérer les faibles températures. Permet de

réaliser des économies d’énergie et de limiter le rayonnement entrant selon

les propriétés de l’écran.

Amortissable sur plusieurs années

Bonne solution d’appoint.

N’affecte pas la ventilation.

Facile d’utilisation, n’affecte pas la

ventilation.

Réduction du rayonnement de manière

homogène dans la serre.

Investissement souvent pas à la charge du

propriétaire.

N’affecte pas la ventilation.

Production d’électricité

Production d’électricité.

Inconvénients

Peu automatisés mais possible.

Impact sur la circulation de l’air dans la serre

(filets intérieurs).

Peu d’utilisations en tunnels Peu de références.

Semble difficilement utilisable en fraise.

A renouveler chaque année (et plusieurs fois

sur le cycle de culture) Impacte beaucoup moins la température

ambiante.

A renouveler chaque année. Ombre également

en conditions de rayonnement faible (nuageux, début/fin de

journée).

Pas pilotable sur tunnels

(ou très cher). Investissement lourd.

Peu d’entreprises sur le marché.

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Les techniques d’ombrage des abris, état de l’art et cas d’étude en production de fraise – Juin 2021

Pistes pour le développement d’un OAD

La mise en place d’un ombrage doit, pour être optimale, prendre en compte un grand nombre de facteurs. Le choix de l’ombrage doit également prendre en compte les autres équipements de productions utilisés ainsi que le type de culture réalisée.

Le développement d’un Outil d’Aide à la Décision (OAD) pour les solutions d’ombrage devra donc essayer de prendre en compte ces facteurs. Un OAD adapté au choix de peinture d’ombrage sur le territoire français est actuellement en développement par la société SudLac¹.

Par ailleurs, il existe également un logiciel, conçu par Hortinergy®, qui permet de simuler le climat et les consommations d’une serre, partout dans le monde, en fonction de différentes solutions techniques de gestion climatique.

Concernant le choix du type d’ombrage et son pilotage, plusieurs paramètres sont à prendre en compte :

Groupes Type Liste de facteurs

Paramètres initiaux (pour choix de l’ombrage)

Equipement initial

Type de serre, méthode de ventilation, localisation, variété cultivée, systèmes d’irrigation, de brumisation Choix d’ombrage Types d’ombrages possibles,

investissement, amortissement

Paramètres fluctuants dans la culture

(pilotage)

Capteurs Plante Surface foliaire, teneur en chlorophylle, température de feuille et/ou fruits

Capteur microclimat Température, rayonnement (PAR), HR de l’air

Notation plantes Stades de développement, stress sanitaires.

Un essai ombrage est mis en place sur le centre CTIFL de Balandran pour l’année 2021, il permettra d’étudier l’intérêt d’un filet d’ombrage pilotable pour réduire la température estivale dans les abris, et améliorer les rendements et la qualité des fruits.

1 https://sudlac.com/fr/aide-decision-peintures-dombrage.

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Conclusion

Solution largement répandue, le blanchiment, porté par son faible coût et son absence d’impact sur la dynamique de l’air à l’intérieur de la serre a pour désavantage d’ombrer la culture de manière constante. Une fois la peinture en place, son effet est immédiat et non modulable, y compris les jours de faible intensité lumineuse. Il a aussi l’inconvénient d’être retiré partiellement par des pluies estivales, entraînant alors un ombrage irrégulier. Le développement de peintures plus perméables aux rayonnements PAR, tout en limitant les rayonnements qui n’ont qu’un effet thermique (IR et UV) est un point positif pour cette technique.

Les filets d’ombrages sont une solution un peu plus couteuse, mais réutilisable sur plusieurs années ; ils peuvent également être pilotables selon l’ensoleillement, permettant de ne pas ombrer inutilement en dehors des périodes de rayonnements élevés (avec un surcoût à prévoir pour l’automatisation et le pilotage). Ce système est peu répandu en France. Placés à l’extérieur de la serre, ils seront particulièrement efficaces pour diminuer la température à l’intérieur de la serre mais ils devront alors être plus résistants au vent. Aucune étude sur les filets extérieurs n’a été menée dans le Sud-Est, région soumise à des vents importants. Placés à l’intérieur de la serre, leur effet sur la température de l’air dans la serre sera moins important, ils limiteront également la circulation de l’air dans la serre, diminuant les effets de la ventilation et réduisant l’homogénéité des conditions de cultures.

Certains filets (en aluminium) peuvent cependant avoir des propriétés proches des écrans d’ombrages (plus couteux et utilisés en serre verre), qui sont déployés la journée pour réduire l’ensoleillement excessif et les nuits froides pour limiter les déperditions thermiques.

Le photovoltaïque permet d’obtenir des revenus potentiels liés à la revente d’électricité ou et d’apporter une autonomie énergétique à la serre. Néanmoins, la mise en place de panneaux limite de manière importante le rayonnement PAR disponible pour la culture.

Compte tenu de la disposition des panneaux, l’homogénéité des conditions de culture est souvent affectée. Des solutions photovoltaïques sous formes de filets se développent, mais le coût de ces matériaux est encore très élevé, leur utilisation uniquement dans les périodes où l’ombrage est nécessaire limiterait leur potentiel de production. Plusieurs projets sont en cours portant sur le développement de solutions photovoltaïques pilotables où le système doit optimiser à la fois la production d’électricité, les rendements et la qualité des produits.

Il peut également être utile de s’intéresser aux matériaux « intelligents » qui se développent. Ces matériaux sont capables de changer leurs propriétés physiques, notamment vis-à-vis de leur transmission du rayonnement de façon autonome (ex : verre photochromique) ou pilotable (ex : électro-chromique). Ils pourraient être utilisés pour les couvertures des nouvelles serres si leurs coûts diminuent (Baeza et al., 2020).

L’étude de la ventilation active et passive de la serre reste également un indispensable dans un contexte où la dynamique de l’air peut être impactée par les nouvelles solutions de protection de la serre (filets anti-insectes), et par les solutions d’ombrage et d’économie d’énergie installées dans les serres.

Pour finir, il est indispensable de noter que toutes ces techniques ont un impact sur l’environnement qu’il est utile de prendre en compte (lessivage des peintures avec les eaux de pluie, recyclage des filets et écrans à base de plastique, durée de vie d’un panneau photovoltaïque …).

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Notes & sources

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POUR ALLER PLUS LOIN www.ctifl.fr

CONTACTS

Justine Garnodier, mail : [email protected] EQUIPE PROJET :Ariane Grisey, Eric Brajeul, Julien Enouf

Action financée par