Serre en verre aux Pays-Bas

Serre de jardinage.

Une serre est une structure qui peut être parfaitement close destinée en général à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures vivrières ou de loisir pour une meilleure gestion des besoins des plantes et pour en accélérer la croissance ou les produire indépendamment des saisons.

La culture sous serre s'appelle la serriculture.

La serre peut être aussi un édifice architectural d'agrément qui satisfait l'esthétique par sa forme et par les plantes qu'elle contient, ou qui satisfait la curiosité.

Histoire

Serres royales de Laeken, Alphonse Balat, 1871

Une définition ancienne dit que les serres sont un lieu couvert où pendant l'hiver on serre les orangers, les jasmins, et autres arbres ou plantes qui ont le plus besoin d'être à couvert de la gelée (Dictionnaire de l'Académie française, Première Édition (1694)), et où l'on serre aussi quelquefois des fruits. Un ouvrage de maçonnerie vitré sur le dessus suffisait à cet usage.

Les serres telles qu'on les envisage aujourd'hui (dans leurs prolongement, la véranda, la marquise, le bow-window, l'oriel) sont des produits de la révolution industrielle.

À l'aube de la révolution industrielle, les progrès réalisés dans la métallurgie permettent de réaliser des bâtiments techniquement audacieux constitués de métal (Dans un premier temps la fonte, ensuite un fer forgé obtenu par puddlage, plus tard l'acier) et de verre.

Le fer est alors l'occasion de prouesses techniques que les nations affichent dans les expositions universelles. Le Crystal Palace par exemple, à l'Exposition universelle de 1851 à Hyde Park, démontre la supériorité industrielle et technique du Royaume-Uni. Il est l’œuvre de Joseph Paxton, paysagiste et jardinier. Il est le point de départ d'une architecture de verre, que l'on retrouvera aussi dans les gares, et dans certaines halles notamment.

La fabrication des serres reste alors le domaine de la serrurerie (terme avec lequel il partage, c'est un hasard, la racine serre, de serare, « fermer »), bien que la fabrication des profilés métallique se soit déplacée de l'atelier et du travail du forgeron vers les ateliers et le travail à la chaîne des usines sidérurgiques.

Serre et effets de serre : un vieux malentendu

L'effet de serre est connu depuis longtemps et bien démontré par l'hélio thermomètre de Horace-Bénédict de Saussure, mais son explication ne l'était pas. C'est Arrhenius qui en donne l'explication encore aujourd'hui la plus populaire : les rayons solaires entrent, le sol les convertit en infra-rouge, le verre (opaque à ces rayons) les bloque et ainsi la température augmente. Pourtant Robert Williams Wood a réfuté cette théorie en 1909, simplement en remplaçant le verre par du halite transparent aux infra-rouges : on observe alors que la température atteinte par la serre reste quasiment la même.

Ainsi, paradoxalement, une serre ne fonctionne pas selon l'effet de serre tel qu'il est entendu de nos jours, c'est-à-dire suivant la théorie d'Arrhenius. C'est le blocage de la convection qui maintient la température.

Utilisation

Serre de Kew Gardens (R-U)

Une serre est destinée à protéger les plantes non rustiques et à favoriser la croissance des cultures (légumes, fleurs, etc.) en créant des conditions climatiques plus favorables que le climat local ou pour permettre les cultures dites « hors saison ».

L'unité de base s'appelle une chapelle, plusieurs peuvent être construites côte à côte.

Les parois et/ou couverture sont transparentes ou translucides, permettant de cultiver des plantes dans un environnement plus chaud ou mieux contrôlé qu'à l'extérieur. La culture peut être faite dans le sol d'origine, ou en hors sol, en hydroponique, en pots ou dans des sacs de laine de roche.

La serre peut parfois être chauffée à la demande pour des productions toute l'année dans des pays froids ou tempérés. Des systèmes de régulation de la température et de l'humidité sont nécessaires, car l'atmosphère chaude, humide et confinée de la serre peut favoriser des attaques parasitaires ou de pathogènes des plantes (champignons notamment), contre lesquels l'agriculture moderne (dite conventionnelle) lutte avec des pesticides, et l'agriculture bio avec des produits naturels, des auxiliaires (insectes prédateurs des parasites) et une rotation étudiée des cultures.

Les ouvriers agricoles peuvent être plus exposés aux pesticides dans les serres qu'à l'extérieur, alors qu'en raison de la température élevée qui y règne le port des combinaisons, masques et gants de protection y est difficile à supporter.

Serre-tunnel en Angleterre

Le tunnel, ou serre-tunnel est une autre forme de serre. Il s'agit d'une structure plus légère car recouverte de bâches plastiques résistantes aux ultraviolets et tendues sur des tubes métalliques arrondis. De dimensions variables, les tunnels sont intéressants pour leur plus faible coût de construction. Ils sont constitués également de chapelles pour couvrir de plus grande surfaces. Ils sont construits pour protéger des cultures précoces ou tardives des conditions climatiques extérieures défavorables.

Un concept proche est celui de véranda ou de jardin d'hiver sous verrières, qui sont des éléments de construction publique ou de maisons individuelles. Des serres ont aussi été utilisées au-dessus de lagunages pour l'épuration d'eaux usées en hiver ou pour traiter par évaporation/déshydratation des lixiviats de décharges de classe 1 (décharge d'Angers en France par exemple).

Charpente

Le plus souvent, la charpente d'une serre est faite d'acier et d'aluminium. Elle est étudiée de manière à offrir le minimum d'ombre portée. En toiture, des ouvrants dispensent l'aération nécessaire.

Toiture

Serre au toit en « V » renversé, Parc André-Citroën, Paris

La couverture est translucide et généralement en verre, minéral ou synthétique, mais aussi en matière plastique (par exemple : film en polyéthylène, plaques semi-rigides PVC) rigide ou souple, généralement traité pour résister aux ultraviolets. Ce film peut être armé pour augmenter sa résistance aux déchirements.

Le verre est un matériau de meilleure qualité car il laisse mieux passer la lumière tandis que les matières synthétiques deviennent de moins en moins translucides si elles ne le sont pas déjà (sauf dans le cas du polyester thermoplastique transparent (PETG) qui offre une transmission lumineuse supérieure au verre). Le poids du matériel a aussi une certaine importance : il est plus facile d'installer une matière plastique que du verre sur une toiture de serre. Il y a des toitures de toutes formes. Les toits en « V » renversés sont les plus courants ; il existe aussi des toits courbés, surtout utilisés pour les revêtements souples. Il arrive que les serres rondes soient faites en verre mais le coût de telles serres est exorbitant.

Gestion du climat

La maitrise du climat est la raison d'être des serres ; on peut créer un environnement idéal pour la croissance des plantes. Sa gestion est souvent confiée à un ordinateur surtout si les unités de production sont grandes. On peut donc, théoriquement, faire pousser des tomates en Antarctique, mais le coût de la gestion du climat (chaleur et lumière) dans les serres limite les extrêmes.

Gestion de la température

Roseaux pris dans la glace à proximité d'une serre froide.

La gestion de la température des serres est contrôlée par la ventilation en cas d'excès. Si les températures baissent à un niveau inférieur à celui accepté par les cultures, on utilise de puissantes chaudières au gaz naturel ou à fioul ou autre moyen de chauffage pour élever la température. La distribution des calories à l'intérieur de la serre se fait par convection grâce à des tuyaux aériens, ou des aérothermes. La chaleur peut être distribuée en basse température (branché sur le retour du chauffage) par des tapis sous les tablettes de culture pour apporter une chaleur de fond.

Il est important que les serres soient chauffées non seulement pour la température mais aussi pour que fonde la couche de neige et de glace empêchant la lumière d'entrer dans les serres. D'autres systèmes existent.

La température peut également être gérée automatiquement par l'utilisation de toile d'ombrage. Quand les rayons du soleil sont trop ardents, ces écrans atténuent une partie du rayonnement solaire durant les périodes chaudes de la journée. À l'inverse, ils sont fermés la nuit pour piéger au niveau des cultures la chaleur venant du sol.

Dans certaines régions chaudes, on va abaisser la température des serres au moyen d'un rideau d'eau circulant dans des paillassons. À l'opposé, de puissants ventilateurs extraient l'air de la serre pour créer une légère dépression permettant d'aspirer l'air extérieur qui pénètre dans la serre au travers des paillassons humides. Cette technique rafraichit l'air. Elle serait utilisable toute l'année en Israël par exemple et durant de courtes durées dans les régions plus froides connaissant des étés chauds comme le sud du Canada ; l'été est trop court pour que le système de refroidissement soit rentable ; les ventilateurs sont des outils clés pour rendre la température des serres uniforme.

Gestion de l'eau et apport de l'alimentation minérale

Dans les exploitations industrielles, la gestion de l'eau et des nutriments est de plus en plus automatisée. Il y a aussi les cultures hydroponiques en serres (technique où les racines des plantes sont immergées en permanence). Les fertilisants sont incorporés dans l'eau par des pompes doseuses de précision. Si la solution nutritive est trop riche en sels, elle peut occasionner de gros dégâts dans les cultures. C'est pourquoi la salinité de l'eau est fréquemment contrôlée ; on mesure la conductivité électrique et de nombreuses analyses de la solution nutritive sont pratiquées pour adapter et équilibrer la richesse en éléments fertilisants en fonction des plantes produites. Typiquement, une concentration de 200 ppm donne une conductivité de 0,25 S/m.

Gestion de l'air

La gestion de l'air en serre et celle de la température qui y règne sont liées : plus l'air circule, plus la température de la serre va être proche de celle de l'extérieur.

Les plantes convertissent le dioxyde de carbone en dioxygène durant la période diurne de la journée grâce à la photosynthèse. Pour augmenter la productivité de certaines cultures, il arrive que l'on fasse brûler du gaz propane dans les serres pour y augmenter le taux de dioxyde de carbone (CO2).

Qualité de l'air intérieur de la serre

Dans une serre agricole bien aérée, l'air peut être très chargé en pesticides, notamment dans les heures qui suivent l'épandage (s'il y a eu épandage de tels produits sur les plantes ou le sol ou fumigation). La concentration de l'air en pesticide ou molécules de dégradation varie selon le taux d'application et la volatilité (constante de Henry) du produit. On a ainsi montré en serre de culture hydroponique que les épandeurs respirent plus de chlorothalonil que de méthamidophos. La durée de présence dans l'air varie selon ce même paramètre, mais aussi selon la vitesse de dégradabilité des molécules (notamment à la lumière). Pour le méthamidophos (très volatil), le pic de concentration dans l'air apparait environ deux heures après l'application (27,5 μg/m), en raison de sa forte volatilité, et jusqu'à douze heures après l'application, une diminution rapide est enregistrée dans l'air (pour arriver à 0,45 μg/m six jours après l'application). Le chlorothalonil bien que moins volatil atteint 4,9 Ng/m après application, pour arriver à 0,15 μg/m à six jours après l'application. Ces deux pesticides ont été mesurés dans l'eau de vidange du système hydroponique où les taux, élevés après l'application, diminuent régulièrement en trois jours environ. Dans un système hydroponique fermé, ces deux pesticides sont accumulés dans le milieu nutritif durant 24 heures puis « disparaissent » lentement en trois jours environ.

Par contre, dans une serre en fonctionnement normal, l'air ne semble pas plus chargé en spores de champignon que l'air extérieur ; dans trois types de serre de culture de tomates (dont l'une en mode hydroponique), des échantillons d'air ont été prélevés de 10 h à 14 h, tous les jours d'août 2000 à juillet 2001 en collectant les particules de plus de 0,5 μm de diamètre le taux de 200 CFU/m était comparable dans les trois cas à ce qu'on trouvait à l'extérieur de la serre.

Certaines plantes produisent des pollens allergènes (piment doux par exemple, aux pollens duquel 1/3 des travailleurs en serre finissent par devenir allergiques). On a montré qu'introduire des abeilles dans la serre diminue considérablement ce risque .

Gestion de la lumière

La lumière peut être artificielle. Elle sert notamment à favoriser l'induction florale de certaines espèces de plantes de jour long en rallongeant la durée du jour.

À l'inverse, l'horticulteur peut choisir d'occulter la lumière du jour pour en raccourcir la durée. L'utilisation la plus connue est celle pratiquée pour faire fleurir les chrysanthèmes toute l'année.

Les serres d'agrément

Serres verre du jardin botanique de Guangzhou en Chine, 2006

Serre du jardin botanique de Berlin comprenant un palmarium central

Serre du jardin botanique de Curitiba, Brésil

Les serres d'agrément se sont multipliées au XIX siècle après le succès architectural remporté par le Crystal Palace lors de l'exposition universelle de 1851 à Londres en Grande-Bretagne. Certaines, comme les hauts palmariums des jardins botaniques, sont destinées à abriter des collections de plantes exotiques. D'autres aménagées en jardins d'hiver sont des annexes aux riches villas de type victorien.

En Belgique, sous l'impulsion du roi Leopold II, l'architecte Alphose Balat érigera un ensemble spectaculaire : les serres Royales de Laeken. À ce jour, on y trouve toujours des plantes originelles à leur création ainsi que des plantations rares et de grandes valeurs. Les serres sont ouvertes au public seulement 3 à 4 semaines par an, au début du printemps.

L'essor des vérandas vitrées à l'époque moderne coïncide avec l'apparition de matériaux plus résistants à la corrosion, du vitrage isolant et de la climatisation automatisée. Le plus souvent attenantes aux habitations, ce sont alors de véritables pièces à vivre supplémentaires.

Les serres souterraines

walipini interior

Une alternative beaucoup plus abordable et efficace aux serres en verre est le walipini (un mot indien Aymara, pour « lieu chaleureux »), également connu comme serre souterraine ou à ciel. D'abord développé dans les années 1980 pour les régions montagneuses froides d’Amérique du Sud, cette méthode permet aux producteurs de maintenir un potager productif toute l’année, même dans les climats les plus froids.

La serre est creusée dans le sol, bénéficiant ainsi d'une bonne isolation thermique avec l'air extérieur. Le toit de la serre est incliné perpendiculairement à la hauteur du soleil au solstice d'hiver afin de maximiser l'apport de lumière en saison froide.

位于美国明尼苏达州圣保罗市的温室

温室，又称玻璃温室或暖房，是一座专用作种植植物的建筑物。它的建造物料是玻璃或塑料，温室会因太阳发出的电磁辐射而加热，使温室内的植物、泥土、空气等变暖。

玻璃被用作为温室的建造物料是因为它是不同光学频谱的其中一种可选性的传输媒介，而它的另一个作用是可以集中抓住能量，使温室内的植物、空气变暖。这些热空气会下沉于地面和防止上升和流动，因此若果例如在温室屋顶上只打开一个小窗口，温室温度就会显著地下降，这个原理就仿如一个基本的自动排气冷却系统。温室的兴建就是可以抓住电磁辐射和防止对流现象。因此，用于温室的玻璃作为气流屏障，其效果是捕获温室内的能量。靠近地面被加热的空气, 就被防止无限地上升和流失。

虽然会发生由于通过玻璃和其他建筑材料热传导的热损失，温室内的净能量（及因此温度）是增加的。

种植

温室通常会用作种植花、蔬菜、水果、烟草植物等，而熊蜂是在温室里授粉的最佳授粉者。 除烟草以上外，很多蔬菜和花在冬末春初的时候会在温室种植，当回暖的时候会移植到室外的。此外，农夫也会在这时候在农贸市场进行买卖的。某些在温室里所培养种植的特别品种，例如番茄等通常会成为商业产品的。

设备

温室里的密封环境会自然会有独特的设备，与室外种植的相比。害虫、疾病、热量、湿度等完全受到控制，使用灌溉用水代替天然食水。温室里其中一个重要的条件设备就是光和热量，特别是在冬天时温室所种植的热带蔬菜。 温室在高纬度国家食物供应中的重要性逐渐增加，全球最大的合成温室就是位于高纬度地带的加拿大安大略省南部，该地有大约200英亩 （0.8平方公里）的番茄都是在温室下种植的。

温室通风

温室加热

分类

总结

温室能保护农作物免受过热或过冷的影响，又可以庇护植物免受落雹、沙尘暴或暴风雪的威胁、免受害虫的侵害。透过温室里光和温度的控制可使一些非耕土地变成可耕土地。 温室可为一些无法在荒漠或严寒地带种植农作物的贫穷饥荒的第三世界国家提供温饱。溶液栽培，一种适合在温室使用的栽培法，特别适合一些内陆地区使用。此外，一名加拿大生物学家John Todd研发了一种技术，使污水转换成灌溉用水，达至循环再造的效用。