Régulation climatique de serre : architecture des systèmes de pilotage

La régulation climatique serre maintient la température, l'humidité, la lumière et le CO2 dans les plages voulues par la culture, en dépensant le moins d'énergie possible. Le niveau d'équipement dépend de la serre : un thermostat suffit pour un tunnel hors gel, une serre chauffée de plusieurs hectares demande un ordinateur climatique. La fiche CEE AGRI-EQ-101 finance le module d'intégration de température.

Cette page sert de point d'entrée au cocon régulation. Elle explique comment choisir un niveau de régulation, comment s'organise un système de pilotage, et ce que la fiche AGRI-EQ-101 finance exactement. Les guides détaillés portent sur l'ordinateur climatique de serre et sur l'instrumentation et les capteurs.

Quel niveau de régulation pour quelle serre ?

Le bon niveau de régulation est celui qui pilote toutes les variables que la serre peut réellement modifier. Une serre sans chauffage ni écran n'a que ses ouvrants à commander. Une serre chauffée avec écrans, CO2 et plusieurs compartiments a besoin d'un système qui coordonne tous ses actionneurs.

Le passage d'un régulateur à un ordinateur climatique se justifie surtout par le chauffage. Plus la facture de chauffage est élevée, plus les stratégies avancées rapportent : intégration de température, loi de chauffe, gestion des écrans selon le rayonnement. Dans une serre froide, ces fonctions n'ont presque rien à économiser.

Le choix dépend aussi du nombre de compartiments. Chaque compartiment a ses propres consignes, ses sondes et ses actionneurs. Au-delà de deux ou trois compartiments, un ordinateur centralisé simplifie l'exploitation et garde un historique commun.

Architecture d'un système de régulation de serre

Un système de régulation professionnel se structure en trois couches. Les capteurs et les actionneurs forment la couche terrain. Le régulateur ou l'ordinateur climatique calcule les ordres. La supervision historise les données et donne la main à l'exploitant.

Couche terrain : capteurs et actionneurs

Les capteurs mesurent la température et l'humidité dans un abri ventilé, le rayonnement, le CO2 et la météo extérieure : vent, pluie, température. Les actionneurs exécutent les ordres : vannes de chauffage, pompe à chaleur ou chaudière, moteurs d'ouvrants et d'écrans, injection de CO2.

Toute la chaîne dépend de cette couche. Une sonde mal placée, au soleil ou près d'un tube chaud, fausse chaque décision de l'ordinateur. Le placement et l'étalonnage sont détaillés sur la page capteurs de serre : placement et étalonnage.

Couche régulation : régulateur ou ordinateur climatique

Le régulateur climatique applique des consignes fixes, compartiment par compartiment. L'ordinateur climatique calcule ses consignes en continu à partir de la météo, du rayonnement et de la stratégie choisie. Il coordonne chauffage, aération et écrans pour éviter qu'ils se contrarient.

C'est sur l'ordinateur climatique que s'installe le module d'intégration de température financé par la fiche AGRI-EQ-101. Ses fonctions, ses entrées et sorties et ses critères de choix sont présentés dans le guide de l'ordinateur climatique (AGRI-EQ-101).

Couche supervision : historique et accès à distance

La supervision enregistre les mesures et les ordres, affiche les alarmes et permet de changer les consignes à distance. Son intérêt énergétique tient à l'historique : comparer la consommation d'une semaine à l'autre révèle un écran qui ne se ferme plus ou une vanne bloquée.

Comment fonctionne une boucle de régulation ?

Une boucle de régulation compare une mesure à une consigne et agit sur un actionneur pour réduire l'écart. Si la serre est à 16 °C pour une consigne de 18 °C, la vanne de chauffage s'ouvre. Plus l'écart est grand, plus elle s'ouvre, puis elle se referme à l'approche de la consigne.

La plupart des régulateurs utilisent un algorithme PID : proportionnel, intégral, dérivé. L'action proportionnelle répond à l'écart instantané, l'action intégrale efface l'écart résiduel, l'action dérivée freine avant le dépassement. Un réglage trop nerveux fait osciller la température, un réglage trop mou la laisse dériver.

Entre la consigne de chauffage et la consigne d'aération, une bande morte évite que les deux fonctionnent ensemble. Si elle est trop étroite, la serre chauffe et aère en même temps, ce qui revient à chauffer l'extérieur. Ce défaut se lit directement dans l'historique de l'ordinateur.

Les variables pilotées par la régulation climatique

Les variables d'une serre sont liées entre elles. Aérer pour sécher l'air refroidit la serre, ce qui relance le chauffage. Fermer l'écran garde la chaleur mais retient l'humidité. La valeur d'un système de régulation tient à sa façon de gérer ces conflits.

Température : chauffage et aération coordonnés

La température se règle avec deux actionneurs opposés : le chauffage et l'aération. La loi de chauffe ajuste la température de départ du réseau d'eau chaude selon la température extérieure. Avec une pompe à chaleur, une eau plus tiède améliore directement le rendement, d'où l'intérêt d'une loi de chauffe bien réglée.

L'intégration de température va plus loin. Au lieu de tenir une consigne fixe, elle vise une moyenne sur 24 heures. La serre profite de la chaleur gratuite du soleil le jour et compense par une nuit un peu plus fraîche. Des essais d'Agroscope sur roses en substrat (2007-2009) ont mesuré une économie annuelle de 9,8 %, sans perte de rendement ni de qualité. Les autres stratégies de régulation climatique sont comparées sur une page dédiée.

Humidité et point de rosée

L'humidité excessive favorise le botrytis et le mildiou. L'ordinateur calcule le point de rosée à partir de la température et de l'humidité. Il anticipe la condensation en réchauffant légèrement la culture ou en ouvrant un peu l'écran, ce qui coûte moins qu'une déshumidification de rattrapage.

Les seuils à viser, et la manière de les mesurer, sont détaillés sur la page hygrométrie en serre. Les méthodes pour évacuer l'humidité figurent sur la page déshumidification de serre.

Rayonnement et CO2

Le rayonnement solaire est la perturbation la plus brutale : une éclaircie peut faire gagner plusieurs degrés en quelques minutes. Un bon ordinateur utilise la mesure du rayonnement extérieur pour anticiper, en ouvrant les ouvrants ou l'écran d'ombrage avant que la température ne dépasse la consigne.

Le CO2 suit la même logique. Dans une serre fermée et lumineuse, la culture le consomme vite et la photosynthèse ralentit. L'ordinateur dose l'injection selon le rayonnement et l'ouverture des ouvrants, car enrichir une serre grande ouverte revient à enrichir l'extérieur.

Protocoles de communication et intégration

Les équipements d'une serre communiquent par des protocoles. Modbus, en série ou sur Ethernet, reste le plus répandu sur les variateurs, les compteurs et les pompes à chaleur. BACnet se rencontre sur les grandes installations. Les ordinateurs climatiques des fabricants horticoles utilisent souvent un réseau propriétaire, ouvert vers l'extérieur par une passerelle.

Ce point compte au moment d'ajouter une pompe à chaleur. L'ordinateur doit pouvoir lui transmettre une demande de chaleur, piloter le ballon de stockage et, le cas échéant, la chaudière de secours. Le guide pilotage et régulation d'une PAC de serre détaille cette intégration.

Avec une pompe à chaleur, la régulation change de rôle. Une chaudière accepte des démarrages fréquents et une eau très chaude ; une PAC rend davantage avec une eau tiède et des cycles longs. L'ordinateur doit donc baisser la température de départ dès que la météo le permet, et laisser le ballon de stockage absorber les pointes du matin.

La fiche AGRI-TH-108 révisée exige d'ailleurs une gestion climatique fixe. Dans une serre déjà équipée d'un ordinateur climatique, le projet PAC commence par vérifier ce qu'il sait piloter : nombre de sorties libres, protocole de la PAC, gestion d'un stockage. Une interface manquante se règle plus facilement à l'étude qu'au moment de la mise en service.

Régulation climatique et CEE : la fiche AGRI-EQ-101

La fiche AGRI-EQ-101 finance la mise en place d'un module d'intégration de température sur un ordinateur climatique, neuf ou existant. Elle s'applique aux serres maraîchères et horticoles chauffées. Elle ne finance ni le remplacement d'un régulateur, ni l'ordinateur lui-même, ni les sondes.

Le montant est forfaitaire : 83 kWh cumac par m² de serre maraîchère chauffée, 70 kWh cumac par m² de serre horticole. La surface retenue est celle que l'ordinateur contrôle avec le module. La durée de vie conventionnelle est de 5 ans, et la pose doit être réalisée par un professionnel.

Exemple sur 1 ha : 10 000 m² × 83 kWh cumac donnent 830 MWh cumac pour une serre maraîchère, soit environ 6 640 € avec une valorisation de 8 € par MWh cumac. En serre horticole, on obtient 700 MWh cumac, soit environ 5 600 €. La valorisation varie selon le marché : ce sont des ordres de grandeur. Le texte de la fiche est publié sur le calculateur CEE de l'ADEME.

Les guides du cocon régulation

• Ordinateur climatique de serre : fonctions, entrées et sorties, protocoles, critères de choix et fiche AGRI-EQ-101.
• Instrumentation de serre : types de sondes, placement, étalonnage et erreurs fréquentes.
• Stratégies de régulation climatique : intégration de température, consigne selon le rayonnement, DIF, pilotage sur le DPV.
• CO2 en serre : niveaux à viser, pertes par l'aération et source de CO2 après un passage à la PAC.
• Pyranomètre de serre : rayonnement, conversion en lumière utile et usages dans la régulation.
• Prix d'un ordinateur climatique : postes d'un devis, fourchettes au m², entretien et prime AGRI-EQ-101.

Questions fréquentes sur la régulation climatique

Quelle est la différence entre un régulateur et un ordinateur climatique ?

Un régulateur climatique pilote quelques variables d'un compartiment avec des consignes fixes. Un ordinateur climatique coordonne toutes les variables de plusieurs compartiments, calcule ses consignes à partir de la météo et du rayonnement, et accepte des modules comme l'intégration de température.

Qu'est-ce que l'intégration de température en serre ?

C'est une stratégie qui raisonne sur la température moyenne de 24 heures au lieu d'une consigne fixe. La serre peut monter plus haut quand le soleil chauffe gratuitement, puis descendre plus bas la nuit. La culture reçoit la même somme de températures avec moins de chauffage.

La régulation climatique est-elle financée par les CEE ?

Oui, par la fiche AGRI-EQ-101, qui finance le module d'intégration de température installé sur un ordinateur climatique. Le forfait est de 83 kWh cumac par m² de serre maraîchère chauffée et de 70 kWh cumac par m² de serre horticole.

Faut-il remplacer un système propriétaire pour intégrer une pompe à chaleur ?

Pas forcément. La plupart des ordinateurs climatiques récents acceptent des équipements tiers par Modbus ou par une passerelle. Un audit de la régulation existante vérifie si l'ordinateur peut piloter la PAC, le stockage et la chaudière de secours.

Un système de régulation mal réglé fait-il consommer plus ?

Oui. Des bandes mortes trop larges font osciller la température et provoquent des cycles courts du chauffage. Des consignes de chauffage et d'aération trop proches font chauffer et aérer en même temps. Ces défauts se repèrent dans l'historique de l'ordinateur.

Diagnostiquer votre système de régulation

Une régulation mal réglée ne se voit pas à l'œil nu. Elle se lit dans les historiques : oscillations, chauffage et aération simultanés, écran qui reste ouvert la nuit. Praxis Énergie Serres analyse ces données dans le cadre d'un audit énergétique de serre, et vérifie au passage si l'ordinateur peut piloter une future pompe à chaleur.

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