Double tubulure de chauffage : dimensionnement et régulation

Le dimensionnement d'une double tubulure chauffage serre répartit la production de chaleur entre deux réseaux de tubes distincts. Un circuit haut proche de la couverture et un circuit bas au niveau de la culture composent généralement cette architecture. Ce dimensionnement sur deux circuits permet une régulation différenciée, plus fine qu'un réseau unique, et réduit les écarts de température entre le sol et le faîtage. Il s'analyse en amont du choix de la source de chaleur, qu'il s'agisse d'une PAC air-eau ou d'une chaudière à condensation.

Principe de la double tubulure de chauffage

Un réseau de chauffage par tubulure fait circuler de l'eau chaude dans des tubes métalliques suspendus ou posés au sol, qui cèdent leur chaleur par rayonnement et convection à l'air et aux plantes environnantes. La double tubulure ajoute un second réseau, positionné à une hauteur différente, pour cibler deux zones climatiques distinctes de la serre.

Les tubes utilisés sont généralement en acier noir ou en aluminium peint, choisis pour leur capacité d'échange thermique et leur résistance à la corrosion dans une ambiance humide. Le diamètre et le matériau retenus influencent directement la puissance linéaire cédée par mètre de tube, un paramètre central du dimensionnement du réseau, quel que soit le circuit considéré. L'espacement entre tubes et la température de départ retenue pour chaque circuit complètent ce dimensionnement, car ils déterminent conjointement l'homogénéité du champ thermique perçu par la culture le long du rang.

Tubulure haute et tubulure basse : rôles respectifs

La tubulure haute, suspendue sous la couverture ou le long des chéneaux, réchauffe l'air proche de la toiture et limite la condensation sur la face intérieure des parois. Elle contribue aussi à assécher le climat en début de nuit, ce qui réduit le risque de maladies fongiques.

La tubulure basse, au sol ou sur rail entre les rangs de culture, chauffe directement la zone racinaire et le premier mètre d'air au-dessus du substrat. Elle influence la vitesse de développement des plantes plus directement que le circuit haut, car la température de la zone racinaire conditionne l'activité métabolique.

Circuits indépendants ou circuit unique fractionné

Deux architectures coexistent. Les circuits indépendants disposent chacun de leur propre départ, retour et vanne de régulation, ce qui permet un pilotage totalement séparé des deux réseaux. Le circuit unique fractionné partage une même source de chaleur mais répartit le débit entre les deux réseaux par des vannes trois voies motorisées.

Les circuits indépendants offrent la souplesse de régulation la plus élevée, au prix d'une installation hydraulique plus complexe. Le circuit fractionné réduit le coût d'installation mais limite l'amplitude de la différenciation entre les deux zones chauffées.

Le choix entre les deux architectures dépend en grande partie du budget disponible et du niveau de finesse recherché dans le pilotage climatique. Une exploitation qui vise une différenciation marquée entre zone racinaire et zone aérienne, notamment en culture sous serre chauffée toute l'année, privilégiera des circuits indépendants malgré leur coût d'installation supérieur.

Dimensionnement du réseau

Le dimensionnement d'un réseau à double tubulure part du bilan thermique global de la serre, puis répartit la puissance totale entre les deux circuits selon leur fonction respective et la géométrie de la structure.

Calcul de la puissance par circuit

La puissance totale de chauffage se calcule d'abord selon la méthode habituelle du bilan thermique : déperditions par la couverture, renouvellement d'air et gain apporté par les écrans thermiques. Cette puissance totale se répartit ensuite entre les deux circuits selon un ratio qui dépend de la culture et du climat visés.

Pour une culture maraîchère de type tomate, un ratio courant attribue 55 à 65 % de la puissance au circuit bas et 35 à 45 % au circuit haut. La zone racinaire nécessite en effet l'essentiel de l'apport calorifique pour soutenir l'activité métabolique de la plante. Pour une culture ornementale sensible à la condensation foliaire, le ratio peut s'inverser en faveur du circuit haut.

Ce ratio de répartition n'est jamais figé : il évolue selon la saison et le stade de développement de la culture. En période de forte demande climatique, le circuit bas assure l'essentiel du chauffage de base. Le circuit haut intervient alors de manière plus ponctuelle, principalement pour la maîtrise de l'hygrométrie nocturne et la limitation de la condensation sur la couverture.

Répartition entre tubulure haute et basse

Le débit et le diamètre de chaque réseau se dimensionnent selon la puissance attribuée et l'écart de température souhaité entre le départ et le retour. Un écart de 10 à 15 °C reste courant pour limiter le débit de circulation et la puissance des pompes.

Le dimensionnement hydraulique doit également tenir compte de la longueur des rangs et des pertes de charge associées. Sur une serre de grande longueur, un bouclage intermédiaire ou une alimentation par les deux extrémités du rang permet de conserver un écart de température homogène sur toute la longueur du circuit. Cette précaution évite un refroidissement excessif en bout de ligne.

Le nombre de tubes par rang, leur diamètre (généralement 51 mm pour le circuit bas, 28 à 51 mm pour le circuit haut) et leur espacement déterminent la puissance linéaire disponible. Le calcul complet relève d'une méthode de dimensionnement intégrant le bilan thermique cible.

Régulation et pilotage

La régulation différenciée constitue l'intérêt principal de la double tubulure. Elle permet d'ajuster indépendamment la température de chaque circuit selon des consignes propres à la fonction visée : croissance racinaire pour le circuit bas, gestion de l'hygrométrie pour le circuit haut.

Stratégies de régulation différenciée

L'automate climatique pilote chaque circuit selon des courbes de consigne distinctes, en fonction de l'heure, du rayonnement solaire extérieur et de l'hygrométrie mesurée. Une stratégie courante consiste à maintenir le circuit bas à consigne stable pendant la nuit tout en modulant le circuit haut pour éviter la condensation en début et fin de nuit.

Selon les retours d'expérience compilés par l'ASTREDHOR, une régulation différenciée bien réglée réduit les surchauffes ponctuelles. Elle améliore aussi l'homogénéité climatique du volume de culture par rapport à un circuit unique piloté de façon globale.

Gradient thermique et homogénéité climatique

Un circuit unique génère souvent un gradient thermique vertical marqué : air chaud proche de la source, air plus frais en altitude ou à distance des tubes. La double tubulure atténue ce gradient en répartissant les sources de chaleur sur deux niveaux, ce qui homogénéise la température perçue par la culture.

Cette homogénéité présente un intérêt agronomique direct : elle réduit les écarts de développement entre plants situés près et loin des tubes, un phénomène fréquemment observé sur les installations à circuit unique mal réparti.

Le suivi de ce gradient se réalise par des sondes de température réparties à différentes hauteurs dans la serre, dont les mesures alimentent l'automate climatique. Un écart supérieur à 2 ou 3 °C entre le niveau du sol et la zone haute de la culture signale généralement un déséquilibre entre les deux circuits. Il convient alors de corriger cet écart par un réajustement des consignes de régulation.

Mise en œuvre et points de vigilance

L'ajout d'un second circuit de tubulure dans une serre existante implique des travaux hydrauliques et une révision du programme de régulation. Plusieurs points de vigilance conditionnent la réussite du projet.

Intégration dans une serre existante

Le passage à double tubulure nécessite de vérifier la capacité de la chaufferie existante à alimenter deux circuits, ainsi que l'espace disponible pour le second réseau de tubes. Dans une serre déjà équipée d'un circuit bas, l'ajout d'un circuit haut suspendu reste généralement le chantier le plus simple à réaliser.

Le collecteur hydraulique doit intégrer les vannes de régulation propres à chaque circuit, ainsi que les sondes de température nécessaires au pilotage différencié. Un audit énergétique préalable permet de vérifier la compatibilité de l'installation existante avec ce type d'évolution.

La puissance de la chaudière ou de la pompe à chaleur en place constitue souvent le facteur limitant du projet. Lorsque la source de chaleur existante ne dispose pas de marge suffisante, l'ajout d'un second circuit peut nécessiter un renforcement de la production. Un remplacement par un générateur de puissance supérieure, dimensionné pour les deux circuits réunis, s'impose parfois.

Un réseau basse température facilite aussi le passage à une pompe à chaleur. Dans le projet de révision de la fiche AGRI-TH-108, l'étude préalable classe la PAC selon la température de départ du réseau : basse température jusqu'à 35 °C, moyenne ou haute au-delà. Voir le dimensionnement PAC serre.

Interaction avec écrans thermiques et ventilation

Le circuit haut interagit directement avec les écrans thermiques : un écran fermé limite l'efficacité du circuit haut en confinant sa chaleur sous la toile plutôt qu'en la dirigeant vers la couverture. La stratégie de régulation doit coordonner l'ouverture des écrans avec la mise en route du circuit haut.

De même, le renouvellement d'air ou la ventilation active modifient la répartition de chaleur entre les deux circuits. Un dimensionnement isolé du réseau de chauffage, sans considérer ces interactions, conduit fréquemment à une régulation sous-optimale une fois l'installation en service.

Questions fréquentes

Quelle différence entre tubulure haute et tubulure basse ?

La tubulure haute chauffe le volume d'air proche de la couverture et limite la condensation sur les parois. La tubulure basse, positionnée au niveau du sol ou de la culture, apporte la chaleur directement à la zone racinaire et végétative. Les deux circuits se pilotent le plus souvent de manière indépendante.

Faut-il toujours installer les deux circuits ?

Non. Une serre à faible déperdition ou à culture peu exigeante peut se contenter d'un seul circuit. La double tubulure se justifie lorsque l'écart de température entre le sol et la couverture doit être maîtrisé finement, ou lorsque la puissance nécessaire dépasse la capacité d'un circuit unique.

Quel gain énergétique attendre d'une régulation différenciée ?

Le gain provient surtout de la réduction des surchauffes locales et de la meilleure adéquation entre l'apport de chaleur et le besoin réel de la culture. Il se chiffre au cas par cas selon le profil climatique, mais se situe couramment entre 5 et 15 % par rapport à un circuit unique mal réparti.

Quels sont les critères de la fiche CEE AGRI-TH-118 ?

La fiche AGRI-TH-118 (v. A14.1, texte sur le calculateur CEE de l'ADEME) couvre la mise en place, en serre maraîchère neuve ou existante, d'un réseau « basse température » (eau à moins de 60 °C) d'au moins deux tubes métalliques par rangée de cultures, ou d'un second tube en complément d'un premier existant. Le forfait est de 370 kWh cumac par m² de serre équipée. La régulation différenciée des circuits n'est pas une condition de la fiche, mais elle conditionne le gain réel. Ce réseau basse température est précisément celui qu'exige une pompe à chaleur à bon rendement ; le bilan thermique associé se calcule selon la norme NF EN 13031-1 pour le calcul du bilan thermique associé.

Évaluer le dimensionnement de votre réseau de chauffage

Le passage à une double tubulure de chauffage s'évalue au regard du bilan thermique global, de la culture conduite et des équipements de régulation déjà en place. Une étude isolée du seul réseau hydraulique ignore souvent les interactions avec les écrans thermiques et la ventilation.

Praxis Énergie Serres réalise le dimensionnement complet de votre réseau de chauffage : répartition de puissance entre circuits, choix de la régulation et montage du dossier AGRI-TH-118 dans le cadre de l'accompagnement CEE. Contactez notre équipe pour transmettre les caractéristiques de votre installation, sa surface, son mode de chauffage actuel et la culture conduite, afin d'obtenir une première estimation du gain attendu.