Le Jardin Botanique Royal de Madrid (Espagne) présente deux serres d’exposition pour plantes tropicales qui sont particulièrement intéressantes, tant par les collections de plantes qui s’y trouvent comme par leur conception. Les deux serres utilisent des ressources naturelles pour obtenir la chaleur nécessaire aux plantes pendant la saison froide.

La plus ancienne a été construite en 1856 et utilise l’énergie solaire et bio thermique. La serre moderne a été inaugurée en 1993 et emploie l’énergie solaire et géothermique.

Le climat de Madrid

Pour la culture des plantes tropicales, les températures et l’humidité doivent être élevées et uniformes pendant toute l’année. Ces caractéristiques ne correspondent pas au climat de Madrid.

Madrid se trouve au centre de la péninsule ibérique à une altitude moyenne de 667 mètres au dessus du niveau de la mer et ses coordonnées géographiques sont de 40° 26' N et 3° 41' O. Son climat est classé parmi les méditerranéens avec une dégradation continentale. Cette dégradation continentale provoque une grande amplitude thermique annuelle. Les étés sont très chauds et secs, avec des températures maximales autour de 40 degrés, et les hivers sont froids avec des gelées et parfois de la neige.

En raison de sa situation géographique en latitude moyenne où se trouvent des masses d’air différentes, Madrid a un climat et des températures qui peuvent changer brusquement ; il est possible certains jours de voir se succéder en quelques heures de la neige, de grêle, de la pluie et une température chaude printanière.

Ces conditions climatiques rendent impossible le développement de la plupart des plantes tropicales en extérieur à Madrid. C’est pour cette raison que les serres sont indispensables pour les protéger des températures extrêmes.

J F M A M J J A S O N D Temperature Moyenne 5.0 6.4 9.1 11.8 15.7 20.8 23.7 23.5 19.0 13.8 8.5 5.4 Pluviosité (mm) 36.8 39.3 42.5 40.8 42.5 32.6 9.7 8.5 34.7 49.5 56.4 45.8 Rad Solaire MJ/m2 6.3 9.7 14.5 19.5 21.1 23.5 25.8 22.9 16.1 10.7 7.3 6.2

Vue exterieure de la serre d'exposition

 

La plus moderne de deux serres est l’ « invernadero de exhibicion » (serre d’exposition) qui a été inaugurée en 1993.

Pour sa conception et construction des chercheurs du CSIC: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (Conseil supérieur des recherches scientifiques) sont intervenus afin de développer un projet innovateur, avec des spécialistes de chaque secteur impliqué.

Cette serre utilise deux sources énergétiques principales : l’énergie solaire et l’énergie géothermique.

L’énergie solaire est mise à profit de deux façons :

- La première utilise l’effet de serre où la chaleur du soleil reste retenue dans l’air qui se trouve entre le sol et la structure de verre supérieure. C’est ce qu’on pourrait appeler le système solaire passif. La serre a certaines caractéristiques qui rendent ce système plus effectif. La plus importante est l’orientation du côte vitré de la serre vers le sud, pour profiter au maximum des rayons du soleil tous les jours de l’année.

Le côté nord ne reçoit pas du tout d’énergie solaire mais il reste protégé par un gros mur qui l’isole et empêche la chaleur de s’échapper.

L’autre système d’utilisation de l’énergie solaire que l’on peut appeler actif emploie des collecteurs placés au deuxième étage.

Ces collecteurs sont des tubes de caoutchouc noir placés derrière une surface vitrée. Par ces tubes passe de l’eau du réservoir qui est chauffée quand les rayons du soleil tombent sur eux. Les tubes sont placés en position verticale pour mieux capter la lumière pendant l’hiver lorsque les rayons solaires sont très inclinés et pour éviter aussi un réchauffement excessif en été quand les rayons arrivent plus perpendiculairement.

 

Collecteurs solaires

 

L’eau ainsi chauffée est dirigée de nouveau vers le réservoir où est stockée l’énergie

Le réservoir situé au-dessous de la serre transfère directement la chaleur aux plantes par des grilles situées sur le sol. De ce même réservoir provient la chaleur que l’on fait passer par la pompe à chaleur au moment où la température de l’eau est trop basse.

Lorsque la radiation solaire n’est pas suffisante on utilise comme source auxiliaire l’énergie géothermique prise de la nappe phréatique (eau souterraine) située à une profondeur d’environ 25 mètres.

L’eau de la nappe phréatique se trouve pendant toute l’année entre 13 et 15 degrés qui représentent les températures permettant le travail de la pompe à chaleur.

Une pompe à chaleur est un dispositif qui permet de faire passer de l’énergie calorifique contre gradient d’une ambiance froide à une autre plus chaude. Au moyen d’un compresseur on arrive à « concentrer » la chaleur d’un fluide en élevant sa température. Une fois que la température est montée, il est possible de faire passer cette chaleur d’une façon naturelle à une autre atmosphère moins chaude.

Avec la pompe, il est possible de prendre la chaleur de l’eau du réservoir et de l’insuffler à la zone des plantes. Avec ce procédé on utilise une petite quantité d’énergie électrique, mais l’énergie ainsi obtenue est sept fois supérieure à celle qui a été dépensée

Ce système est utilisé surtout en hiver par temps froid et nuageux quand le système solaire actif ne peut pas apporter de l’énergie.

Un schéma de l’installation de la serre est représenté sur le dessin suivant.

L'espace du cimat desertique

Conditions environnementales	MINIMUM	MAXIMUM
Temperature	3-5	30-35
Humidité relative	10%	<65%

Conditions environnementales	MINIMUM	MAXIMUM
Temperature	10-12	30-32
Humidité relative	65%	75%

L'espace du climat tropical

 

Conditions environnementales	MINIMUM	MAXIMUM
Temperature	13-18	28-30
Humidité relative	75%	90%

C’est l’espace qui a le plus besoin de chaleur et d’humidité. La chaleur vient directement du réservoir et plus fréquemment de la pompe à chaleur. Pour obtenir une humidité relative élevée, des vaporisateurs d’eau disposés dans les conduits d’air chaud provenant de la pompe à chaleur, se mettent en fonctionnement en cas de nécessité.

La température à l’intérieur de cet espace peut monter à plus de 25 degrés en été, ce qui serait trop chaud pour les plantes tropicales. Pour la réduire, des panneaux fonctionnant comme des persiennes diminuent l’intensité de la radiation solaire qui entre a l’intérieur de l’espace. Si ce moyen n’est pas suffisant les vaporisateurs entrent en fonction et rafraîchissent l’atmosphère. Finalement si la température continue à être trop haute, la pompe à chaleur s’active et contrairement à son mode de fonctionnement habituel, introduit de l’air frais. La chaleur excédante est gardée dans le réservoir.

Données téchniques de la serre

Surface de la serre:	600 m2
Surface de collecteurs:	160 m2
Débit d'eau dans les collecteurs:	20 m3/h
Capacité du réservoir:	200000 litres
Temperature de l'eau du reservoir dans l'hiver:	10-15 ºC
Systemes de chauffage:
Espace tropical:	86400 Kcal/heure
Espace desértique:	43000 Kcal/heure
Pompes de Chaleur, 2 dans l'espace tropical 1 dans l'espace desertique
Caractéristiques par unité: 42900 Kcal/heure Puissance:12,5 kw avec une débit de 6,3 m3/heure
Consommations électriques prévues:
Máximum:	60 Kw/h.
Moyenne:	5 Kw/h

Vue exterieure de la serre du XIXéme siecle

Dans cette serre, pour obtenir la chaleur nécessaire en période de froid, on utilise l’énergie solaire passive et l’énergie biothermique

L’énergie biothermique est celle qui s’obtient du fumier de cheval provenant des Ecuries Royales. Le fumier se décompose, produisant ainsi la chaleur et l’humidité nécessaires pour les plantes. Ce fumier en décomposition est placé á l’intérieur de fosses creusées dans le sol de la serre sur lesquelles est installée une grille qui permet que la chaleur arrive aux plantes.

Ce type de décomposition est appelé compostage et contrairement à la fermentation, il ne produit pas de mauvaises odeurs, évitant ainsi ce désagrément aux visiteurs. Ce système de chauffage il a été utilisé par les cultivateurs pendant les XVIIème et VIIIème siècles.

Cette serre a été construite avec les techniques les plus modernes de l’époque. C’est un beau bâtiment en acier et vitre, du XIX siècle. Ce style de construction offre de grands espaces et une grande luminosité qui sont les conditions idéales pour la culture de plantes tropicales.

La serre est orientée vers le Sud pour tirer profit au maximum de l’énergie solaire pendant le jour. La façade nord reste protégée par un grand mur qui sert d’isolant thermique. Pour obtenir une isolation additionnelle la serre est enterrée à 1 mètre sous le sol.

Ce modèle de chauffage pour serre réunit simplicité et efficience sans aucun recours aux sources d’énergie fossiles. Il est beaucoup plus simple et facile à appliquer que celui de 1993 et peut être suivi par les cultivateurs du monde entier.

Interieur de la serre du XIXéme siecle