Le gaz carbonique dans les serres


Fiche technique - ISSN 1198-7138  -  Imprimeur de la Reine pour l'Ontario
Agdex : 290/27
Date de publication : décembre 2002
Commande no. 00-078
Dernière révision : décembre 2002
Situation : (En remplacement de la fiche technique du MAAO portant le même titre, commande n° 94-056)
Rédacteur : Shalin Khosla - spécialiste en légumes de serre/MAAARO; Wayne Brown - spécialiste en floriculture de serre/MAAARO

Table des matières

  1. Introduction
  2. Sources de gaz carbonique
  3. Concentrations recommandées pour l'enrichissement en CO2
  4. Capacité du brûleur
  5. Quand faut-il enrichir la serre en CO2?
  6. Coûts de l'enrichissement en CO2
  7. Répartition du gaz carbonique dans la serre
  8. Dommages causés aux plantes par l'enrichissement en CO2
  9. Pratiques culturales pour améliorer la productivité
  10. Remarques

Introduction

Les avantages que procurent l'enrichissement des serres en gaz carbonique sont reconnus depuis bon nombre d'années.

Le gaz carbonique (CO2) est indispensable au phénomène de la photosynthèse (également appelé assimilation chlorophyllienne), grâce auquel les plantes vertes utilisent l'énergie lumineuse pour transformer le CO2 en eau et en sucre. Ces sucres servent ensuite à divers mécanismes de croissance contrôlés par le processus de la respiration. La différence entre la photosynthèse et la respiration détermine l'importance de l'accumulation de matière sèche (croissance) dans la plante. L'objectif de tous les serriculteurs est d'accroître la teneur en matière sèche des plantes et d'obtenir un rendement maximum au moindre coût. Le CO2 accroît la productivité en améliorant la croissance et la vigueur des plants. L'apport de CO2 peut améliorer la productivité en favorisant notamment la floraison hâtive, en augmentant le rendement en fruits, en réduisant la chute prématurée du bouton chez les roses ou en améliorant la vigueur de la tige et la taille de la fleur. Les serriculteurs devraient considérer le CO2 comme un élément nutritif.

Pour la majorité des cultures en serre, le rendement photosynthétique s'accroît lorsque la concentration de CO2 passe de 340 à 1 000 ppm (parties par million). Dans la plupart des cas, pour un niveau donné de rayonnement photosynthétiquement actif (RPA), une concentration de CO2 de 1 000 ppm fera augmenter la photosynthèse de 50 % comparativement à la concentration de l'air ambiant. Toutefois, il n'est pas nécessairement rentable, pour certaines cultures, d'enrichir l'atmosphère jusqu'à 1 000 ppm de CO2 lorsque l'intensité lumineuse est faible. Dans d'autres cas, comme les tulipes et les lys de Pâques, les plantes ne réagissent pas à l'enrichissement de gaz carbonique.

Le gaz carbonique pénètre dans la plante par les stomates grâce au processus de diffusion. Les stomates sont des cellules spécialisées qui sont situées principalement dans la couche épidermique de la face intérieure des feuilles. Les cellules s'ouvrent et se ferment, ce qui permet la circulation des gaz. La concentration en CO2 autour de la feuille est étroitement liée au taux d'absorption de CO2 par la plante. Par conséquent, plus la concentration de CO2 est élevée à l'extérieur de la feuille, plus la plante absorbe de CO2. L'intensité lumineuse, la température de la feuille et de l'air ambiant, l'humidité relative, le manque d'eau ainsi que les concentrations de l'air et de la feuille en CO2 et en oxygène (O2) sont autant de facteurs déterminants qui influencent l'ouverture et la fermeture des stomates.

L'air ambiant contient normalement quelque 340 ppm de CO2 en volume. Toutes les plantes se développent bien à cette concentration, mais lorsque les niveaux de CO2 atteignent 1 000 ppm, la photosynthèse augmente proportionnellement ce qui produit davantage de sucres et d'hydrates de carbone pour la plante. Toute culture en pleine croissance dans une serre étanche où il y a peu ou pas de ventilation peut, durant la journée, faire baisser jusqu'à 200 ppm la concentration de CO2 dans la serre. La baisse de photosynthèse observée quand la concentration de CO2 chute de 340 à 200 ppm est du même ordre que l'accroissement photosynthétique causé par un enrichissement de 340 à 1 300 ppm (figure 1). En règle générale, une chute de la concentration en gaz carbonique sous les niveaux de l'air ambiant a un effet plus marqué qu'un enrichissement de l'air de la serre.

Figure 1. Effet du gaz carbonique sur le rendement photosynthétique.

Figure 1. Effet du gaz carbonique sur le rendement photosynthétique.

Dans les nouvelles serres, en particulier dans les serres à double paroi où les taux d'échanges gazeux sont réduits, les concentrations de CO2 peuvent facilement tomber en dessous de 340 ppm à certains moments de l'année, ce qui a un effet négatif majeur sur la croissance. La ventilation, au cours de la journée, relève quelque peu le niveau de CO2, mais ne peut jamais le remonter au seuil de 340 ppm. L'enrichissement en CO2 apparaît donc comme le seul moyen de corriger cette carence et aussi d'accroître les concentrations au-dessus du seuil de 340 ppm, accroissement favorable pour la plupart des cultures. Le niveau jusqu'où on peut aller dépend du type de plante, de l'intensité lumineuse, de la température, de la ventilation, du stade de croissance de la plante et des facteurs de rentabilité de la culture. Dans la plupart des cas, le point de saturation se situe aux alentours de 1 000 à 1 300 ppm en conditions idéales. Des concentrations inférieures (800 à 1 000 ppm) sont conseillées pour la production des plants de repiquage (comme la tomate, le concombre et le poivron) ainsi que pour la production de laitue. On préconise des niveaux encore plus bas, soit 500 à 800 ppm, pour la violette africaine et pour certaines variétés de gerbéra. L'augmentation des concentrations de CO2 aura pour effet de raccourcir de 5 à 10 % la période de croissance, d'améliorer la qualité et le rendement de la culture en plus d'augmenter la taille et l'épaisseur des feuilles. L'augmentation du rendement dans les cultures de tomates, de concombres et de poivrons est due à l'accroissement du nombre de fleurs par plant ainsi qu'à une floraison plus hâtive.

Sources de gaz carbonique

Le CO2 peut être obtenu par la combustion de carburants tels que le gaz naturel, le propane, le kérosène ou encore directement à partir de réservoirs contenant du CO2 à l'état pur. Chaque source a ses avantages et ses inconvénients. Quand on brûle du gaz naturel, du propane ou du kérosène, on produit certes du CO2 mais également de la chaleur qui peut servir d'appoint au système de chauffage normal. En revanche, la combustion incomplète ou l'utilisation de carburant contaminé peut causer des dommages aux végétaux. La plupart des sources de gaz naturel et de propane ne contiennent que peu d'impuretés, mais le serriste devrait aviser son fournisseur de son intention d'utiliser le carburant pour l'enrichissement de la serre en CO2. Les teneurs en soufre du combustible ne doivent pas dépasser 0,02 % en poids. La combustion produit aussi de l'eau. Dans le cas du gaz naturel, on estime que pour chaque mètre cube (m3) de gaz brûlé, on produit environ 1,4 kg de vapeur d'eau. Avec le propane, la quantité d'humidité produite par kilogramme de CO2 est légèrement inférieure à celle qui est produite par le gaz naturel.

Le gaz naturel, le propane et les carburants liquides sont brûlés dans des génératrices spéciales, placées dans la serre, qui produisent du CO2 (planche 1). Le nombre d'appareils requis et leur emplacement dépend de leur taille (soit le nombre de BTU générés par appareil) et de l'ampleur de la circulation horizontale d'air dans la serre. La caractéristique la plus importante d'un brûleur est sa capacité à brûler complètement le carburant. Quelques fabricants construisent des brûleurs pouvant fonctionner aussi bien au gaz naturel qu'au propane. On trouve aussi des appareils à débit réglable. Ces derniers ont toutefois le désavantage de générer de la chaleur qui peut affecter localement la température et causer l'émergence de maladies (comme l'oïdium et le champignon Botrytis) particulièrement chez les plantes de grande taille.

Par ailleurs, une partie des gaz de combustion provenant des brûleurs à gaz naturel reliés à des systèmes de chauffage à eau chaude peuvent être dirigés dans la serre pour enrichir cette dernière en CO2. Le brûleur doit être pourvu d'un condenseur conçu spécialement pour les gaz de combustion. (planche 2).

Planche 1. Brûleur de gaz carbonique.

Planche 1. Brûleur de gaz carbonique.

Planche 2. Chaudière à eau chaude pourvue d'un condenseur de gaz de combustion.

Planche 2. Chaudière à eau chaude pourvue d'un condenseur de gaz de combustion.

Note : Ce ne sont pas tous les brûleurs, surtout parmi les plus anciens, qui peuvent être utilisés à cette fin. La combustion du carburant par les chaudières à gaz naturel doit être le plus complète possible et ne produire que peu ou pas d'oxydes d'azote (NOx) ou d'éthylène. Communiquez d'abord avec le fabricant de chaudières. Tous les appareils doivent être homologués CSA ou l'équivalent.

Cette particularité permet aux gaz de combustion de pénétrer dans la serre sans danger. Ces derniers sont dégagés à l'endroit où la chaudière est reliée à la cheminée. Ces appareils sont conçus pour réduire l'effet de la température et de l'humidité dans l'atmosphère de la serre. Ils sont dotés de systèmes de contrôle qui permettent de prévenir l'introduction de gaz de combustion dans la serre lorsque la teneur en monoxyde de carbone (CO) est supérieure au niveau établi (généralement 6 à 10 ppm). Le système est doté d'un ventilateur de faible capacité à succion légère, ce qui génère un volume prédéterminé de gaz de combustion. Un deuxième ventilateur est utilisé pour mélanger les gaz de combustion avec l'air de la serre; le mélange obtenu circule ensuite dans la serre. Avec ce système, le CO2 est d'abord introduit dans la partie inférieure des plantes avant de se répandre vers le haut du couvert végétal et d'être évacué par les sorties d'air. Le système de distribution des gaz doit être conçu pour assurer la répartition uniforme dans toute la serre (planches 3 et 4). Afin d'augmenter l'efficacité et l'approvisionnement de la serre en CO2 pendant la journée lorsque la chaleur n'est pas requise, on utilise un système de chauffage à eau chaude doté d'un réservoir à eau chaude isolé. Les dimensions du réservoir peuvent varier de 30 à 130 m3 par hectare de serre. La chaleur produite par la chaudière est conservée dans le réservoir pour être utilisée la nuit au besoin (planche 5). Il est possible d'enrichir l'atmosphère de la serre en CO2 pendant l'été à l'aide de gaz de combustion à la condition que la chaleur entreposée soit utilisée durant la nuit. Il peut arriver, en saison estivale, qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser la chaleur entreposée lorsque la température extérieure demeure supérieure à 22 °C. Dans ce cas, on peut limiter l'application de CO2.

Planche 3a. Condenseur de CO<sub>2</sub> et soufflerie.

Planche 3a. Condenseur de CO2 et soufflerie.

Planche 3b. Conduites de distribution pour le CO<sub>2</sub> provenant des gaz de combustion.

Planche 3b. Conduites de distribution pour le CO2 provenant des gaz de combustion.

Planche 3c. Conduites de distribution pour le CO<sub>2</sub> provenant des gaz de combustion.

Planche 3c. Conduites de distribution pour le CO2 provenant des gaz de combustion.

Planche 3d Système de distribution des gaz de combustion dans la serre.

Planches 3d. Système de distribution des gaz de combustion dans la serre.

Planche 3e. Système de distribution des gaz de combustion dans la serre

Planches 3e. Système de distribution des gaz de combustion dans la serre.

Planches 4. Distribution des gaz de combustion dans des tuyaux de polyéthylène transparents.

Planches 4. Distribution des gaz de combustion dans des tuyaux de polyéthylène transparents.

Planche 5. Réservoir à eau chaude pour conserver la chaleur - Enrichissement avec du CO<sub>2</sub> provenant de gaz de combustion.

Planche 5. Réservoir à eau chaude pour conserver la chaleur - Enrichissement avec du CO2 provenant de gaz de combustion.

De plus en plus de producteurs utilisent le gaz carbonique liquide malgré son prix généralement plus élevé. Cette forme de CO2 a l'avantage de ne pas contenir d'impuretés, de sorte qu'on ne risque pas d'endommager les cultures en raison d'une combustion incomplète. Le gaz carbonique liquide ne produit ni chaleur ni humidité, permet aussi un meilleur réglage des niveaux de CO2 de même que la possibilité d'introduire en tout temps du gaz carbonique à l'intérieur du couvert végétal. Le CO2 pur est livré en vrac à la serre par camion. Chaque site doit être doté d'un réservoir spécial qu'on peut louer auprès du fournisseur (planche 6). Le CO2 comprimé est à l'état liquide et doit être vaporisé à travers un dispositif spécial (planche 7). Dans une serre, le système de distribution du gaz carbonique liquide est moins complexe et plus simple à installer. La plupart des serristes utilisent des tubes flexibles en polychlorure de vinyle (PVC) noir, perforés à un intervalle approprié (planche 8). Pour les exploitations de petite taille, le CO2 peut être vendu en cylindres.

Par ailleurs, lorsque les serristes qui utilisent le sol même pour la culture incorporent du fumier ou d'autres matières organiques, comme la paille, ou l'appliquent à la surface, les concentrations de CO2 dans la serre augmentent au cours du processus de décomposition. La quantité de CO2 produite de cette façon dépend de la stabilité du substrat et de l'activité des micro-organismes qui transforment la matière organique en CO2. La quantité de CO2 dégagée du fumier en décomposition n'est importante que pendant environ un mois après l'incorporation. Certains substrats de culture organiques, comme la fibre de coco, font hausser la concentration de gaz carbonique dans la serre jusqu'à 1 200 ppm pendant la nuit. Cette situation n'est pas problématique, puisque les concentrations diminuent assez rapidement à la lumière du jour.

Planches 6a. Réservoirs de CO2 liquide.

Planches 6b. Réservoirs de CO2 liquide.

Concentrations recommandées pour l'enrichissement en CO2

De nos jours, la plupart des serristes contrôlent et règlent l'environnement de leurs serres à l'aide de détecteurs reliés à un ordinateur central permettant l'intégration des divers paramètres environnementaux. On utilise un régulateur de gaz carbonique (généralement un analyseur des gaz à infrarouge) pour contrôler et maintenir les concentrations minimales et maximales de CO2 dans la serre. Habituellement, il n'y a qu'un seul analyseur à infrarouge par exploitation. On peut prendre de nombreuses mesures des concentrations de gaz carbonique de parcelles indépendantes ou de diverses sections de la serre à l'aide d'un scanner ou d'un multiplexeur. L'analyseur à infrarouge peut être autonome ou, le plus souvent, relié à l'ordinateur contrôlant l'environnement. Dans ce dernier cas, l'ordinateur est utilisé pour régler les concentrations de CO2, en intégrant les niveaux d'intensité lumineuse, le degré de ventilation et la vitesse du vent. Les analyseurs de gaz à infrarouge doivent être calibrés régulièrement afin d'assurer l'exactitude des mesures des concentrations de CO2.

Planche 7. Vaporisateur de CO<sub>2</sub> liquide.

Planche 7. Vaporisateur de CO2 liquide.

Planche 8. Conduites de distribution de CO<sub>2</sub> liquide.

Planche 8. Conduites de distribution de CO2 liquide.

La réaction des plantes et les considérations économiques déterminent à quel point on peut enrichir la serre en gaz carbonique. Les producteurs de fleurs et de légumes n'interviennent pas nécessairement de la même manière. De façon générale, on recommande un apport de 1 000 ppm durant la journée quand les conduits d'aération sont fermés. Lorsque ces derniers sont ouverts à 10 %, on peut interrompre l'enrichissement en CO2 ou le réduire à 400-600 ppm. Par ailleurs, les concentrations de CO2 peuvent être établies en fonction de l'intensité lumineuse afin d'améliorer l'efficience économique. Pour la culture de légumes, on recommande un enrichissement de 1 000 ppm, par temps ensoleillé lorsque les conduits d'aération sont fermés. Par temps couvert, lorsque l'intensité lumineuse est inférieure à 40 watts/m2, on recommande de se limiter à un apport de 400 ppm. Toutefois, la plupart des producteurs de fleurs apportent un supplément de 1 000 ppm quelle que soit l'intensité de la lumière. L'ordinateur qui règle l'environnement de la serre peut être programmé pour que la concentration de CO2 s'ajuste en fonction de la mesure de l'intensité lumineuse. Cependant, lorsque l'ouverture des conduits d'aération est supérieure à 10 % ou que les ventilateurs d'évacuation fonctionnent au deuxième niveau, on cherche plutôt à maintenir la concentration de CO2 à 400 ppm à l'intérieur du couvert végétal.

À titre d'indication, on trouvera ci-dessous un calcul hypothétique pour une serre vitrée de 100 m2 de surface avec une culture en croissance et pour une journée d'intensité lumineuse moyenne. Dans ce calcul, un enrichissement de 1 000 ppm sera apporté pour maintenir la concentration de CO2 dans la serre à 1 300 ppm pendant la journée. La nuit, il n'est généralement pas nécessaire d'enrichir la serre en CO2, parce qu'il n'y a pas de photosynthèse. En fait, le CO2 a tendance à s'accumuler naturellement à cause de la respiration des plantes. Voilà pourquoi, il n'est pas rare le matin d'obtenir des niveaux élevés, soit de l'ordre de 500 à 600 ppm de CO2. Les producteurs qui utilisent de l'éclairage au sodium à haute pression devraient maintenir des concentrations de gaz carbonique d'au moins 400 ppm dans la serre.

Une serre classique à chéneaux de 2,4 m de hauteur contient un volume d'air d'environ 400 m3 par 100 m2 de surface au sol. Pour porter les concentrations de CO2 de 300 à 1 300 ppm, il faudra apporter un supplément de 1 000 ppm (0,1 %) de CO2, soit 0,40 m3 ou 0,75 kg de CO2 par 100 m2 de surface au sol. Cette quantité devrait être apportée avant le lever du soleil car l'activité photosynthétique est généralement plus élevée tôt le matin. Une fois le niveau de 1 300 ppm atteint, il reste à le maintenir.

Le niveau de gaz carbonique dans une serre est abaissé par les échanges gazeux naturels et par la photosynthèse.

Échange gazeux naturel

Comme la serre n'est pas étanche, l'air extérieur (qui ne contient que 340 ppm de CO2) s'infiltre continuellement. L'air introduit par infiltration dans la serre correspond grosso modo à un renouvellement complet de l'air par heure. Pour compenser cette dilution et pour maintenir la concentration voulue de 1 300 ppm de CO2, il faut ajouter environ 0,37 kg de CO2 par 100 m2 de surface au sol.

À noter que cette quantité doit être corrigée en fonction de la hauteur sous les chéneaux et de la largeur de la serre. Les serres à large portée contiennent plus d'air que les serres à portée étroite pour une même hauteur sous les chéneaux. Dans le cas des serres à parois doubles (polyéthylène ou acrylique), on prévoit un renouvellement de ¼ à 1/3 du volume d'air par heure. En régime de ventilation forcée, on maintient une concentration de CO2 généralement inférieure, si les ventilateurs fonctionnent, et on aura besoin d'un taux d'enrichissement différent.

Photosynthèse

Le gaz carbonique est absorbé par les plantes durant la photosynthèse. Le taux de consommation varie selon la culture, l'intensité lumineuse, la température, le stade de croissance et le niveau nutritionnel des plantes. La consommation moyenne se situe entre 0,12 et 0,24 kg par heure et par 100 m2. Les concentrations plus élevées s'observent au cours des journées ensoleillées dans le cas des cultures arrivées à maturité.

Si on combine ces deux facteurs, on estime que pour maintenir la concentration à 1 300 ppm, il faut ajouter environ 0,50 à 0,60 kg de CO2 par heure et par 100 m2 de surface dans une serre vitrée standard. Pour les serres plastiques à double revêtement de polyéthylène, l'apport supplémentaire serait de 0,25 à 0,35 kg par heure et par 100 m2. Dans les serres vitrées, l'enrichissement sert surtout à compenser la dilution causée par les infiltrations d'air, tandis que dans les serres à double revêtement de polyéthylène la quantité de CO2 requise correspond plus ou moins aux pertes dues aux échanges gazeux naturels et à la photosynthèse. Si on veut maintenir des concentrations de CO2 inférieures, on doit modifier l'enrichissement en conséquence.

Le tableau 1 intitulé Utilisation annuelle potentielle de CO2 sur une base mensuelle indique la quantité théorique de CO2 utilisée pour une production de légume à trois différents niveaux d'enrichissement, en fonction du nombre d'heures d'ensoleillement.

Tableau 1. Utilisation annuelle potentielle de CO2 sur une base mensuelle (en fonction du nombre d'heures d'ensoleillement à Harrow, Ontario)
Mois Nombre d'heures d'enrichissement Quantité apportée (kg/ha/h)
45 65 90
janv. 82 3 690 5 330 7 380
févr. 100 4 500 6 500 9 000
mars 127 5 715 8 255 11 430
avril 168 7 560 10 920 15 120
mai 234 10 530 15 210 21 060
juin 253 11 385 16 445 22 770
juill. 283 12 735 18 395 25 470
août 252 11 340 16 380 22 680
sept. 187 8 415 12 155 16 830
oct. 157 7 065 10 205 14 130
nov. 89 4 005 5 785 8 010
Déc. d 67,1 3 019,5 4 361,5 6 039
Total (kg) 89 959,5 129 941,5 179 919

Capacité du brûleur

Pour le calcul de la capacité des brûleurs, seuls sont considérés le gaz naturel et le propane, les deux carburants les plus fréquemment utilisés en serriculture. Les serriculteurs qui ne possèdent pas d'analyseur de gaz ou d'ordinateur pour contrôler l'environnement de la serre doivent bien évaluer la capacité de leurs brûleurs. Cet aspect est particulièrement important pour les producteurs de plantes à massif dans les serres tunnels autoportantes. Le tableau 2, intitulé Capacité du brûleur à maintenir une concentration de CO2 de 1 300 ppm sous certaines conditions, énumère les différentes capacités des brûleurs en fonction des taux d'enrichissement mentionnés plus haut.

Aux niveaux recommandés (tableau 2), on calcule que l'humidité relative s'élève d'environ 3 à 6 % avec le gaz naturel, si la température de la serre n'augmente pas en raison de la chaleur générée par les brûleurs. Un accroissement de température de 1 °C, ce qui est souvent le cas, n'est pas suffisant pour modifier le taux d'humidité relative.

Quand faut-il enrichir la serre en CO2?

Comme la photosynthèse ne se produit que le jour, aucun apport complémentaire de CO2 n'est nécessaire la nuit. Il en faudra cependant par temps couvert pour compenser la baisse du taux de photosynthèse. Puisque l'activité photosynthétique augmente avec l'intensité lumineuse, la concentration optimale de CO2 est alors supérieure. L'enrichissement devrait débuter environ une heure avant le lever du soleil pour s'arrêter une heure avant son coucher. L'apport supplémentaire de CO2 est toutefois recommandé lorsqu'on utilise des lampes à haute pression au sodium la nuit.

Bien que la concentration optimale de CO2 augmente avec l'intensité lumineuse, il est souvent inutile, dépendant de la vitesse du vent, de tenter de maintenir un enrichissement de 1 000 ppm lorsque les conduits d'aération sont ouverts de plus de 10 à 15 % ou lorsque les ventilateurs d'évacuation fonctionnent au maximum. Les serriculteurs devraient cependant tenter de maintenir les concentrations de l'air ambiant dans le couvert végétal. Une plus grande circulation d'air améliore le taux de diffusion en réduisant la couche tampon autour de la feuille.

Coûts de l'enrichissement en CO2

Il y a deux points à considérer dans le calcul des coûts de l'enrichissement en CO2 de l'atmosphère de la serre. D'abord, le coût des systèmes de production et de distribution et ensuite le coût du carburant lui-même. On trouve au tableau 3, intitulé Comparaison des coûts de différentes sources de CO2 (kg/ha), ce qu'il en coûte pour enrichir la serre en CO2 à partir de diverses sources, pour une journée de 12 heures. La plupart des grandes exploitations, surtout celles où l'on utilise du gaz carbonique de combustion, peuvent consommer par jour le double des quantités indiquées. On doit également ajouter les coûts du matériel à l'équation (tableau 4, Coût du matériel pour une exploitation de quatre hectares (10 acres).

Répartition du gaz carbonique dans la serre

Il est important que la serre soit dotée d'un système de distribution approprié. La répartition du gaz carbonique dans la serre dépend principalement de la circulation de l'air, étant donné que le CO2 ne se déplace pas très loin par simple diffusion. Par exemple, si on se sert d'une seule source de CO2 pour une serre de grande surface ou pour des serres communicantes, on doit installer un système de distribution. Ce dernier doit être conçu de manière à assurer une répartition homogène du CO2 dans la serre, surtout lorsqu'on utilise le CO2 des gaz de combustion ou le CO2 sous forme liquide. Un système de circulation d'air doté de ventilateurs horizontaux ou de jets en éventail qui déplacent un fort volume d'air assurera la répartition homogène du CO2 dans la serre lorsque les sorties d'air de la toiture sont fermées ou que les ventilateurs d'évacuation ne sont pas en marche. De nos jours, les serristes qui enrichissent l'atmosphère des serres avec du gaz carbonique liquide ou du CO2 provenant de gaz de combustion utilisent un tuyau central muni de petits tubes individuels (perforés à intervalle régulier) placé dans la partie inférieure du couvert végétal ou sous les banquettes, selon le cas. Dans le cas d'un couvert végétal dense (pour des chrysanthèmes par exemple), il peut valoir la peine de diriger le CO2 directement à l'intérieur du couvert. La circulation de l'air autour des plantes aura également pour effet d'améliorer l'absorption du CO2 par les plantes en amenant les molécules du gaz carbonique plus près des feuilles.

Dommages causés aux plantes par l'enrichissement en CO2

Il faut éviter l'accumulation excessive de CO2 dans la serre. La concentration de 5 000 ppm peut provoquer des étourdissements ou un manque de coordination chez les humains. Des niveaux plus élevés que les concentrations recommandées peuvent être également responsables de nécroses sur les vieilles feuilles de tomate et de concombre. Les feuilles de violette africaine deviennent très dures et cassantes, montrent une coloration gris-vert très foncée et produisent souvent des fleurs difformes, qui n'atteignent pas la maturité. Un symptôme semblable a été observé chez les fleurs de freesia dans les serres où le chauffage était fourni en grande partie par le brûleur de CO2. À part les situations d'urgence, le brûleur de CO2 ne doit pas être utilisé comme source principale de chauffage.

Comme une concentration de 0,2 ppm d'anhydride sulfureux (SO2) dans l'atmosphère peut causer des nécroses graves aux végétaux, la teneur en soufre des carburants doit être inférieure à 0,02 %. Par conséquent, les huiles de chauffage comme l'huile n° 2 et le mazout brut ne doivent pas être utilisées pour l'enrichissement en CO2 de l'atmosphère des serres.

Tableau 2. Capacité du brûleur* à maintenir une concentration de CO2 sous certaines conditions
  Gaz naturel Propane
kW/1 000 m2 m3/1 000 m2/h kW/1 000 m2 litre /1 000 m2/h
Serre de verre 30-36 2,8-3,4 20-24 2,8-3,4
Serre de plastique 15-18 1,4-1,7 10-12 1,4-1,7

* kW (kilowatt = 3 420 BTU/h
On a fait les calculs en assumant que le brûleur fonctionne continuellement.

Tableau 3. Comparaison des coûts de différentes sources de CO2 (kg/ha)*
  Nombre d'heures Taux de CO2 kg/ha/h Quantité de produit requise Coût ($/unité) Coût du CO2 ($/h) Coût total/($/j)
CO2 liquide 12 50 50,0 kg 0,11 kg 5,50 66,00
CO2 liquide 12 50 50,0 kg 0,15 kg 7,50 90,00
CO2 liquide 12 50 50,0 kg 0,2 kg 10,00 120,00
Gaz naturel 12 50 27,8 m3 0,1 m3 2,78 33,33
Gaz naturel 12 50 27,8 m3 0,15 m3  4,17 50,00
Gaz naturel 12 50 27,8 m3 0,3 m3  8,33 100,00
Propane 12 50 27,8 L 0,2 L 5,56 66,67
Propane 12 50 27,8 L 0,25 L 6,94 83,33
Propane 12 50 27,8 L 0,3 L 8,33 100,00

* N'inclut pas le coût du matériel

Tableau 4. Coût du matériel pour une exploitation de quatre hectares (10 acres)

Gaz carbonique liquide
Location du réservoir 6 000 $
Distribution de CO2
1 000 pieds 90 50 4 500 $  
Total 10 500 $*
CO2 provenant des gaz de combustion
Condenseur 30 000 $
Soufflerie 20 000 $
Distribution 15 000 $
Tuyau de plastique de 65 mm  
1 000 pieds 150 100   15 000 $
Total 80 000 $
Brûleur produisant le CO2
Nbre d'appareils requis
20 2 500 50 000 $
Total
50 000 $

*Il s'agit du coût annuel.

L'éthylène, à la concentration de 0,05 ppm, et le propylène à des concentrations plus élevées peuvent causer la sénescence prématurée des plants de tomate et de concombre, provoquer la « somnolence » chez l'œillet et la chute des pétales chez le géranium. Chez le chrysanthème et le poinsettia, ces gaz peuvent entraîner la croissance excessive de gourmands, compromettre l'initiation florale et causer la chute prématurée du bouton floral. L'éthylène est souvent le produit d'une combustion incomplète, alors que le propylène est habituellement associé à l'usage du propane. Les fuites de propane dans les tuyaux d'alimentation ont, dans le passé, infligé de graves dommages financiers aux producteurs. Le monoxyde de carbone (CO), qui en soi ne cause ordinairement pas de problèmes, est souvent utilisé comme indicateur de combustion incomplète. Des niveaux supérieurs à 50 ppm de CO dans les gaz de combustion révèlent généralement la présence d'éthylène à des concentrations susceptibles d'endommager les plantes.

Les brûleurs dont la température de la flamme est très élevée peuvent occasionner la formation d'oxydes d'azote (NOX et NO2). Des concentrations excessives de ces gaz risquent de causer une baisse du taux de croissance ou même des nécroses. Lorsqu'on utilise les gaz de combustion comme source de gaz carbonique, on doit se doter de chaudières dont les brûleurs dégagent peu de NOx.

La présence simultanée de SO2 et de NOx, même à de faibles concentrations, peut être plus toxique ou causer davantage de dommages aux plantes que la présence d'un seul des deux gaz à concentration élevée. L'utilisation excessive et prolongée de CO2 (surtout dans le cas des tomates) peut faire en sorte que les plants réagissent mal à l'enrichissement en CO2. La réaction s'améliore lorsqu'on interrompt l'apport de CO2 pendant quelques jours.

Pratiques culturales pour améliorer la productivité

Si l'on souhaite que l'apport de CO2 entraîne une augmentation du taux de croissance, il se peut, pour certaines cultures, que la conductivité électrique de la solution nutritive doive être plus élevée. Par ailleurs, des concentrations supérieures de CO2 peuvent causer la fermeture partielle des stomates, ce qui réduit la transpiration de la plante et augmente la conductivité de la feuille pour certaines cultures. Cette diminution de la transpiration réduit l'absorption de calcium (Ca) et de bore (B), ce qui peut affecter la qualité de la tomate. Un apport modéré de ces éléments nutritifs pourra cependant compenser la baisse d'absorption.

Remarques

  • 1 kg de CO2 équivaut à 570 litres de CO2
  • La combustion de 1 m3 de gaz naturel fournit environ (1,8 kg) 1 000 litres de CO2 et 1,4 litre d'eau
  • 1 m3 de gaz naturel produit autant de CO2 que 0,75 L de kérosène et 1 L de propane.

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