Dimensionner la ventilation et la déshumidification d'une serre

Le dimensionnement ventilation déshumidification serre repose sur un bilan massique d'humidité. Ce bilan quantifie la production de vapeur d'eau par les plantes et calcule les débits d'équipements pour maintenir l'hygrométrie dans la plage cible. Ce calcul constitue le point de départ de toute décision sur le choix de la méthode de déshumidification.

Ce guide présente les formules et les étapes de calcul utilisées par un bureau d'études pour dimensionner la ventilation et la déshumidification d'une serre professionnelle. Les données de référence et les exemples numériques sont adaptés aux serres maraîchères chauffées de la zone H1 à H3.

Bilan massique d'humidité : base du dimensionnement

Avant de dimensionner un équipement, il faut quantifier la source d'humidité à traiter. En serre, la principale source est la transpiration des plantes. Les apports d'humidité par l'irrigation et les condensations de paroi sont généralement secondaires. Le bilan massique calcule la production nette d'humidité à extraire (en kg/h ou g/m²/h) pour maintenir le bilan hydrique à l'équilibre.

Transpiration des cultures : quantification de la source

La transpiration est pilotée par le rayonnement global transmis dans la serre. Pour les cultures maraîchères à feuillage dense (tomate, concombre), la relation de base est : ET (g/m²/h) = k × G. Ici, G est le rayonnement global transmis en W/m² et k est un coefficient de culture compris entre 0,3 et 0,5 selon l'espèce et le stade de développement. Pour la tomate en pleine végétation avec 200 W/m² transmis, la transpiration atteint 60 à 100 g/m²/h.

Sur une serre de 5 000 m² cultivée en tomate avec 200 W/m² de rayonnement transmis, la production d'humidité est de 300 à 500 kg/h lors des jours ensoleillés de printemps. Ces valeurs représentent les conditions de pointe qui dimensionnent les équipements. En hiver ou par temps couvert, la transpiration chute de 50 à 80 % et la charge de déshumidification est faible.

L'ADEME recommande d'utiliser des données de transpiration issues de mesures locales ou de références bibliographiques validées, plutôt que des valeurs forfaitaires, pour améliorer la précision du dimensionnement.

Calcul du bilan hygrique mensuel

Le bilan hygrique annuel est calculé mois par mois à partir du rayonnement moyen mensuel et de la durée d'ensoleillement. Le rayonnement global journalier (MJ/m²/jour) est disponible dans les bases de données météo (Météo-France, PVGIS) pour chaque commune française. Ce calcul identifie les mois à risque d'humidité excessive — généralement mars à juin, quand le rayonnement est fort et la température extérieure encore fraîche.

En hiver (décembre à février), la transpiration est faible et le renouvellement d'air suffit souvent à contrôler l'humidité. En été (juillet-août), les températures extérieures élevées augmentent la capacité d'absorption de l'air, réduisant la charge de déshumidification. Les mois intermédiaires (mars-mai, septembre-octobre) cumulent transpiration forte et air extérieur encore froid et humide — c'est la période critique pour le dimensionnement.

Dimensionnement du renouvellement d'air

Le renouvellement d'air est la méthode la plus simple à dimensionner. Le débit d'air neuf est calculé à partir du bilan massique d'humidité et de la différence d'humidité absolue entre l'intérieur et l'extérieur. Pour une description complète des aspects opérationnels, voir la page renouvellement d'air en serre.

Formule de calcul du débit d'air

La formule de dimensionnement du débit d'air est : Q = G / (xin - xout). Ici, G est la production d'humidité (g/h), xin est l'humidité absolue intérieure (g/m³) et xout est l'humidité absolue extérieure (g/m³). En conditions de pointe au printemps, avec G = 400 kg/h, xin = 12 g/m³ et xout = 5 g/m³. Le débit requis est alors Q = 400 000 / 7 = 57 000 m³/h.

Cette valeur correspond à environ 3 renouvellements par heure pour une serre de 18 000 m³. Le dimensionnement des ventilateurs doit permettre d'atteindre ce débit avec une pression disponible suffisante pour traverser les filets insecticides ou les systèmes d'humidification éventuels. Une marge de sécurité de 15 à 20 % est recommandée.

Bilan thermique et coût de l'aération

L'introduction d'air froid extérieur pour déshumidifier engendre une perte thermique qu'il faut intégrer dans le bilan de chauffage. La puissance thermique perdue (kW) = Q × ρ × Cp × (Tin - Tout) / 3 600. Ici, ρ = 1,2 kg/m³, Cp = 1 kJ/kg°C, Tin et Tout sont les températures intérieure et extérieure. Pour Q = 57 000 m³/h et ΔT = 15 °C, la perte thermique est de 285 kW.

Cette perte thermique est supportée par la chaudière principale. Sur une journée de printemps, elle représente une consommation de gaz supplémentaire de 3 à 5 kWh/m² de serre. Le coût annuel de cette perte dépend du nombre d'heures de fonctionnement du renouvellement d'air et du prix du gaz. Ce calcul est indispensable pour comparer objectivement les méthodes de déshumidification.

Dimensionnement de la déshumidification thermodynamique

La déshumidification thermodynamique dimensionne à partir de la charge latente maximale de la serre. Contrairement au renouvellement d'air, elle ne génère pas de perte thermique nette. Pour les aspects opérationnels et le choix de l'équipement, voir la page déshumidificateur thermodynamique serre.

Calcul de la charge latente de pointe

La charge latente (kW) est la puissance nécessaire pour condenser la vapeur d'eau produite par les plantes. Elle se calcule comme : QL = G × L / 3 600. Ici, G est la production d'humidité (g/h) et L est la chaleur latente de vaporisation de l'eau (2 500 J/g à 20 °C). Pour G = 400 000 g/h, QL = 400 000 × 2 500 / 3 600 000 = 278 kW.

Cette valeur représente la puissance frigorifique nécessaire à la condensation seule, sans compter les déperditions par les parois et la chaleur sensible de l'air. En pratique, la charge totale du déshumidificateur est de 10 à 20 % supérieure à la charge latente seule, en raison de l'abaissement de température de l'air lors de son passage sur l'évaporateur.

COP nominal et puissance frigorifique à installer

La puissance frigorifique à installer (kW) = QL_totale / COP_nominal. Pour QL_totale = 330 kW et COP 3, la puissance frigorifique à installer est de 110 kW. Les appareils du marché en serre se déclinent de 5 à 50 kW unitaires. Pour couvrir 110 kW, il faut 2 à 3 appareils de 40 à 50 kW ou 4 à 5 appareils de 20 à 25 kW. L'installation multi-appareils offre la redondance et la modulation.

Le COP nominal utilisé pour le dimensionnement est celui fourni par le fabricant pour les conditions de référence (généralement 15 °C et 80 % d'humidité relative). En conditions réelles, le COP varie de 2 à 5 selon la température. Pour le dimensionnement, un COP de 3 est prudent en zone H1. En zone H3, un COP de 3,5 à 4 est réaliste.

Dimensionnement de l'échangeur enthalpique double flux

L'échangeur enthalpique double flux est dimensionné sur le débit d'air de renouvellement nécessaire, auquel on applique l'efficacité enthalpique pour calculer la récupération d'énergie. Pour la description complète du composant, voir la page échangeur enthalpique double flux.

Débit et efficacité enthalpique de l'échangeur

Le débit de l'échangeur est fixé par le bilan hygrique, comme pour le renouvellement d'air pur. Pour le même exemple (57 000 m³/h), l'échangeur traite la totalité de ce débit. L'efficacité enthalpique (η) exprime le rapport entre l'enthalpie récupérée et l'enthalpie maximale récupérable. Un échangeur avec η = 0,75 récupère 75 % de la chaleur sensible et 75 % de la chaleur latente de l'air extrait.

La puissance enthalpique récupérée (kW) = Q × ρ × (h_extrait - h_entrant) × η / 3 600, où h est l'enthalpie spécifique de l'air humide (kJ/kg). Pour un air extrait à 20 °C et 85 % d'humidité relative et un air entrant à 5 °C et 80 %, la différence d'enthalpie est de 25 à 35 kJ/kg. À 57 000 m³/h avec η = 0,75, la puissance récupérée est de 350 à 490 kW.

Conditions d'application et limites de l'échangeur

L'échangeur enthalpique est efficace lorsque la différence d'enthalpie entre l'air intérieur et extérieur est élevée. En hiver avec de l'air froid et sec à l'extérieur, cette différence est maximale. En été en zone méditerranéenne, l'air extérieur peut être plus chaud et plus humide que l'air intérieur, ce qui inverse le flux enthalpique. Un bypass de l'échangeur est alors nécessaire.

La perte de charge de l'échangeur (généralement 50 à 150 Pa) doit être intégrée dans le dimensionnement des ventilateurs. La vitesse de l'air dans l'échangeur est un paramètre clé : une vitesse trop élevée réduit l'efficacité de transfert, une vitesse trop basse augmente l'encombrement. La plage optimale est de 1,5 à 2,5 m/s selon les constructeurs.

Vérification en conditions extrêmes

Le dimensionnement nominal s'effectue sur les conditions de pointe représentatives. La vérification doit couvrir les trois scénarios extrêmes. Premier cas : journée ensoleillée de printemps avec température extérieure de 8 °C et forte transpiration. Deuxième cas : journée hivernale avec ΔT de 30 °C et faible transpiration. Troisième cas : nuit d'automne avec air saturé en humidité.

Pour chaque scénario, on vérifie que la combinaison d'équipements prévue peut maintenir l'hygrométrie cible sans dépasser la puissance installée. Un logiciel de simulation ou un tableur annuel heure par heure est l'outil standard pour cette vérification. Les guides de dimensionnement serre fournissent les données météo de référence par zone climatique.

La vérification inclut également le cas de panne d'un équipement. Si la déshumidification repose sur un seul déshumidificateur thermodynamique, sa panne en période de forte transpiration peut conduire à une humidité excessive en quelques heures. Une stratégie de secours par renouvellement d'air minimum est recommandée dans ce cas.

Fiches CEE et dimensionnement documenté

Les fiches CEE AGRI-TH-117 (déshumidification thermodynamique) et AGRI-TH-119 (système de déshumidification avec air extérieur) valorisaient financièrement les installations de déshumidification jusqu'à leur abrogation. Les textes réglementaires restent accessibles sur Légifrance. Le volume de certificats dépendait de la puissance installée et de la zone climatique.

Pour AGRI-TH-117, la puissance frigorifique retenue pour le calcul du volume de certificats correspondait à la puissance nominale de l'appareil installé. Un appareil sur-dimensionné par rapport au bilan hygrique réel ne générait pas plus de valeur CEE pour autant.

Sans financement CEE, la valeur du projet repose entièrement sur les économies d'énergie : l'installation doit être dimensionnée à la puissance calculée par le bilan hygrique et ce calcul doit être documenté. Ce dossier technique sert à la vérification de performance en cours d'exploitation. L'audit énergétique de serre inclut systématiquement ce bilan hygrique documenté.

Questions fréquentes sur le dimensionnement aéraulique

Comment calculer le bilan hygrique d'une serre maraîchère ?

Le bilan hygrique se calcule à partir de la transpiration (g/m²/h) multipliée par la surface cultivée. En tomate, la transpiration est de 0,3 à 0,5 g/m²/h par W/m² de rayonnement transmis. Sur une serre de 1 ha avec 200 W/m² transmis, la production d'humidité atteint 60 à 100 kg/h.

Quelle est la formule du débit de renouvellement d'air ?

Q (m³/h) = production d'humidité (g/h) / (humidité absolue intérieure - humidité absolue extérieure) (g/m³). En hiver avec 12 g/m³ intérieur et 4 g/m³ extérieur, un débit de 10 000 m³/h extrait 80 kg d'humidité par heure.

Quel COP prendre pour dimensionner un déshumidificateur thermodynamique ?

On utilise le COP nominal à 15 °C et 80 % d'humidité relative — généralement 2,5 à 4,5 selon l'appareil. La puissance frigorifique à installer = charge latente de pointe / COP nominal. Pour 280 kW de charge latente et COP 3, il faut 93 kW de puissance frigorifique installée.

La fiche AGRI-TH-117 impose-t-elle un bilan hygrique ?

La question ne se pose plus : la fiche AGRI-TH-117 a été abrogée par l'arrêté du 29 mai 2026, avec effet au 3 juin 2026, et la déshumidification en serre ne bénéficie plus d'aucun financement CEE. Elle n'imposait pas formellement de bilan hygrique, et un appareil sur-dimensionné générait la même prime qu'un appareil correctement dimensionné. Le bilan hygrique reste indispensable pour dimensionner l'appareil au plus juste. Pour un projet financé, voir la pompe à chaleur pour serre (AGRI-TH-108), en cours de révision avec des primes multipliées par trois.

Réaliser le dimensionnement aéraulique de votre serre

Le dimensionnement aéraulique complet d'une serre nécessite des données de transpiration localisées, des données météo pluriannuelles et une simulation mois par mois. Un calcul sur tableur avec des valeurs forfaitaires donne une première estimation, mais un dimensionnement fiable nécessite une itération sur les données réelles de la serre.

Les données à rassembler sont : la surface et le volume de la serre, le type de culture et la saison de production, les consignes de température et d'humidité, et les factures énergétiques existantes. La comparaison des méthodes est détaillée dans le comparatif déshumidification serre. Le hub des guides de dimensionnement serre couvre également le dimensionnement thermique.

Praxis Énergie Serres réalise le dimensionnement aéraulique complet dans le cadre d'un audit ou d'une étude de projet. Réaliser le dimensionnement de votre installation.