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Dossiers

Utilisation des capteurs de CO2 de Vaisala dans la serre scientifique

Par Juhani Lehto, Chef de Produit, Vaisala, Finlande

Publication: 28 mai

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Les scientifiques de l’Université et de l’Institut de recherche de Wageningen aux Pays-Bas utilisent les capteurs de dioxyde de carbone Vaisala dans leurs serres de recherche depuis plus de dix ans...
 

Le dioxyde de carbone est un paramètre de mesure extrêmement important en botanique, non seulement parce que les plantes ont besoin de dioxyde de carbone pour se développer, mais aussi parce que les émissions environnementales contribuent au changement climatique, de sorte que d’énormes menaces et opportunités entourent ce gaz. La valeur du travail de l’institut, organisme de recherche de renommée mondiale, dépend en partie de la précision et de la fiabilité des capteurs. Il est donc important que la qualité des capteurs ne fasse l’objet d’aucun compromis.

Wageningen est l’un des moteurs de la recherche et du développement technologique dans le domaine de l’horticulture sous serre aux Pays-Bas. L’expertise de l’institut en matière de culture sous serre de plantes ornementales, de fruits et de légumes est unique. En collaboration avec des agriculteurs et des partenaires technologiques, il a développé de nouveaux systèmes de culture, des systèmes de contrôle du climat, des matériaux révolutionnaires de couverture de serre et d’autres innovations. L’application de ces nouvelles technologies a fait de l’horticulture sous serre aux Pays-Bas un leader mondial.

L’Institut de recherche sur les plantes exploite plus de 100 compartiments de serre sur son site de Bleiswijk. Les chercheurs sont ainsi en mesure de créer une grande variété de conditions environnementales. Les variables environnementales typiques sont la lumière, l’eau, le milieu de culture, les nutriments, la lutte (biologique) contre les parasites/maladies, la température, l’humidité et bien sûr le dioxyde de carbone (CO2) ; toutes ces variables ont des effets significatifs sur le rendement des cultures.

Le secteur horticole néerlandais vise à être neutre pour le plan climat d’ici 2040. Les chercheurs de Wageningen ont donc récemment construit une nouvelle serre de démonstration pour la culture de légumes, de fruits et de fleurs afin de trouver des moyens de réduire les émissions de CO2 tout en éliminant le besoin de produits chimiques pour la protection des cultures, d’eau et de nutriments. Les parasites et les maladies sont de préférence combattus de manière biologique et la serre à haut rendement énergétique réutilise autant que possible l’eau et les nutriments, ce qui permet une culture plus propre et de meilleurs rendements.

Dioxyde de carbone dans les serres

Le dioxyde de carbone est un sous-produit de nombreux processus dans les industries pétrolière, gazière et pétrochimique, mais il est également nécessaire aux plantes pour pousser grâce à la photosynthèse. Les exploitants de serres néerlandais ont donc collaboré avec le secteur industriel du pays pour utiliser ce sous-produit et contribuer ainsi à la lutte contre le changement climatique en réduisant les émissions nettes de CO2 du pays. Au niveau mondial, de nombreux exploitants de serres brûlent du gaz naturel pour produire du CO2, mais cela génère également de la chaleur qui peut ne pas être nécessaire pendant les mois d’été, de sorte qu’il est nettement préférable d’utiliser un sous-produit industriel.

Le dioxyde de carbone a été livré pour la première fois aux serres néerlandaises en 2005 via un réseau de tuyaux mis en place par la société Organic Carbon Dioxide for Assimilation of Plants (OCAP). Les exploitants de serres commerciales paient pour cet approvisionnement en CO 2, qui provient en grande partie d’une usine de bioéthanol. L’un des principaux travaux de recherches de l’Institut vise à optimiser l’utilisation du CO2, ainsi que d’autres variables de la croissance des végétaux. Par exemple, l’Institut a développé un outil de simulation pour le dosage du CO2 : le « CO2-viewer ». Ce programme contrôle et affiche les effets de la stratégie de dosage d’un cultivateur. Ainsi, il permet d’évaluer le dosage de CO2 autour de midi par rapport à un dosage effectué le matin. Les résultats de calcul de cette évaluation tiennent compte de toutes les caractéristiques pertinentes des serres et des paramètres de contrôle du climat.

Surveillance du dioxyde de carbone

Au bout d’environ 10 ans de fonctionnement, l’institut remplace environ 150 des sondes de l’ancien modèle par un modèle plus récent. L’étalonnage de toutes les sondes est vérifié avant le début de chaque projet au moyen de gaz de référence certifiés. Il est important que les données d’étalonnage soient traçables, de sorte que le certificat d’étalonnage de chaque sonde soit conservé et que les contrôles d’étalonnage ultérieurs soient documentés. Un indicateur de CO2 portable (un Vaisala GM70) équipé d’une sonde CO2 GMP 252 est aussi utilisé comme outil de validation pour vérifier les sondes installées, même s’il est inutile de procéder à un nouvel étalonnage.

Actuellement, les sondes installées par l’Institut fournissent des signaux de 4 à 20 mA qui alimentent des « ordinateurs du climat » programmés pour gérer automatiquement les serres. Ce système émet également des alarmes si le niveau de CO2 approche des niveaux dangereux pour une raison quelconque.

Technologie de capteurs de CO2

Le dioxyde de carbone absorbe la lumière dans la région infrarouge (IR) à la longueur d’onde de 4,26 µm. Cela signifie que lorsque le rayonnement IR traverse le gaz contenant du CO2, une partie du rayonnement est absorbée. Cela permet de mesurer cette absorbance. Le capteur de dioxyde de carbone CARBOCAP® de Vaisala est doté d’un filtre interféromètrique Fabry-Perot (FPI) innovant, micro-usiné et ajustable électriquement. Outre la mesure de l’absorption du CO2, le filtre FPI permet d’effectuer des mesures de référence au niveau d’une longueur d’onde en l’absence d’absorption. Lorsqu’il utilise les mesures de référence, le filtre FPI est accordé électroniquement pour éviter la longueur d’onde d’absorption. Cette mesure de référence compense toutes les modifications potentielles de l’intensité de la source lumineuse, ainsi que la contamination ou l’accumulation de saleté sur le chemin optique. Par conséquent, le capteur CARBOCAP® est très stable dans le temps. Et en intégrant les deux mesures dans un seul capteur, cette technologie compacte peut être incorporée dans des sondes, modules et transmetteurs de petit format.

Avec la technologie CARBOCAP®, les chercheurs n’ont pas à se soucier de la dérive de l’étalonnage ou de la défaillance des capteurs.

Recherche en sciences végétales sur le dioxyde de carbone

Deux projets sont actuellement en cours pour évaluer les effets des différents niveaux de CO2 sur la production végétale. L’une étudie les fruits tendres et l’autre les tomates. Cependant, le CO2 jouant un rôle si important dans la croissance des plantes et le changement climatique, la valeur des mesures précises de ce gaz ne cesse de croître. La plupart des serres sont désormais connectées à l’Ethernet de l’Institut et une grande variété de nouveaux capteurs sont sans cesse ajoutés au réseau de surveillance, ce qui permet d’utiliser de nouveaux capteurs « intelligents ».

Récapitulatif

La précision, la stabilité et la fiabilité des capteurs de CO2 à Bleiswijk sont clairement d’une importance vitale pour le succès des recherches de l’Institut, notamment parce que les données d’une serre sont souvent comparées aux données d’autres serres.

L’approvisionnement en CO2 a un coût ; il est donc important que cette ressource soit surveillée et fournie efficacement pour optimiser la production des plantes.

Il est clair que les mesures visant à réduire l’utilisation des combustibles fossiles et à développer des systèmes de gestion de l’énergie plus efficaces contribueront à réduire les émissions de CO2 des activités générant des gaz à effet de serre. Toutefois, l’importance de l’utilisation du CO2 est appelée à croître, étant donné l’objectif de neutralité climatique de 2040 et la nécessité pour le monde de trouver de nouveaux et meilleurs moyens de capter les émissions de CO2 d’une manière qui soit à la fois durable et économiquement viable.

http://www.vaisala.com/

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