Modélisation et optimisation de la croissance de la laitue dans un système agrivoltaïque dynamique

Modeling and optimization of lettuce growth in dynamic agrivoltaic systems

• Auteur / Autrice : Benoît Valle
• Direction : Thierry Simonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecophysiologie et adpatation des plantes
• Date : Soutenance le 26/06/2017
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ecophysiologie des Plantes Sous Stress Environnementaux - LEPSE - Montpellier SupAgro
• Jury : Président / Présidente : Jacques Wery
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Simonneau, Jacques Wery, Hélène Gautier, Marie-Odile Bancal, Angélique Christophe, Didier Combes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Gautier, Marie-Odile Bancal

Mots clés

Mots clés libres

Agrivoltaïque

Laitue

Microclimat

Ombre

Lumière

Tracker solaire

Agrivoltaics

Lettuce

Microclimate

Shade

Light

Solar tracker

Résumé

L’agrivoltaïque, combinaison de panneaux photovoltaïques et d’une culture sur le même sol, a été proposé en 1982 comme solution au conflit d’usage des sols. Lancé en 2010 à Montpellier, le concept associant panneaux fixes et diverses cultures a fait la preuve d’une productivité combinée de la parcelle améliorée grâce, notamment, à l’acclimatation de la culture à l’ombre. Dans cette thèse, les panneaux fixes ont été échangés par des panneaux orientables au cours de la journée. L’objectif était d’optimiser l’orientation des panneaux pour maximiser la productivité combinée de la parcelle sans pénaliser la culture. Pour cela, la croissance et le développement de laitues ont été analysés en conditions contrôlées et en plein champ sous différentes modalités d’ombrage par panneaux fixes ou mobiles. Les panneaux mobiles ont permis d’améliorer la productivité combinée de la parcelle par rapport à des panneaux fixes, avec un maintien de la production agricole dans certaines conditions. Une approche écophysiologique basée sur le développement de la plante, sa capacité à intercepter et convertir le rayonnement en biomasse, a révélé que les modalités d’ombrage avaient peu d’impact sur la mise en place de la surface foliaire malgré des différences de biomasse accumulée en rapport avec le rayonnement transmis à la plante. Des modifications du développement foliaire ont conduit à une meilleure utilisation du rayonnement transmis lorsque celui-ci était réduit. Ce travail a débouché sur une modélisation de l’impact de l’orientation des panneaux sur la biomasse des laitues permettant d’optimiser le pilotage des panneaux en fonction du scénario climatique et des objectifs de productions.

Agrivoltaic systems, combining solar panels and crops on the same land were proposed in the early 1980’s as a solution to solve land use conflict. Introduced in 2010 in Montpellier, the concept has proven itself associating fixed panels to multiple food crops. Total land productivity was improved, thanks to plant acclimation to shade. In this thesis, fixed panels were replaced with mobile panels, adjustable along the day. The aim of this work was to optimize solar panel orientations to maximise total land productivity without threatening the crop culture. Growth and development of lettuces were analysed in controlled conditions and in the field under several shading conditions by fixed or mobile panels. Total land productivity was improved with mobile panels in comparison with fixed panels, maintaining lettuce yield under certain conditions. Through an ecophysiological approach based on plant development and its ability to intercept and convert light into biomass, the different shading conditions were shown to have a small impact in the plant leaf area dynamic despite large differences in accumulated dry mass associated with transmitted radiation at the plant level. This was due to differences in leaf development resulted in higher use of the transmitted radiation when it was reduced. This study proposed a modelling approach of the incidence of panel orientations on lettuce dry mass at harvest. The model allows an optimisation of solar panels controlling as a function of climate scenario and crop and electricity production objectives.