Approche système pour la conception de serres de culture durables

Systemic approach for the design of sustainable greenhouses

• Auteur / Autrice : Samuel Sourisseau
• Direction : Michel Havet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 18/09/2024
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole nationale vétérinaire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Emmanuel Bournet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Danielle Monfet, Jérémy Pruvost, Cyril Toublanc, Étienne Chantoiseau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francisco Domingo Molina Aiz, Étienne Wurtz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Modelica (langage de programmation)

Simulation, Méthodes de

Multiphysique

Mots clés libres

Modélisation multiphysique

Simulation

Modelica

Transferts thermiques

Multiphysics modelling

Simulation

Modelica

Heat and mass transfer

Résumé

La culture sous serre de plantes comme la tomate offre un certain nombre d’avantages pour les producteurs, mais elle s’accompagne d’une importante consommation énergétique en très large majorité d’origine fossile. Afin d’évaluer numériquement la faisabilité de nouveaux concepts d’enceintes de production végétale durables et compétitives, il est nécessaire de prendre en compte un ensemble de phénomènes fortement couplés. L’intégration de solutions ne peut être examinée qu’à l’aide d’un modèle multiphysique global et d’indicateurs variés : climat intérieur, flux d’énergie et de matière (eau, CO2), production agronomique. Cette thèse met en œuvre une approche système s’inscrivant dans la continuité des développements de modèles climatiques et énergétiques de serre de la littérature. Des évolutions ont été apportées et de nouveaux modèles spécifiques à la prise en compte de certains aspects et phénomènes, ont également été implémentés. Dans un contexte prospectif, la calibration a été évitée autant que possible, au profit de la mise en œuvre de méthodologies particulières de paramétrage. À l’issue de ces développements, l’approche système a été validée par la simulation d’un modèle de compartiment de serre expérimentale à l’échelle d’une année de production. La régulation des systèmes constituant non seulement un levier important dans l’évaluation d’évolutions des pratiques de conduite de culture, mais aussi un prérequis pour celle de l’intégration de nouveaux équipements, une implémentation réaliste et générique du contrôle a donc été réalisée et exploitée à travers quelques exemples illustrant les possibilités d’utilisation de l’outil de simulation.

Although greenhouse cultivation has some advantages for plants such as tomato, the current practices have some drawbacks such as an important energy consumption with a high dependency on fossil fuels. In order to evaluate numerically the feasibility of new sustainable and competitive greenhouse concepts, highly coupled phenomena shall be taken into account. The assessment of solutions can only be done using a global multiphysics model and various indicators: indoor climate, energy and mass flux (water, CO2), yield and biology. This thesis applies a systematic approach, within the framework of greenhouse climate and energy dynamic models in the literature. Starting from recent implementations, evolutions have been done taking benefits from other domains. New models have also been developed to account for some specific phenomena. In a prospective context, calibration has been avoided and dedicated methodologies were set for parametrization. Then, the systemic approach was validated through the development and the simulation of the global model of an experimental greenhouse at a full production year time scale, for which a sizeable dataset was available. Since systems control is not only an important lever to evaluate the impact of changes in cultivation practices, but also a prerequisite to assess the integration of new equipment, a realistic and generic control implementation was done and used in some examples illustrating the resulting simulation tool possibilities.