Modélisation des espaces d’agriculture en environnement contrôlé à haute densité

Résumé

L’agriculture en environnement contrôlé (AEC), tel que les serres, et l’agriculture en environnement contrôlé à haute densité (AEC-HD), aussi connu sous les termes « plant factory » ou « vertical farm », visent à augmenter la productivité en découplant le microclimat de production des aléas de la météo, ce qui augmente considérablement la consommation d’énergie. De plus, l’uniformité du microclimat de production est essentielle pour obtenir un produit uniforme et mitiger l’apparition de maladies. Actuellement, les modèles énergétiques d’espaces d’AEC, souvent développés pour une application précise, ne sont pas assez flexibles pour un usage général et ne sont pas disponibles publiquement. Il n’existe pas actuellement d’outils de simulation énergétiques validés permettant de modéliser adéquatement les interactions énergétiques des espaces d’AEC, et par extension des espaces d’AEC-HD qui permettent de quantifier l’impact de différentes enceintes, systèmes énergétiques et contrôles. Ainsi, l’objectif principal des travaux de recherche de cette thèse est de développer une méthode de modélisation énergétique des espaces d’AEC-HD basé sur l’utilisation d’outils de simulation de la performance énergétique du bâtiment (BPS) en tenant compte de l’uniformité du microclimat de production. La méthodologie utilisée est basée sur la modification d’outils existants de dynamique des fluides numériques (CFD) et de BPS, c.-à-d. ANSYS Fluent et EnergyPlus, afin d’y intégrer les phénomènes physiques associés aux plantes cultivées. Cette thèse par article aborde plusieurs facettes de la modélisation des espaces d’agriculture en environnement contrôlé à haute densité (AEC-HD) tel que le bilan d’énergie à la feuille, la photosynthèse, la résistance à l’écoulement et l’impact des coefficients de transfert de chaleur convectifs des surfaces internes sur les résultats de simulation. Cette thèse apporte trois contributions originales soit : (1) une méthode d’optimisation de la distribution de l’air dans un espace d’AEC-HD tenant compte de l’uniformité du microclimat de production, (2) l’intégration de la résolution du bilan d’énergie à la feuille dans un outil de BPS à l’aide d’une interface graphique simplifiée et (3) l’évaluation des algorithmes de calcul des coefficients de transfert de chaleur convectifs (CHTCs) des surfaces internes à partir de valeurs de références issues d’un modèle CFD pour leur utilisation dans un outil BPS. Ces trois contributions viennent épauler les professionnels du domaine de la mécanique du bâtiment qui pourront améliorer leur processus de modélisation, de conception et d’opération des espaces d’AEC-HD et des systèmes énergétiques associés à ces espaces.

Date	1 août 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Danielle Monfet (Directeur(-trice))