Modélisation et valorisation des rejets (thermique et CO2) d’une production de champignons

Résumé

La production agricole en environnement contrôlé, qu’il s’agisse de serres ou de Plant Factories with Artificial Lighting (PFAL), exige d’importants apports en énergie et en CO₂. Dans un climat froid comme celui du Québec, ces besoins accentuent la dépendance aux intrants externes. Ce mémoire propose une approche circulaire fondée sur une synergie d’échanges de CO₂ et de flux thermiques entre une ferme de champignons (Mushroom Farm, MF) et une PFAL de légumes-feuilles. Les MF rejettent du CO₂ par la respiration des champignons et requièrent du chauffage, tandis que les PFAL consomment du CO₂ lors de la photosynthèse et engendrent généralement des excès de chaleur. L’interconnexion de ces deux productions vise à réduire simultanément la consommation d’énergie et la dépendance au CO₂ de source externe. Ce mémoire explore expérimentalement et numériquement cette synergie afin d’en évaluer les économies liées à l’injection de CO₂ et à la consommation d’énergie. Dans un premier volet, deux études expérimentales ont été menées afin de combler des lacunes de la littérature. La première, à petite échelle en chambre climatique, mesure le taux de respiration et les flux thermiques du substrat de shiitake durant l’incubation. La seconde, en chambre d’incubation à grande échelle, modélise le taux de respiration d’une production mixte pleurote-shiitake en fonction de la température intérieure. La comparaison des résultats de ces deux études avec la littérature démontre que le pleurote émet environ deux fois plus de CO₂ que le shiitake en incubation et jusqu’à cinq fois plus en fructification, tout en générant des flux thermiques significatifs. Ces essais ont permis d’élaborer un modèle prédictif des émissions de CO₂ en fonction de la température, du type de champignon et du stade de culture. Le second volet intègre ces résultats à des modules numériques de simulation d’un complexe de production agricole comprenant des conteneurs de champignons et de légumes-feuilles. Trois scénarios de production sont comparés, soit une culture de shiitake (scénario S), de pleurote (scénario O) et une culture mixte des deux (scénario M). Deux configurations sont analysées : un cas de référence (BC), où les conteneurs fonctionnent de manière indépendante, et un cas circulaire (CC), où les boucles d’air sont interconnectées pour permettre l’échange d’air entre les conteneurs. En configuration CC pour les scénarios pleurote et mixte, l’injection de CO2 n’est plus nécessaire, la consommation d’énergie des systèmes de chauffage, de ventilation et de conditionnement de l’air (CVCA) est réduite jusqu’à 32 % et l’appel de puissance est jusqu’à 47 % moindre. La synergie est particulièrement bénéfique lorsque les champignons produisent plus de CO₂ que les plantes n’en consomment, ce qui permet le refroidissement du PFAL grâce à l’air extérieur (free cooling) et réduit la consommation d’énergie du système CVCA du PFAL tout en maintenant le taux de CO₂ souhaité.

Date	12 janv. 2026
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Danielle Monfet (Directeur(-trice)) & Diane Bastien (Codirecteur(-trice))