Elaboration d’un modèle du climat distribué à l’échelle de l’abri et de la plante en cultures ornementales sous serres : analyse des transferts de masse et de chaleur, bilans énergétiques

par Benjamin Morille

Thèse de doctorat en Sciences de l’environnement

Sous la direction de Pierre-Emmanuel Bournet.


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique instationnaire permettant de simuler l’évolution du climat distribué sous serre pour des conditions de nuit en présence de chauffage et pour des conditions diurnes où l’influence du rayonnement solaire est prépondérante. La thèse s’appuie sur des approches expérimentales et numériques qui ont pour ambition d’être appliquées à deux situations, hivernales et pré-estivales correspondant aux problématiques auxquelles les producteurs doivent faire face : gestion de la température et de l'humidité avec une préoccupation de réduction des consommations énergétiques. Des campagnes de mesures ont été menées au printemps 2010 et à l’hiver 2011 pour, d'une part, améliorer la compréhension des interactions entre les paramètres climatiques, et d'autre part, fournir des données d’entrée et de validation aux modèles numériques. Les campagnes de mesures de nuit (hiver 2011) en présence de chauffage ont mis en évidence les besoins plus importants en chauffage et les températures de toiture plus basses lors des nuits claires. Les campagnes de mesure menées au printemps 2010 ont permis mettre en évidence l’influence prépondérante du rayonnement solaire sur la température et la transpiration du végétal ainsi que le phénomène de stockage-restitution de chaleur dans le sol. Enfin, la forte sensibilité du taux d’humidité ainsi que la moindre dépendance de la température vis-à-vis de la « qualité » de la ventilation a été démontrée. Les données expérimentales sont exploitées afin de mettre en oeuvre les modèles de transpiration adaptés aux conditions de culture sous serre. Les bilans hydriques réalisés sur le végétal divisé en deux couches fournissent des informations précieuses sur la distribution de la transpiration et des contributions de chaque couche. Les simulations numériques sont réalisées en 2D instationnaire, en application sur une situation nocturne (nuit claire et nuit nuageuse) et une situation diurne (journée parfaitement ensoleillée). Elles intègrent deux éléments novateurs : la résolution de l'ETR dans le couvert végétal et l'utilisation d'une routine permettant de simuler la condensation. L'évolution des paramètres climatiques simulés est validée sur la base des données expérimentales. Il apparait cependant que les écarts de température et d'humidité entre l'air dans et au dessus du végétal sont sous estimés. Enfin, les modèles numériques sont exploités pour réaliser des bilans hydriques et énergétiques.


  • Résumé

    The objectives of this thesis are to develop a numerical tool which would be able to provide exhaustive information on the evolution of the distributed climate in a greenhouse. The thesis is based on experimental and numerical approaches and aims for giving information on the main concerns of the growers: the temperature and the humidity management with a special attention giving to the reduction of the energy consumptions. This is the reason why the study considers two situations in which these main concerns are the most pronounced. Experimental investigations on the climatic parameters have been led at the end of spring 2010 and at winter 2011 in order to increase the comprehension of the interaction between the physical mechanisms governing the climate and to provide data carry on the numerical part of this study. The higher heating needs and lower roof wall temperature during clear nights were evidence as well as most important role played by the solar radiation during days especially on temperature, the crop transpiration and the phenomenon of storage and restitution of heat in the ground. Then, the sensible ventilation efficiency impact on humidity and the lower on temperature are evidenced. Last, experimental data were also exploited through the application of transpiration models adapted to greenhouse conditions. Water balance on a crop divided into two layers provides supply information on the transpiration distribution. The unsteady 2D simulations consider night (clear, cloudy) and daytime (under clear sky conditions) situations. Innovative improvements are implemented into existing models : the RTE is solved in the canopy volume and provide the exact absorbed radiation in each crop layer all along the day and a condensation sub-routine is activated to simulate humidity rate evolution during the night. Models are validated against a large number of experimental climatic parameters. Simulations show good agreements with experimental data even if slight underestimations of humidity and temperature differences between above and inside crop air evidence the need of improvements on this point. Last, water and energy balances are obtained thanks to these models.

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Informations

  • Détails : 1 vol. 286 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. (219-224 p.)

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  • Bibliothèque : AGROCAMPUS OUEST. Bibliothèque Générale de Rennes.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : D 69
  • Bibliothèque : AGROCAMPUS OUEST. Institut national d'horticulture et de paysage. Bibliothèque générale.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : Th AO (BG-2014/068)
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