Développement d’un modèle calibré pour la simulation énergétique de serres et analyse des résultats à l’aide d’indicateurs de performance

En contexte québécois, la productivité des cultures en serre est limitée par l’ensoleillement et par les températures froides hivernales. La compétitivité des cultures québécoises par rapport aux importations provenant de pays où les conditions climatiques sont plus clémentes est une barrière à l’autonomie alimentaire de la société québécoise. La consommation énergétique associée au maintien des conditions de croissance optimales par les systèmes de chauffages et l’éclairage artificiel impacte particulièrement la compétitivité des cultures en serre au Québec. Le développement de modèles énergétiques de serres dans des outils de simulation thermique dynamique permet d’étudier le profil thermique des serres et d’évaluer les opportunités qui permettraient d’améliorer la performance énergétique de celles-ci. 
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\nL’objectif de ce mémoire est de développer une approche de modélisation et de calibration de serre en contexte québécois ainsi que de démontrer l’importance de l’utilisation d’indicateurs de performance appropriés pour l’analyse des résultats de ces simulations en fonction du contexte. Pour ce faire, un modèle représentant une serre en arche gothique existante a été développé sur l’outil de simulation thermique dynamique TRNSYS. Les résultats de la simulation de ce modèle de serre ont été calibrés en les comparant avec des données mesurées dans la serre pour la température et l’humidité de l’air ainsi que le rayonnement solaire. Des erreurs quadratiques moyennes de 1,83°C (R2 = 0,95), 7,78% (R2 = 0,76) et 60,63 μmol.s-1.m- 2 (R2 = 0,89) ont été obtenues pour la température et l’humidité de l’air intérieur, ainsi que le rayonnement photo actif à la canopée, respectivement. Ces résultats indiquent que le modèle présente une concordance adéquate entre les données mesurées et simulées. Cette conclusion est tirée en comparant ces résultats à des valeurs de références trouvées dans la littérature pour ces indicateurs statistiques dans le contexte d’une serre non-chauffée. 
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\nCette approche de modélisation est ensuite utilisée afin de comparer les conditions de croissances dans une serre à arche gothique et dans une serre chinoise partiellement enterrée localisées à Lemieux (46,3°N 72,1°O). Les conditions de croissance sont évaluées en utilisant des indicateurs de performance appropriés au contexte d’une serre non chauffée. La durée de la saison de croissance thermique est 22 jours plus longue et les degrés-jours de croissances pour la laitue sont plus élevés dans la serre chinoise que dans la serre à arche gothique. L’éclairage naturel à la canopée est similaire dans les deux serres. En revanche, les deux serres modélisées ne disposent pas d’une capacité de ventilation suffisante pour contrer la surchauffe de la serre en été. Ceci se traduit par un indice de surchauffe élevé de 142 h et 244 h dans la serre à arche gothique et dans la serre chinoise, respectivement. La fréquence des évènements de surchauffe de la serre est plus élevée dans la serre chinoise, ce qui affecte à la baisse l’indice photo-thermique pour la laitue. Ceci indique que la productivité annuelle serait moindre dans cette serre malgré les températures plus chaudes qui y sont enregistrées. 
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\nUn modèle a ensuite été réalisé pour étudier la consommation énergétique et les émissions de gaz à effet de serre (GES) de deux systèmes différents pour chauffer une serre à arche gothique située à Baie-Comeau (49,2°N 68,2°O). Les deux systèmes de chauffage comparés sont : un aérotherme au propane conventionnel et un système plus innovant pour la récupération de la chaleur fatale d’un centre de données. Le système de récupération de la chaleur permet de réduire les émissions de GES de 91% en contexte énergétique québécois. De plus, celui-ci consomme 66% moins d’énergie que l’aérotherme au propane toute source d’énergie confondue. L’appel de puissance électrique maximal du système de récupération de la chaleur fatale du centre de données est de 36,8 kW. L’éclairage artificiel de la serre à l’aide de lampes à décharge de sodium haute pression est requis pour maintenir un éclairage journalier minimal pour la culture de la laitue. Celui-ci consommerait 23 000 kWh d’électricité annuellement, soit 21,7% de la consommation énergétique annuelle de la serre équipée du système de récupération de chaleur dans le contexte de Baie-Comeau et cause un appel de puissance électrique supplémentaire de 30,9 kW.

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