Amélioration du comportement thermique d'une serre nordique communautaire. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Improvement of the thermal behavior of a northern community greenhouse

Amélioration du comportement thermique d'une serre nordique communautaire.

Résumé

Due to the difficult access to their territories, Northern Canada’s Inuit have faced major adaptation challenges in recent decades, notably in terms of food and energy. Traditional food from hunting, fishing and gathering activities is increasingly difficult to obtain, while European and Canadian foods brought by air or by sea are increasingly expensive. Culture in greenhouses appears as a solution allowing to improve access to fresh vegetables by reducing the ecological and financial costs linked to the transportation of these.The scientific literature on the physical study of northern greenhouses and energetic data (temperature, electricity consumpion, etc.) is scarce. The first part of this thesis has to do with the pinpointing of northern greenhouses existing in North America and shows that this subject is relatively recent. On the other hand, this literature review revealed that the majority of counted greenhouses are not adapted to a cold climate, hence short growing seasons.The second part of this work focuses on the experimental aspect. Data coming from an instrumentation campaign in a northern greenhouse were analysed to demonstrate the relevance of the establishment of a daily thermal energy storage (TES) system. The dimensioning and construction of this system using air as a coolant fluid and local rocks as storage material are also presented. The instrumentation of the rockbed which stores heat has allowed to study energetical data during charge and discharge phases of the stock. This analysis demonstrated the positive impact of the set up of the TES system on the thermal behavior of the greenhouse.The last part of this work concerns the modeling of the thermal behavior of the greenhouse and the TES system. As a matter of fact, the numerical simulation of the climate in a greenhouse is basic in order to understand the improvement mechanisms of existing greenhouses and/or to optimize the conceiving of enclosures for vegetable production in a northern environment. Indeed, a nodal model of the greenhouse and an independent model of the TES system are detailed and validated. A process of calibration about the numerical values of the models’ parameters is also developed to improve the performances of these models.
Vivant sur des territoires isolés où aucune route terrestre ne permet de se rendre, les Inuits du nord canadien (Nunavik) font face, depuis les dernières décennies, à de grands défis d’adaptation, notamment sur le plan de l’alimentation et de l'accès à l'énergie. La nourriture traditionnelle issue des activités de chasse, de pêche et de cueillette est de plus en plus difficile à obtenir, tandis que les aliments euro-canadiens apportés par avion ou par bateau coûtent de plus en plus cher. La serriculture apparaît alors comme une solution permettant d'améliorer l'accès aux légumes frais en réduisant les coûts écologique et financier liés au transport de ces légumes.La littérature scientifique portant sur l'étude physique des serres nordiques et les données énergétiques (température, consommation d’électricité, etc.) sur le sujet sont rares. Dans un premier temps, nous avons recensé les serres nordiques existantes d'Amérique du Nord, et nous avons montré que le sujet est relativement récent. Par ailleurs, cette revue de littérature a révélé que la majorité des serres dénombrées ne sont pas adaptées au climat froid, conduisant à des saisons de cultures courtes. Ensuite, nous avons abordé l'aspect expérimental. Les données issues d'une campagne d’instrumentation de la serre nordique de Kuujjuaq ont été analysées afin de démontrer la pertinence de l'installation d'un système de stockage thermique journalier. Le dimensionnement et la construction de ce dernier, utilisant l'air comme fluide caloporteur et des roches locales en tant que matériau de stockage, sont également présentés. L'instrumentation du lit de roches stockant la chaleur a permis l'étude des données énergétiques durant les phases de charge et de décharge du stock. Cette analyse a démontré l'impact positif de l'installation du système de stockage sur le comportement thermique de la serre. Enfin, nous avons modélisé le comportement thermique de la serre et du système de stockage. En effet, la simulation numérique du climat sous serre est essentielle afin de comprendre les mécanismes d'amélioration des serres existantes et/ou d'optimiser la conception des enceintes de production végétale en milieu nordique. Ainsi, un modèle nodal de la serre et un modèle du système de stockage sont détaillés et validés. Un processus de calibration portant sur les valeurs numériques des paramètres des modèles est également développé afin d'en améliorer les performances.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03368948 , version 1 (07-10-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03368948 , version 1

Citer

Paul Piché. Amélioration du comportement thermique d'une serre nordique communautaire.. Physique [physics]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2021. Français. ⟨NNT : 2021PAUU3013⟩. ⟨tel-03368948⟩
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