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Évaluation des impacts énergétiques et environnementaux de différents modes d'agriculture urbaine en environnement contrôlé

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Léveillé-Guillemette, Frédéric (2019). Évaluation des impacts énergétiques et environnementaux de différents modes d'agriculture urbaine en environnement contrôlé. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La densification des villes, l’augmentation de la demande de production agricole, l’accessibilité alimentaire, la participation citoyenne, la promotion de l’économie locale, la réduction du transport ou la réduction de l’empreinte environnementale sont d’autant de raisons qui expliquent l’intérêt grimpant pour l’agriculture urbaine. Dans un climat québécois, les productions soutenues sur toute l’année doivent se faire dans des espaces contrôlés. Plusieurs types d’espaces d’agriculture contrôlée peuvent s’intégrer en ville : serres traditionnelles, serres sur toit ou encore des espaces d’agriculture intégrée au bâtiment (eAIB) comme des cultures hydroponiques empilées verticalement. Toutefois, les impacts potentiels de ces types de production peuvent être très différents et sont actuellement peu connus. Également, peu de données sont disponibles pour l’analyse de ces types de production. Dans une optique de réduction de l’empreinte environnementale de la production agricole, il importe de quantifier les impacts potentiels de ces nouveaux types de production.

L’objectif principal de ce mémoire est de quantifier les impacts environnementaux potentiels de différents types de production agricole en environnement contrôlé pouvant s’intégrer en ville dans un contexte énergétique québécois. Pour ce faire, quatre scénarios sont comparés en utilisant la méthode d’analyse environnementale du cycle de vie (ACV) : (1) une serre traditionnelle sur sol, (2) une serre sur toit, (3) un eAIB avec éclairage naturel et artificiel, (4) un eAIB avec éclairage artificiel uniquement, qui sont soit chauffées au gaz dans le cas des serres ou climatisés avec des systèmes électriques pour les eAIB. Comme il existe très peu de données disponibles sur les consommations énergétiques de tels scénarios, des modèles énergétiques sont montés pour chaque scénario à l’aide d’outils de simulation de la performance de bâtiment (SPB). Une calibration d’un premier modèle (serre sur sol) est également effectuée afin de renforcer la confiance dans les estimations des gains thermiques des plantes et des consommations énergétiques associées au maintien des conditions de culture (température et humidité). Le modèle calibré a permis d’évaluer certaines mesures de conservation de l’énergie. Parmi les mesures analysées, les économies d’énergie varient entre 5% et 30% et la mesure avec la période de retour sur investissement la plus rapide est l’isolation du mur nord (entre 9 et 16 ans à 3,36 $/GJ).

En ce qui a trait aux résultats de l’ACV, ils tendent à démontrer qu’aucun scénario ne performe mieux dans toutes les catégories d’impacts environnementaux. Les scénarios de la serre sur toit et de l’eAIB avec éclairage naturel obtiennent de meilleurs scores de façon générale pour l’ensemble des catégories. Le score du réchauffement climatique potentiel varie entre 0.62 et 2.79 kg CO2 eq. L’analyse de sensibilité effectuée tend à démontrer que les types d’éclairage et le transport n’affectent pas les tendances générales des résultats, mais que les sources d’énergie de chauffage peuvent grandement influencer les résultats. Au Québec, la priorité devrait être donnée à l’utilisation d’énergies renouvelables (maximisation de l’éclairage naturel, utilisation d’électricité pour le chauffage, etc.) pour réduire l’empreinte environnementale de la production agricole.

Titre traduit

Evaluation of energetic and environmental impacts of urban agriculture in controlled environment

Résumé traduit

Urban densification, increasing food demand, food accessibility, community empowerment, promotion of local economy, transport reduction or environmental footprint reduction are many reasons that explain the growing interest in urban agriculture. In Quebec’s climate, year-round productions are done in controlled spaces. Many types of agricultural controlled spaces can be integrated into a city: traditional greenhouses on ground, rooftop greenhouses, or even building integrated agricultural spaces (BIAs) like vertically stacked hydroponic production. However, potential impacts of these kind of productions vary greatly and are not well known. Also, there is a lack of data for the analysis of these productions. Considering the need to reduce the environmental footprint of food production, it is important to quantify the potential impacts of these new types of production.

The main objective of this thesis is to quantify potential environmental impacts of different urban agriculture production in controlled environment in the Quebec’s energetic context. To do so, four scenarios are compared using environmental life cycle assessment (LCA) methodology: (1) a traditional greenhouse on ground, (2) a rooftop greenhouse, (3) a BIAs with natural and artificial lighting, (4) a BIAs with artificial lighting only, that are either gas heated for the greenhouses or cooled using electric systems for the BIAs. Since there is little to no data available on the energetic consumption of these scenarios, building performance simulation (BPS) tools are used to create an energetic model of each scenario. The calibration of a greenhouse is also completed to reinforce the trust in the plant heat gains model and the estimated energetic consumption to maintain culture conditions (temperature and humidity). The calibrated model allowed the analysis of some energy-saving measures. Among the tested measures, the energy savings vary between 5% and 30%, with the insulation of the North wall having the shortest payback (between 9 and 16 years with 3.36$/GJ).

Regarding the LCA results, they tend to indicate that no scenario performs better in every environmental impact category. The rooftop greenhouse and the BIAs with natural lighting have generally lesser impacts than the other two scenarios. The global warming potential score varies between 0.62 and 2.79 kg CO2 eq for all scenarios. The sensitivity analysis tends to indicate that lighting type and transport distances do not affect the general trends in results. However, a change in the energy source can have great impacts on the results. In Quebec, in order to reduce the environmental footprint of food production, priority should be set to promote renewable energy use like maximising the natural lighting when possible and using electricity for heating.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire par articles présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie, énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 107-116).
Mots-clés libres: agriculture intégrée au bâtiment, agriculture urbaine, analyse du cycle de vie, simulation de la performance de bâtiment
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Monfet, Danielle
Codirecteur:
Codirecteur
Levasseur, Annie
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 06 août 2019 14:17
Dernière modification: 06 août 2019 14:17
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2348

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