Développement d’indicateurs de performance pour la caractérisation d’espace d’agriculture en environnement contrôlé à l’aide de modèles numériques

Sylvain, William (2025). Développement d’indicateurs de performance pour la caractérisation d’espace d’agriculture en environnement contrôlé à l’aide de modèles numériques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La production serricole au Québec, soutenue par des politiques visant une plus grande autonomie alimentaire, pose des défis majeurs en matière de performance énergétique. Or, la littérature scientifique dans ce domaine reste morcelée : les indicateurs de performance (IDP) utilisés sont souvent hétérogènes, centrés sur des aspects agronomiques ou énergétiques, et rarement adaptés aux conditions nordiques. De plus, peu d’approches offrent une méthode structurée pour relier les sorties de modèles numériques à des indicateurs réellement utiles pour l’analyse et la prise de décision en agriculture en environnement contrôlé (AEC).

Ce mémoire vise à développer un cadre d’évaluation standardisé pour analyser la performance thermique, radiative et énergétique des espaces AEC à l’aide d’indicateurs de performance. Pour ce faire, deux approches de modélisation sont utilisées : un modèle quasi-statique simplifié, intégré à un chiffrier Excel, et un modèle dynamique détaillé, simulé sous TRNSYS. L’objectif est d’identifier, tester et comparer des IDP, tout en évaluant la capacité des deux outils à produire des résultats fiables, reproductibles et utiles dans divers contextes québécois.

L’analyse a permis de sélectionner 10 indicateurs parmi un corpus initial de 16 issus de la littérature, en privilégiant ceux qui sont à la fois représentatifs, non redondants et applicables à différents types d’espace AEC. Ces indicateurs thermiques, radiatifs et énergétiques ont été évalués selon trois climats du Québec, afin de tester leur application. À la suite de l’analyse de leurs avantages et limites, deux nouveaux indicateurs ont été proposés : la saison de croissance thermique limite (TGSLLimit), qui combine les contraintes de température et d’éclairage pour estimer la période réellement favorable à la culture sans apport énergétique externe. Ce dernier a permis de révéler une saison de croissance plus courte d’un à deux mois que celle estimée à partir d’indicateurs traditionnels.

Ce travail propose ainsi une méthode complète, flexible et reproductible pour l’évaluation de la performance des espaces AEC. En combinant modélisation numérique et sélection rigoureuse d’indicateurs, il fournit un outil concret pour améliorer la conception, la planification énergétique et les stratégies culturales en environnement contrôlé. Cette approche contribue à une agriculture plus durable, résiliente et adaptée aux conditions climatiques du Québec.

Titre traduit

Development of performance indicators for the characterization of controlled environment agriculture spaces using numerical models

Résumé traduit

Greenhouse production in Quebec, driven by policies aimed at greater food autonomy, faces significant challenges in terms of energy performance. However, the scientific literature in this field remains fragmented: key performance indicators (KPI) are often heterogeneous, focused on either agronomic or energy aspects, and rarely tailored to northern climate conditions. Moreover, few approaches offer a structured method to link numerical model outputs with indicators that are truly useful for analysis and decision-making in controlled environment agriculture (CEA)

This thesis proposes a standardized evaluation framework to analyze the performance of agricultural greenhouses using key performance indicators. Two modeling approaches are used: a simplified quasi-static model built in Excel, and a detailed dynamic model simulated in TRNSYS. The objective is to identify, test, and compare relevant KPI while assessing the ability of both tools to generate reliable, reproducible, and actionable results in different Quebec contexts.

The analysis led to the selection of 10 indicators from an initial set of 16 found in the literature, prioritizing those that are representative, non-redundant, and applicable to various CEA types. These thermal, radiative, and energy indicators were evaluated across three Quebec climates to assess their robustness and applicability. Based on their strengths and limitations, two new indicators were introduced: the Thermal Growing Season Limit TGSLLimit, which measures the actual growing season length based on a critical thermal threshold, and the Overall Growing Season Length (OGSL), which integrates both temperature and lighting constraints to estimate the period truly favorable to crop growth without external energy inputs. This latter indicator revealed growing seasons that are one to two months shorter than those estimated by the traditional KPI.

This work thus proposes a complete, flexible, and reproducible method for evaluating CEA performance. By combining numerical modeling with a rigorous selection of standardized indicators, it provides a practical tool for improving design, energy planning, and crop strategies in controlled environments. This approach contributes directly to a more sustainable and resilient agriculture, adapted to Quebec’s climate realities.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par article présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de de la maîtrise avec mémoire en génie énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 113-133).
Mots-clés libres:	indicateurs de performance, serres, performance énergétique, simulation thermique dynamique, modélisation énergétique de serre
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Monfet, Danielle
Codirecteur:	Codirecteur Haillot, Didier
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	19 sept. 2025 18:46
Dernière modification:	19 sept. 2025 18:46
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3693

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