Lamiae
Sommaire: Etude de la convection sous serres fermées et ouvertes en présence de la plante
Introduction générale
Chapitre I. Généralités et synthèse bibliographique
I.1. Modélisation du système serre
I.1.1. Les échanges radiatifs
I.1.1.1. Les échanges radiatifs de courtes longueurs d’ondes
I.1.1.2. Les échanges radiatifs de grandes longueur d’ondes
I.1.2. Les échanges conductifs
I.1.3. Les échanges convectifs.
I.1.4. Les échanges de vapeur d’eau
I.1.4.1. Transpiration.
I.1.5. Aération naturelle des serres
I.1.5.1. Techniques de mesure du taux de ventilation
a) Taux de ventilation
b) Méthode du bilan d’énergie
c) Méthode du gaz traceur
d) Méthode du pic d’injection (utilisant NO)
e) Méthode d’enrichissement en continu
I.1.5.2. Modélisation de l’aération naturelle
a) Effet cheminée
b) Effet du vent
c) Combinaison de l’effet cheminée et l’effet du vent
I.2. Simulation numérique du climat sous serre
I.2.1. Principes de la simulation par l’approche CFD
I.2.1.1. Simulation des écoulements d’air dans les couverts végétaux
I.3. Circulation générale de l’air dans les serres tunnels
I.4. Conclusion
Chapitre II. Modèle physique
II.1.Equations de base
II.1.1. Equation de continuité
II.1.2. Equation de quantité de mouvement
II.1.3. Equation d’énergie
II.1.4. Simplification du système d’équation
II.1.4.1. Système d’équations retenu
II.2. Equation de diffusion de masse
II.2.1. Synthèse du système d’équations
II.3. Ecoulements laminaire et turbulent sous serre
II.3.1. Modélisation de la turbulence
II.3.2. Modélisation RANS
II.3.2.1. Approche statistique
II.3.2.2. Equations de Reynolds
II.3.2.3. Le concept de viscosité turbulente
II.3.3. Modèles RANS au premier ordre
II.3.3.1. Modèles algébriques (à zéro équation)
II.3.3.2. Modèle à une équation de transport (Prandtl- Kolmogorov)
II.3.3.3. Modèle à deux équations de transport (Modèle e-k
II.3.3.4. Bilan d’équations à résoudre pour le modèle e-k
II.4. Mécanismes de mouvement d’air dans les serres.37
II.4.1. La convection naturelle (Approximation de Boussinesq)
II.4.2. La convection forcée par le vent
II.4.2.1. Profil logarithmique de Prandtl
II.5. Prise en compte des effets de la végétation sous serre
II.5.1. Effet dynamique (approche milieu poreux)
II.5.2. Effets thermique et hydrique
II.5.2.1. Bilan d’énergie dans la végétation
II.5.2.2. Résistance aérodynamique
II.5.2.3. Résistance stomatique
Chapitre III. Modèle numérique
III.1. Discrétisation des équations décrivant les écoulements
III.1.1. Méthodes de discrétisation
III.1.1.1. Méthode des différences finies
III.1.1.2. Méthode des éléments finis
III.1.1.3. Méthode des volumes finis
III.1.2. Forme générale des équations de conservation
III.1.3. Discrétisation de l’équation générale de conservation
III.1.4. Flux des interfaces
III.1.4.1. Flux de convection
III.1.4.2. Flux de diffusion
III.2. Algorithme PISO
III.3. Méthodes de résolution
Chapitre IV. Simulation de la convection sous serres tunnels
IV.1. Simulation de la convection sous tunnels de forme classique
IV.1.1. Description de la serre
IV.1.2. Modélisation du problème par un logiciel CFD
a) Etat découlement
b) Propriétés du fluide
c) Domaine découlement
d) Définition du maillage
e) Conditions aux limites
f) Modélisation de la culture
g) Conditions initiales
h) Temps de simulation de l’écoulement
IV.1.2.1. Cas des tunnels fermés
a) Tunnel fermé vide
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température d’air
b) Tunnel fermé cultivé
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température d’air
IV.1.2.2. Cas des tunnels ouverts
a) Tunnel ouvert vide
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température d’air
b) Tunnel ouvert cultivé
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température d’air
IV.2. Simulation de la convection sous tunnels de côtés verticaux
IV.2.1. Description de la serre
IV.2.2. Modélisation mathématique du problème
IV.2.2.1. Cas des serres fermées
a) Serre fermée vide
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température dair
b) Serre fermée cultivée
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température d’air
IV.2.2.2. Cas des serres ouvertes
a) Serre ouverte vide
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température d’air
b) Serre ouverte cultivée
i) Champ de vitesse et circulation d’air
ii) Champ de température d’air
IV.3. Résumé des résultats obtenus
Conclusion générale
Perspectives
Bibliographie
Annexe A : Définition de la géométrie d’un tunnel ouvert
Annexe B : Lignes de courant et les profils de vitesse
♣ Extrait du mémoire
Chapitre I: Généralités et synthèse bibliographique
I.1. Modélisation du système serre :
La serre forme un système biologique et énergétique complexe dans lequel la plupart des modes d’échange thermique et de masse sont mis en jeu:
Ø les échanges radiatifs de courtes et grandes longueurs d’onde.
Ø les échanges par conduction au travers du sol et des parois.
Ø les échanges par convection à la surface de la couverture, des plantes et du sol.
Ø les échanges de vapeur d’eau au niveau du sol et des plantes (évapotranspiration).
Ø le renouvellement d’air dû à la perméabilité de la serre ou à une ventilation.
Les différents modes d’échanges définis ci-dessus n’ont pas la même importance et certains peuvent être simplifiés ou négligés suivant la précision recherchée et l’objectif de la simulation.
Cette approche « système serre » qui considère la serre comme étant un système de production, constitué de différents composants physiques et ainsi biologiques qui échangent entre eux des flux d’énergie sensible et latent, était la base d’un grand nombre de travaux de modélisation destinés à appréhender les phénomènes du transfert de chaleur et de vapeur eau qui régissent le climat intérieur des serres agricoles.
I.1.1. Les échanges radiatifs :
Le rayonnement solaire constitue une source d’énergie naturelle faisant chauffer le système terrestre. La partie qui nous parvient se situe dans une bande spectrale grossièrement comprise entre 0.3 et 2.5µm de longueur d’onde où, sa répartition par régions spectrales est:
* proche de l’ultra violet, caractérisé par une longueur d’onde comprise entre 0.3 et 0.4µm. Cette partie du rayonnement ne représente que quelque % de l’énergie totale.
* le visible caractérisé par un domaine de longueur d’onde allant de 0.4 à 0.8µm. Il représente environ 45% de l’énergie totale.
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