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Tian, Feng. Etude et optimisation des systèmes d'éclairage pour la croissance des plantes en milieu contrôlé

Tian, Feng (2016). Etude et optimisation des systèmes d'éclairage pour la croissance des plantes en milieu contrôlé.

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Résumé en francais

Les systèmes d'éclairage artificiels sont couramment utilisés pour la croissance des plantes en serre ou environnement contrôlé (culture hydroponique, hors sol, etc...). Leur principale fonction est d'améliorer la qualité et la quantité de la production agricole indépendamment des saisons et de l'ensoleillement. L'utilisation d'une source de rayonnement artificielle pour plantes (PARS pour "Plant Artificial Radiation Sources") signifie que la lumière du soleil n'a pas été l'unique source de lumière pour la production agricole, mais qu'elle a été remplacé ou complété par une source artificielle (PARS). Les serres ou les complexes de culture hydroponique avec éclairage artificiel (Plant Factory with Artificial Lighting, "PFAL"), notamment à LED, sont une technologie innovante pour l'agriculture moderne susceptible de changer fondamentalement certains concepts. Cependant, certaines difficultés persistent avec ces nouvelles techniques. Tout d'abord, par manque de formation ou d'information, certaines personnes ne comprennent pas les caractéristiques techniques des sources de lumière artificielle moderne. Deuxièmement, les mécanismes de photobiologie sous différents spectres sont encore mal définis en fonction des espèces de plantes. Troisièmement, le secteur agricole est une grande entité qui présente également une grande complexité de part la variabilité des cultures. En conséquence, les "PARS" ont généralement une faible efficacité et présentent une consommation énergétique élevée, ce qui devient le principal obstacle pour leur application. Les PARS et leurs systèmes sont la technique de base pour développer l'horticulture contrôlée, en particulier dans la culture hydroponique qui n'utilisent que les sources d'éclairage artificielle. Toutefois, la consommation d'énergie et les défauts de conception deviennent des difficultés rédhibitoires à leur mise en oeuvre. Par conséquent, la sélection d'une source de lumière efficace et l'optimisation des systèmes d'éclairage sont d'une grande importance. Connaître le type de spectre optimal pour une variété de plante ou d'algue nécessite donc des études plus approfondies. Les diodes électroluminescentes (LED) pour l'éclairage constituent une source de lumière de dernière génération compatible avec les puissances lumineuses nécessaires à la croissance de plantes. Par rapport aux sources traditionnelles, elles présentent des avantages incomparables tels qu'un rendement élevé, une longue durée de vie, un rayonnement relativement simple à contrôler par rapport aux sources de lumières classiques, une lumière dite "froide" (pas d'émission infra-rouge), de petite taille, robuste, etc. En outre, les systèmes d'éclairage à LED ("LED Lighting Systems", LLS) utilisent une alimentation en courant continu, ce qui est plus fiable et plus facile à contrôler. Par conséquent, les "LLS" deviennent de plus en plus populaire pour les chercheurs, ingénieurs, fabricants, biologistes et industriels du secteur agronomique. En particulier, les applications des LEDs pour la production agricole suscitent une vive attention dans le monde ces dernières années. Les sources de lumière à LED sont connues comme étant le choix idéal en horticulture sous conditions contrôlées (notamment vis-à-vis de leur faible consommation énergétique). Dans cette étude, nous aborderons principalement les nouvelles techniques "PARS" et "PFAL" comme facteurs environnementaux de base pour la croissance des plantes. Sur la base des caractéristiques des LEDs et du rayonnement photosynthétique actif (Photosynthetically Active Radiation, PAR), un système spécifique à base de LED a été conçu pour la croissance des plantes. Celui-ci peut ajuster dynamiquement la qualité, la quantité et la photopériode. Le spectre optimal pour une plante " standard " a été simulé et optimisé sur la base de rendement quantique relatif (Relative Quantum Efficiency, RQE). Nous avons étudié en particulier la spiruline en raison de son court cycle de vie mais aussi pour ses qualités nutritionnelles et médicinales. Enfin, nous avons concentré notre étude sur les impacts des spectres bleu et rouge pour la production de biomasse et du pigment clé (phycocyanine) de la spiruline.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Zissis, Georges
Buso, David
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :LED - Spirulina - PAR - Phycocyanin
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :14 Apr 2017 13:24