Une serre agricole expérimentale pour optimiser les micro-climats

Le laboratoire LSIS de l’Université de Toulon développe un nouveau système de contrôle climatique par ordinateur. Plus performant, il permettra de réaliser d’importantes économies d’énergies tout en optimisant la croissance des plantes sous serre.

Elle fait partie de ces petits secrets dont recèle le campus de La Garde. À l’ombre du bâtiment R, cachée par de petits palmiers et l’escalier en colimaçon attenant au parking, se trouve une serre agricole d’à peine 80 m2. Ici poussent près de 200 kg de tomates cette année. Pas vraiment de quoi faire un repas au restaurant universitaire. Ce n’est de toute façon pas l’objectif poursuivi par le laboratoire des Sciences de l’Information et des Systèmes (LSIS) de l’Université de Toulon.

Frédéric Lafont, maître de conférences au département Génie Industriel et Maintenance (GIM) de l’IUT, Jean-François Balmat, maître de conférences à l’UFR Sciences et Techniques, département Physique, Abdouramane Moussa Ali, maître de conférences au département Génie Mécanique et Productique (GMP) de l’IUT et Nathalie Pessel, maître de conférences au département Métiers du Mutimédia et de l’Internet (MMI) de l’IUT cherchent à y développer un nouveau système de contrôle climatique par ordinateur.

« Les systèmes actuels en serre suivent des règles logiques selon un système binaire : si la température dépasse un seuil prédéfini, l’automate se déclenche pour rafraîchir ou réchauffer l’air ambiant. Un peu comme un convecteur électrique, expliquent-ils. Ce que nous cherchons à développer c’est une loi de contrôle qui permette d’optimiser la croissance de plantes tout en réduisant les coûts énergétiques. »

Commande sans modèle

Le système maintiendrait des températures et un niveau d’hygrométrie constants dans la serre agricole, quelles que soient les conditions climatiques extérieures. Et c’est là que se situe toute la difficulté : le modèle mathématique qui régit une serre peut varier jusqu’à trois fois quotidiennement.

« C’est un système particulièrement complexe », soulignent les chercheurs.

Algorithme flou, commande optimale ou multi-modèle, réseaux de neurones… Les quatre scientifiques ont adapté de nombreuses théories avec des résultats plus ou moins satisfaisants. Jusqu’au jour où Michel Fliess, directeur de recherche au CNRS et enseignant à l’école Polytechnique, leur a proposé d’appliquer sa Commande sans modèle (CSM). Théoriser en collaboration avec Cédric Join, maître de conférences au CRAN, la CSM est déjà appliquée dans l’industrie automobile pour simplifier la commande de vanne de moteur diesel, la régulation de barrages hydrauliques ou de feux de circulation.

La CSM fait merveille. Au point que les scientifiques du LSIS ont déposé une demande d’invention auprès de la SATT. Sur une nuit, le système permet de gagner deux minutes de chauffage dans une serre de 80 m2. A l’échelle des serres varoises (certaines font 5000 m2) ou hollandaises (plusieurs hectares) les économies seraient substantielles.

Contrôle à distance

L’interface de gestion prend en compte l’ensoleillement, la température, le niveau d’hygrométrie, les conditions météorologiques extérieures comme la pluie, la direction et la vitesse du vent. Elle intervient seule selon les besoins de la plante mais des modifications peuvent néanmoins être opérées à distance par l’utilisateur afin de palier d’éventuels défauts de capteur. Une application pour smartphones peut être envisagée.

Par ailleurs, pour mettre au point leur système, les scientifiques ont récolté durant plusieurs années (et récoltent toujours) des données météorologiques très précises. Elles sont consultables en ligne.