Mise en contexte
Les fermes de champignons et les serres ont un besoin très important: gérer le dioxyde de carbone (CO2) de leur environnement. D’un côté les serres ont besoin de CO2 lors de la photosynthèse des plantes, CO2 qui provient soit de l’air extérieur (coûteux en énergie l’hiver), soit de la combustion de gaz naturel (coûteux au niveau environnemental), soit par des systèmes de supplémentation de CO2 pur (coûteux au niveau financier). D’un autre côté, les fermes de champignon en environnement contrôlé doivent rejeter le CO2 généré par la respiration des champignons, ce qui est très coûteux énergétiquement, été comme hiver.
C’est dans une approche écosystémique que le projet est né, avec l’intention d’augmenter le rendement global des installations de production alimentaire. Afin d’y arriver, une collaboration de recherche a été créée entre ALTE Coop (spécialiste technique), Mycotrophe (spécialiste champignons) et le Laboratoire Thermique et Science du Bâtiment (partenaire académique). Cette collaboration multidisciplinaire vise à augmenter la résilience et réduire l’impact environnemental de nos fermes de proximités.
Cette page suit le parcours de Marc-Antoine Meilleur de ALTE Coop et ses nombreux collaborateurs dans la poursuite de la synergie gazeuse entre champignons et plantes dans le cadre de sa maîtrise de type recherche en génie mécanique à l’ÉTS à Montréal.
Hypothèse
L’échange des extrants gazeux entre une serre et une champignonnière permet de réduire la consommation énergétique des deux installations grâce à un conditionnement d’air réduit; les deux cultures ont donc avantage à être combinées au niveau de l’efficacité énergétique.
Objectifs
Créer un modèle numérique permettant d’établir un bilan de CO2 entre laitues et shiitakes, puis quantifier le potentiel de réduction énergétique d’une telle synergie.
Déroulement
- Le modèle de respiration est créé par expérimentation avec l’utilisation d’un banc de test en format réduit contenant environ 100 kg de substrat de shiitake. Ce modèle permet d’estimer les gains en CO2, température et humidité attendus, en fonction de la quantité de substrat et le cycle de culture.
- Un modèle de respiration des plantes existant est utilisé pour connaître les besoins en CO2 en fonction du nombre de plantes, leur cycle et des conditions de température et d’humidité.
- Les modèles de champignons et de plantes sont intégrés afin d’obtenir un bilan et estimer le potentiel d’économie d’énergie, de CO2 et l’économie monétaire résultant d’une telle synergie.
Les champignons : Shiitake
Le shiitake a été sélectionné parmi les autres champignons gourmets, puisqu’il pousse bien en fructification avec des taux d’humidité plus faibles, ce qui facilite l’intégration avec les plantes. En effet, en incubation, le taux d’humidité de la chambre de production de shiitake peut être relativement faible, avec un minimum de 50%, mais en fructification l’humidité est entre 80 et 85%.
Lors du cycle de vie d’un champignon shiitake cultivé dans une ferme intérieure, plusieurs étapes de culture sont nécessaires. Chaque étape de culture comporte des manipulations et/ou des conditions d’environnement particulières. Un bloc de substrat est cultivé environ 4 mois et peut être plus de 6 mois dans la champignonnière. Par exemple, l’étape d’incubation dure de 6-8 semaines et il peut y avoir jusqu’à 5 cycles de fructification durant 1-2 semaines chacun.
Banc de test
Un banc de test instrumenté a été conçu, construit et mis en service à l’été 2021. Le banc de test est séparé en deux zones.
- La zone de traitement d’air : l’air extérieur entre dans cette zone et est conditionné en température et en humidité, puis transféré dans la zone de production pour que celle-ci respecte ses points de consignes en temps réel;
- La zone de production : permet d’accueillir 30 blocs de champignons et est instrumentée afin de bien connaître tout ce qui entre et sort de la zone en termes de CO2, température et humidité.
Tous les équipements pouvant influencer le bilan thermique, l’humidité ou le CO2 sont dans la zone de traitement d’air, sauf pour un petit ventilateur et un luminaire.
Le tout est largement instrumenté afin de créer le modèle numérique et mieux comprendre les cycles de productions des champignons.
Système d’instrumentation et de contrôle
Au total, plus de 13 points de mesures sont réalisés dans le banc de test, le tout directement enregistré dans la base de données de ALTE Coop.
Trois différents contrôleurs permettent cette collecte de données et le contrôle des équipements de conditionnement de l’air.
- EHO 400 : Microcontrôleur Arduino Mega avec connexion Ethernet et blocs relais. Il permet principalement la collecte des taux de CO2 pour un système d’échantillonnage d’air fait maison, ce qui permet de connaître le taux de CO2 de plusieurs points avec une sonde de CO2. Ce contrôleur permet également de connaître la température et l’humidité à l’entrée de la zone de production et la vélocité de l’air à la sortie de la zone de production. Christopher Cory Paquet Clouston a été le principal collaborateur à ce système;
- EHO 401 : Microcontrôleur NodeMCU avec connexion wifi et blocs de relais. Il permet principalement le contrôle du système de chauffage, climatisation et d’humidité, fait maison. Ce contrôleur permet également de connaître la température, l’humidité et le CO2 à la sortie de la zone de production. Simon-Pierre Gagnon, de ALTE, a été le principal collaborateur à ce système;
- EHO 403 : Microcontrôleur ESP32 avec connexion wifi. Il permet principalement d’avoir une redondance et davantage de points de mesure au travers du banc de test.
Résultats
À venir …
Galerie
Local du banc de test 
Banc de test avant installation 
Réception des sacs 
Banc de test complet 
Zone de production 
Zone de traitement de l’air 
Bloc de substrat suite au cycle d’incubation 
Micro contrôleur EHO 400 
Premiers shiitake 
Premiers shiitake 
Fructification 
Éclairage UV