Étienne Chantoiseau

Maitre de conférence en énergétique, transfert de masse et d'énergie, et bioclimatologie

Département Milieu physique, paysage, territoire (MilPPaT)

Unité pédagogique : Physique des transferts et bioclimatologie

Unité de recherche : Unité propre Environnement physique de la plante horticole (EPHor)

Parcours

Après un diplôme d’ingénieur des industries agroalimentaires (ENSIA), j’ai réalisé ma thèse en génie des procédés et de l’environnement à l’école des mines d’Albi sur les transferts couplés masse-énergie dans des milieux poreux déformable. J’ai ensuite réalisé un post-doctorat à AgroParisTech portant sur la modélisation des traitements thermique du lait, avant d’être recruté comme maitre de conférences en « énergétique et échanges de chaleur et de masse » à l'Institut Agro Rennes-Angers en 2011.

Activités d'enseignement

Mes enseignements sont principalement tournés autour de la physique des transferts et de ses applications aux contextes horticole et paysager. Cela commence par des cours de thermodynamique / conduction thermique / air humide en L1, suivis par des enseignements sur les échanges thermiques convectifs et les machines thermiques en L2. Avec l'ajout des échanges thermiques radiatifs en L3, l'ensemble est compilé par des TD/TP de bioclimatologie et l'organisation d'un module de conception d'itinéraires techniques de productions, incluant le dimensionnement de systèmes d’irrigation.

Les bases scientifiques données dans le cycle licence sont ensuite reprises dans des enseignements du cycle master, principalement dans le cursus horticulture de l’établissement. En particulier, je participe activement à une UC sur l'horticulture en environnement contrôlé (HEC) où je traite du volet "culture sous serre et sous abris". J'interviens aussi dans le cadre du module MIRAD où j’interviens sur les performances énergétiques et d’émission de gaz à effet de serre, et du module au choix d'horticulture numérique, sur un projet de réalisation et d'utilisation de capteurs. J’interviens aussi sur les problématiques d’éclairage dans le M1 Paysage.

Enfin, j’ai la co-responsabilité du parcours I2PH (Ingénierie des productions et des produits de l’horticulture) du M2 SIV. Ce M2, sur lequel s’adosse le M2 FHI vise à former des ingénieurs capables d’assurer le pilotage des systèmes horticoles (fruits, légumes, plantes d’ornement) au sein de leur filière (des agrofourniture à la commercialisation), en sachant innover et les faire évoluer. Plus particulièrement, je co-encadre l’un des 3 projets d’années du parcours portant sur la « Durabilité des systèmes serre ».

Pages moodle des cours

Thèmes de recherche

Je m’intéresse aux problématiques des transferts couplés de masse et d’énergie dans le contexte de la production horticole. Ceci se décline sur 2 domaines principaux : 

  1. la maitrise du climat des serres de production ; 
  2. la modélisation des transferts couplés eau-énergie dans le continuum substrat-plante-atmosphère.

Le principal objectifs des recherches est de réduire les dépenses énergétique des cultures sous serre, ainsi que leur impact écologique (principalement lié aux émissions de CO2).

En plus des applications horticoles, les modèles développés sont en cours d’adaptation pour une utilisation en contexte urbain. L’enjeu est alors de concilier les économies d’eau d’irrigation avec le maintien des services écosystémiques des plantes, y compris le rafraichissement de l’air par la transpiration des plantes.

Programmes de recherche

Projets en cours

Intégration multi-dimensionnelle de modèles écophysiologiques guidée par les connaissances

Le paradigme de jumeau numérique est souvent présenté comme une méthode pour aider au développement de systèmes agronomiques plus résilients dans un contexte de réduction d’intrants, de changement climatique, etc. L’imaginaire collectif associe aux jumeaux numériques une transposition parfaite du réel vers le numérique, prenant en compte tous les paramètres, à toutes les échelles. Mais aller vers un véritable clone in silico d’un système de culture conduit à une explosion en termes de nombre de variables, complexité des algorithmes, coûts et temps de calcul.

La question qui se pose alors est de déterminer quelles sont les échelles pertinentes, s’il ne manque pas des niveaux, à quelles échelles les différents modèles écophysiologiques ont du sens. Pour arriver à répondre à cette question, il faut disposer d’une automatisation de l’exploration de ces différentes échelles. Cette automatisation peut être permise par une représentation formelle telle qu’une ontologie, qui permet de regarder à différents niveaux ce qui ressort d’un point de vue statistique et déterminer ce qui est pertinent en comparant les données simulées avec des données réelles. L’enjeu est alors de réaliser cette comparaison.

Le projet DigiTOM, qui porte la thèse de doctorat de Nattida Juewong, ce propose de construire une ontologie des modèles de connaissance de la tomate afin de pouvoir identifier intégrer les connaissances existantes et avancer vers des jumeau numérique de serre de production.

Adaptation des parcours urbains aux surchauffes et aux pollutions

Le projet CoolPath se focalise sur l’étude de solutions douces d’adaptation des citadins face aux impacts de la chaleur et de la pollution de l’air en été dans différents environnements urbains. Il vise à proposer aux collectivités et aux habitants des connaissances et recommandations pour identifier, quantifier et réduire leur exposition aux risques liés à la surchauffe et à la pollution, notamment par l’adaptation de leurs parcours piétons urbains.

Partenaires : IRSTV (CEREMA, EPHor, LEE, ESO, BAGAP, LASIE, Air Pays de La Loire), I2M, Soleneos

Finacement : ANR PCER

Agroecological Living Labs To Gather Experiences for the Transition of Horticulture through Education and Research

Le projet ALL TOGETHER, d'une durée de trois ans, rassemble des agriculteurs, des chercheurs, des étudiants, des acteurs des chaînes de valeur, des décideurs politiques et des consommateurs autour d'un objectif commun : i) valider les systèmes et pratiques agroécologiques, ii) stimuler les échanges et iii) accélérer l'adoption de pratiques agroécologiques dans le secteur horticole. Un réseau de 15 laboratoires vivants existants dans 7 pays situés sur un gradient nord-sud européen (Suède, Pays-Bas, France, Espagne, Italie, Allemagne, Autriche) se concentre sur les systèmes mixtes de type verger-maraicher.

En collaboration avec l’UMR IRHS, l’unité EPHor s’impliquera dans la caractérisation des processus bio-physico-chimiques dans le continuum sol-plante-atmosphère afin d’évaluer la capacité de ces systèmes à fournir des services écosystémiques tels que la séquestration du carbone, l'amélioration de la structure des sols, la production d'aliments et la création d'habitats pour la biodiversité fonctionnelle, l'amélioration de la qualité de l'eau et la réduction du lessivage des nutriments, etc.

Financeur : Horizon Europe – Agroecology partnership
Partenaires : Institut Agro, Végépolys Valley, CDDM (France), CREA (Italie), Boku (Autriche), University of Hohenheim (Allemagne), Swedish University of Agricultural Sciences Biosystems and Technology (Suède), Wageningen University (Pays-Bas), Universitat Politècnica de València (Espagne)

Projets terminés

Financement ADEME/Région Pays de la Loire. Ce projet visait à limiter les dépenses énergétiques des cultures sous serre en combinant matériel végétal et nouvelles stratégies climatiques. Dans ce cadre l’UP EPHor a montré l’intérêt technico-économique de l’utilisation d’une pompe à chaleur pour déshumidifier l’air. L’économie d’énergie est réalisée grâce au pilotage innovant de la déshumidification, réalisé en partenariat avec l’entreprise ETT, et validé sur un prototype installé chez un producteur (Chauvin Diffusion SAS). Si le projet a donné satisfaction sur le volet qui nous concernait (horticulture ornementale) avec des gains opérationnels significatifs, l’importance des problématiques énergétiques a diminué depuis le début du projet avec la diminution des prix de l’énergie.

Région Pays de la Loire. Toujours dans le contexte horticole, le projet CONSER (2014 – 2016) est l’occasion d’approfondir l’étude de la réponse des végétaux au climat sous serre, en relation avec des partenaires dans l’interprofessionnelle. Avec pour objectifs (i) l’amélioration de l’efficience énergétique des cultures de concombre hors-sol sous serre et (ii) de réduire l’impact de Didymella Bryoniae (un champignon pathogène). Pour cela, le projet se propose d’établir un référentiel physiologique du concombre afin de déterminer un pilotage optimal du climat dans les serres de production.

Régions Pays de la Loire. Le but du projet est de caractériser les interactions dans l’environnement de la plante, pour comprendre et prédire leur développement en contexte urbain. Plus spécifiquement, on s’intéressera aux effets combinés de la compaction du sol, de la restriction des apports d’eau et de l’ombrage sur la transpiration des plantes, la biomasse ainsi que sur l’architecture (aérienne comme souterraine).

Région Pays de la Loire. Le projet Physi’Ho (2012 - 2016) a été mis en place afin de comprendre les interactions entre les pathogènes, le climat et la physiologie des Hortensia ; et leurs influences sur la conservation des plantes en chambre froide. Ce projet est une coopération entre l’IRHS, l’UMR Bioger de l’INRAE, le BHR et de gros producteurs de la région.

Réalisé en coopération avec Agrithermic et financé dans le cadre de l’Initiative PME 2016 du programme des investissements d’avenir, ce projet vise à mettre au point le logiciel Hortinergy, proposé par Agrithermic, afin de lui permettre de simuler en ligne les consommations énergétiques de serres de production et d’estimera les émissions de GES de la production agricole.

Dans ce projet, nous avons en charge la réalisation des sous-modèles permettant de prendre en compte la transpiration des végétaux (de différentes espèces) en fonction des conditions climatiques, ainsi que la condensation de la vapeur d’eau sur les parois.

L’objectif est d’améliorer les prédictions du logiciel pour lui permettre de comparer au plus juste les différentes configurations d’équipements et d’intrants pour déterminer les meilleurs choix techniques, économiques et environnementaux dès la conception de la serre, étape déterminante dans les consommations futures.

Nature4Cities était un projet financé par le programme européen de recherche et d’innovation Horizon 2020. Il vise à créer une plateforme web de références autour des Solutions Fondées sur la Nature (NBS).  Sur cette plateforme, seront proposées des solutions techniques, des méthodes et des outils d’aide à la décision pour la planification urbaine, en fournissant des outils pour l’évaluation d’impact, la valorisation et le suivi des projets de NBS.

La plateforme multi-partite répondra aux besoins :

  • Des décideurs politiques, des services du secteur public et des entrepreneurs, qui bénéficieront d’une base de connaissances et d’outils d’aide à la décision
  • Des chercheurs et de la communauté éducative, qui auront accès à des données de qualité et de nouvelles méthodologies
  • De la société civile, qui bénéficiera de la diffusion de savoirs et d’une plateforme dédiée à l’engagement citoyen, mise en place pour évaluer les sites pilotes des villes partenaires (Alcala de Henares, Ankara, Milan et Szeged)

L’enjeu est d’aider à répondre aux défis environnementaux, sociaux et économiques contemporains rencontrés par les villes européennes. 

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Ce projet porte sur la thèse de Toky Ramananjatovo, qui ambitionne d’intégrer et de quantifier les principaux mécanismes impliqués dans les relations sol-plante-atmosphère, dont ceux qui régissent les cycles du carbone, de l’azote et de l’eau à l’échelle de la parcelle pour optimiser l’efficience du système verger-maraîcher en termes de production et utilisation de l’eau et des nutriments. Deux champs de connaissance en développement ces dernières années et en partie liés seront plus particulièrement investigués : (1) la dynamique temporelle des flux de carbone, d’azote et d’eau et (2) les alternatives à la fertilisation minérale. Concernant le cycle du carbone, la thèse se concentre sur l’évolution des différentes formes de matières organiques (litière, humus, exsudats racinaires) résultant des caractéristiques du sol et des multiples modalités d’activités biologiques présentes. Cette dimension scientifique est encore peu explorée dans l'étude des systèmes verger-maraîchers


Financement : Ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation, RFI Objectif Végétal, Fondation de France
Partenaires : UMR IRHS, UMR SYSTEM

Ce projet s’attachait à la régénération et à l’intégration de zone urbanisée défavorisées par l’utilisation d’un catalogue de solutions basées sur la nature, à la fois innovantes et inclusives, afin d’assurer la durabilité et de mobiliser les actions pour la cohésion sociale. Les interventions s’intéresseront aux espaces publics et à la co-construction, avec les citoyens, d’espaces nouveaux, sociaux et naturalisés dans les quartiers existants.

En utilisant une approche visant le bien être physique, mental et social comme objectif principal, URBINAT visait à utiliser les « corridors santé » comme une solution innovante et flexible pour intégrer un grand nombre de solutions de renaturation issu de conception citoyenne.

site web

Les cultures hors sol sous serre chauffée sont un moyen de production alimentaire efficient, avec comme avantages principaux une faible consommation en eau et une quasi-absence de rejet de produit phytosanitaire et engrais dans l’environnement. Cependant, dans l’ouest de la France, leur rentabilité nécessite une culture à l’année, ce qui entraine une consommation de combustible fossile importante avec les émissions de gaz à effet de serre importante (autour de 1,75 kg CO2 eq/kg de tomate en sortie d’exploitation).

Le projet Serres+, financé entre 2020 et 2025 par les régions Pays de la Loire et Bretagne, se proposait de reconcevoir le système de production de légume sous serre et d’optimiser sa gestion de l’énergie pour s’affranchir des combustibles fossiles, et par là, assurer une production végétale rentable et durable. En effet, dans nos régions, une serre capte annuellement 2 fois plus d'énergie thermique que ce dont elle a besoin pour être chauffée en hiver, et le projet s’attaquait aux questions de la captation, du stockage et de l’utilisation de l’énergie.

Porté par Végépolys Valley et sous la coordination scientifique de l’UP EPHor, le projet a regroupé des compétences en architecture (AAU - CRENAU, ENSA Nantes), en énergétique (UA IREENA, UMR LTEN), en aéraulique (UR Opaale), en thermique du bâtiment (UMR LGCGM) et en modélisation (UMR GEPEA) et en évaluation de l’impact environnemental (UR Safir, UMR LGC) ainsi que l’expérience de centres techniques ( Ctifl, Caté, Arelpal) et de producteurs.

Si l’objectif initial d’une totale indépendance des combustibles fossiles n’a pas été atteint dans le délai imparti, le projet a permis de réaliser un bilan des différentes solutions d’économie d’énergie, de proposer des innovations architecturales sur l’enveloppe et d’évaluer l’intérêt d’une ventilation active pour gérer l’environnement immédiat des plantes cultivées. En plus de fédérer les efforts de recherche des régions sur le sujet des serres de production, le projet a permis l’écriture d’un modèle de serre de production incluant la croissance végétale et la couche de contrôle-commande, brique nécessaire pour l’optimisation de l‘utilisation de l’énergie et le dimensionnement des équipements de stockage de la chaleur d’une part; et d’avancer vers la mise en place de jumeau numérique de serre de production d’autre part.

Production scientifique