Thèse CIFRE : Simulations numériques d’évènements gélifs et optimisation de la stratégie de lutte dans un territoire viticole équipé de tours antigel :Application au vignoble de Quincy

Contexte de la thèse :

Les gelées de printemps en viticulture endommagent les bourgeons et dans les pires cas conduisent à leur destruction. Les plantes sont de plus en plus souvent confrontées à de longues périodes de gel car le réchauffement climatique avance leur stade phénologique. En conséquence, le risque de dommage agronomique augmente, réduisant la récolte et impactant l’économie de la filière. En région Centre-Val de Loire, les vignerons s’équipent massivement de tours antigel (TAG) pour sécuriser leur production : un ventilateur au sommet d’un mât mélangeant l’air plus froid près du sol avec l’air plus chaud des parties supérieures de la couche d’inversion thermique nocturne, augmentant de quelques degrés la température de l’air autour de la vigne. La CUMA des vignobles s’est équipée au cours des 15 dernières années d’un parc de tours antigels qui compte maintenant 60 unités. Malgré l’expérience de terrain acquise par les vignerons dans l’utilisation de ce parc, certaines interrogations subsistent encore quant à l’optimisation de son fonctionnement, principalement :

• sur la sectorisation et la prévision du risque gélif à court terme pour déclencher la lutte à bon escient ;
• et sur le fonctionnement des tours seules, en synergie ou couplées à un chauffage, en fonction de configurations topographiques différentes et de situations climatiques variées.

La thèse proposée s'inscrit dans le cadre du Projet Européen d’Innovation (PEI) OPTITAG, qui vise à optimiser l’utilisation des tours antigel en considérant les aspects économiques, environnementaux, sociaux et sociétaux, grâce à une approche pluridisciplinaire (agronomie, aéraulique, acoustique, sociologie, économie). Elle s’intègre dans une stratégie plus vaste visant à réduire l’empreinte environnementale des tours antigel en optimisant leur fonctionnement, notamment par l’utilisation intelligente et complémentaire de différentes sources de chauffage.

Une thèse précédente réalisée dans le cadre du PEI SICTAG a permis d'acquérir de nouvelles connaissances sur les tours antigel et de développer des outils de modélisation numérique. La présente thèse vise à approfondir ces connaissances par le biais de simulations numériques, en répondant aux multiples questions soulevées lors du projet SICTAG et en affinant les méthodes et outils développés.

À ce jour, la littérature scientifique sur l’utilisation combinée des tours antigel et des systèmes de chauffage se concentre principalement sur les mesures de terrain, tandis que l'application de la simulation numérique dans ce domaine est encore à ses débuts, demeurant ainsi inédite et innovante. Nous proposons ici un sujet de recherche novateur et pertinent sur le plan scientifique, en lien direct avec les enjeux actuels du changement climatique, et dont les résultats sont attendus et utiles pour la profession vitivinicole.

Objectifs :

La présente étude se focalisera sur deux questions de recherche : (i), Comment sélectionner et disposer ces dispositifs de chauffage autour d’une TAG en fonction de la topographie du site et de la situation gélive pour optimiser l’efficacité et l’impact environnemental et notamment carbone de ce tandem ? ; et (ii), Le souffle continu des TAG est-il un vent transverse suffisant et adapté pour maintenir le maximum de chaleur produite à hauteur du bourgeon ?

Pour répondre à ces questions sur l’efficacité de diverses stratégies de lutte contre le gel, la simulation numérique à l’échelle de la parcelle, avec le code de calcul open-source PALM (https://palm.muk.uni-hannover.de/trac) sera mise en œuvre. Ce modèle numérique sera alimenté par des mesures de terrain et des relevés de la couche limite effectués à l’aide de ballons sondes et de drones. Une étude paramétrique et de sensibilité sera réalisée, prenant en compte la puissance et la position des sources de chauffage ainsi que la poussée et la vitesse de rotation des tours antigel. Cette analyse permettra de proposer des combinaisons optimales des moyens de lutte.

Date souhaitée pour le début de la thèse : fin 2024 début 2025

La thèse pourra s'effectuer indifféremment au sein de Weenat à Nantes et/ou dans les locaux de l’unité de recherche INRAE OPAALE à Rennes (équipe ACTA). Des échanges auront lieu régulièrement avec l'Université de Canterbury en Nouvelle-Zélande.

Des connaissances en mécanique des fluides environnementale, et surtout un très fort attrait pour les méthodes numériques qui s’y rattachent ainsi que le traitement de données sont indispensables pour mener à bien ce sujet. Le candidat devra faire preuve d’autonomie et présenter un esprit d’initiative marqué. Une bonne maîtrise de la langue française et anglaise est indispensable.