Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "OrnAqua: Een nieuw referentiekader voor de irrigatie voor de verhoging van efficiënt watergebruik in de openluchtsierteelt" "Bruno Gobin" "Proefcentrum voor Sierteelt, Proefcentrum voor Sierteelt" "De voorbije 3 jaar kregen we steeds vaker te maken met extreme weersomstandigheden tijdens het groeiseizoen, zoals langdurige droogte en hittegolven. Droogte heeft duidelijk een economische impact op openluchtsierteeltbedrijven, aangezien de externe kwaliteit van het sierteeltproduct, dat sterk afhankelijk is van het klimaat, automatisch de commerciële waarde van de plant of bloemstengel bepaald. Bovendien legt de overheid steeds vaker restricties op het watergebruik op tijdens perioden van langdurige droogte. Om de impact van het droogterisico op de teelten te reduceren, hebben openluchtsiertelers een sterke vraag naar geschikte tools met inbegrip van bodem- en plantsensoren om de irrigatie te sturen, maar zijn eveneens sterk geïnteresseerd naar methodieken om water langer in de bodem te behouden en naar andere droogte-mitigerende maatregelen. Zowel bedrijven met en zonder toepassing van irrigatie zijn vragende partij voor deze tools en kennis. OrnAqua heeft als globaal doel om telers tools aan te bieden om beredeneerd en op duurzame wijze de factor water in hun bedrijfsvoering op te nemen met verzekering dat de commerciële kwaliteit (lengte, diameter, homogene bloei,...) behouden blijft. Het project omvat enerzijds geoptimaliseerde teelttechnieken en nieuwe technologieën om te beslissen wanneer irrigatie wenselijk is en hoeveel water nodig is, gebaseerd op bodemvochtmetingen al of niet in combinatie met waterbalansrekenmodellen, plantverdamping via plantsensoren en innovatieve integratie van beiden. Anderzijds heeft het project ook oog voor praktische droogte-mitigerende teelttechnieken die kunnen toegepast worden op bedrijven die (nog) niet overgaan tot irrigatie of bedrijven die al irrigeren maar de irrigatiebehoefte willen verminderen. Dit wordt concreet vertaald in de opbouw van een nieuw referentiekader voor irrigatie in de sierteelt met volgende stappen verdeeld over 5 werkpakketten. In het eerste en tweede werkpakket wordt kennis opgebouwd en gebundeld. De vertaling van deze kennis gebeurt in WP3, waarna het concreet wordt toegepast in WP4.Identificatie van de transpiratie en de bodemvochtdynamiek bij niet-limiterende en limiterende omstandigheden tijdens het groeiseizoen, dit voor 3 teeltsystemen (het hybride systeem van potchrysanten, teelten met hoge plantdichtheid zoals bosbomen, teelten met lage plantdensiteit zoals laanbomen). Dit gebeurt met inzet van bodemvochtsensoren en plantsensoren. (WP1)Identificatie van schadedrempels voor droogte, gebruik makend van de sensorobservaties, voor de hoger beschreven teeltsystemen. (WP2)Integratie in het referentiekader voor irrigatie, dit voorspelt droogte gebaseerd op modellering van het bodemvocht en irrigatiebehoefte door verdampingsmodellen, gekalibreerd voor bovenstaande teeltsystemen. (WP2)Transitie naar bedrijfsgerichte duurzame irrigatiestrategieën op basis van bovenstaande kennisverwerving. (WP3: uitbreiding referentiekader + WP4: praktijkvalidatie)Implementatie van droogte-mitigerende maatregelen (mulching, biostimulanten, ..) al of niet in combinatie met irrigatie. (WP4)WP5 zorgt tot slot voor de doorstroming van kennis naar de sector via de Adviesdienst Water, workshops, studiedagen en publicaties en de 1 op 1 praktijkgerichte adviezen.Dit project is een samenwerking tussen het Proefcentrum voor Sierteelt, Universiteit Gent en Bodemkundige Dienst van België." "Voorstudie voor het ontwikkelen van een UAV-gebaseerde monitoringstool voor de bloei intensiteit bij aardbeien." "Ben Somers" "Afdeling Bos, Natuur en Landschap" "In openluchtteelt van aardbeien en dan vooral voor doordragende variëteiten heeft de teler informatie nodig over de bloei intensiteit. Door goedgekende relaties tussen de initiële bloei intensiteit en de finale oogst kan het aantal bloemen vertaald worden naar het aantal vruchten per plant. Deze informatie zorgt ervoor dat de teler zijn management kan optimaliseren. Veilingen en andere verkooporganisaties kunnen bovendien lange termijn afspraken maken met hun klanten met betrekking tot de hoeveelheden die ze kunnen leveren. In de huidige praktijk worden de bloemen manueel geteld. Dit is tijdrovende, dure en subjectieve methode. Door de eenvoud van het teeltsysteem en de hoge zichtbaarheid van de bloemen kan deze handeling geautomatiseerd worden door het gebruik van hoog-resolutie sensoren op UAVs. De voorstudie zal potentiële problemen onderzoeken omtrent de wetgeving van UAVs en het aantal velden (distributie en grootte) bepalen nodig om een UAV vlucht rendabel te maken. In deze voorstudie zal het potentieel van verschillende scenario’s voor de extrapolatie van de data onderzocht worden. Ten slotte zullen technische en wetenschappelijke uitdagingen gerelateerd aan de sensing, data collectie, data processing en beslissingsondersteunende systemen in de voorstudie opgenomen worden." "Beeldvorming en modellering van de microstructuur van bevroren voedingsmiddelen tijdens rekristallisatie en sublimatie: Een casestudy op plantaardige producten" "Graciela Alvarez, Bart Nicolai" "Afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren" "Rekristallisatie en sublimatie zijn de belangrijkste fysische mechanismen die verantwoordelijk zijn voor kwaliteitsverlies van bevroren voedingsmiddelen in de koudeketen. Beide fenomenen gebeuren traag bij constante vriestemperatuur over een lange bewaarperiode, en zijn meer uitgesproken bij temperatuurschommelingen die vaak voorkomen in de koudeketen. Rekristallisatie wordt gekarakteriseerd door kristalgroei die de structuur van het product kan beschadigen. Sublimatie kan omschreven worden als migratie van ijs vanuit het product naar het oppervlak die daarop rijm vormt en gewichtsverlies veroorzaakt. Deze processen zijn dus sterk gekoppeld aan de microstructuur, die vandaag erkend wordt als een belangrijk parameter  die kwaliteit van bevroren voeding bepaalt. Veranderingen in microstructuur tijdens koude bewaring leidt tot afname van kwaliteit, zowel wat betreft textuur, smaak als voedingswaarde. Dit leidt tot een verkorte bewaartijd wat leidt tot afwijzing door consumenten en daaruit volgende voedselverliezen. Om verliezen te beperken, is in eerste instantie een beter begrip nodig van de fysische fenomenen tijdens koude bewaring van bevroren voeding.Plantaardige voedingsmiddelen stellen een specifieke uitdaging voor vriesprocessen. De microstructuur van deze products bestaat uit cellen van verschillende grootte en vorm, geconnecteerde celwanden en intercellulaire luchtruimtes, ook van verschillende grootte en vorm. Tijdens invriezen zullen ijskristallen gevormd en verdeeld worden over deze compartimenten. Tijdens daaropvolgende bewaring, zullen deze kristallen van grootte veranderen en herverdeeld worden. Tot dusver ontbraken geschikte technieken voor beeldvorming van de veranderingen microstructuur en kwantitatieve beschrijving van de ijsherverdeling in de complexe voedingsmatrix. Dit doctoraat beoogt de ontwikkeling van X-stralen beeldvorming en een wiskundig model om de evolutie van microstructuur van plataardige producten in de koudeketen tijdens verschillende bewaarcondities (constante en fluctuerende temperatuur) met betrekking tot herkristallisatie en sublimatie.Nieuwe beeldverwerkingsalgoritmen voor X-ray microtomografie worden ontwikkeld om kristalgrootteverdeling in de interne structuur van appel te meten. De 3D microscopische beelddata worden gebruikt in wiskundige modellen van herkristallisatie en sublimatie van bevroren appelweefsel. Het model wordt gebaseerd op een populatiebalansvergelijking die de kristalgrootteverdeling in rekening brengt, alsook de warmte- en massaoverdracht. Modellering van de verandering van kwaliteitsparameters wordt gebaseerd op kinetiekmodellen als functie van de temperatuur. Combinatie van de twee modellen biedt de kans tot een beter inzicht in kwaliteitsverliezen van bevroren voeding tijdens bewaring. Vanuit ene technologisch standpunt kunnen de wiskundige modellen ingezet worden voor betere controle van de koudeketen." "Modelgebaseerde karakterisering van de mechanische nis van hematopoëtische stamcellen van muizenfoetale lever." "Herman Ramon" "Afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren" "Het genereren van hematopoietische stamcellen (HSCs) uit pluripotente stamcellen (PSCs) zou in theorie kunnen zorgen voor een onuitputtelijke pool van HSCs, geschikt voor de transplantatie of generatie van bloedcellen voor transfusie. Hoewel onrijpe HSCs uit PSCs kunnen worden gegenereerd, is het nog niet mogelijk de HSCs op robuuste wijze te laten inplanten in een kunstmatige omgeving noch om hen te gebruiken voor de generatievan grote aantallen hematopoietische cellen. Het gedrag van somatische stamcellen wordt bepaald door hun niche, die bestaat uit specifieke celtypes in een precieze cel-architecturale setting en anatomisch gedefinieerde locatie. Lokaal geproduceerde proteïnen, waaronder groeifactoren (GFs), de cel-extracellulaire matrix (ECM) en cel-cel interacties reguleren het gedrag van stamcellen. Er zijn ook significante aanwijzingen dat fysische (mechanische) factoren de stricte regulatie vansomatische stamcellen in hun niche beïnvloeden. De exacte sets van GF signalen, cel-cel en cel-ECM interacties, of fysische effecten voortkomend uit de HSC niche, die de rijping van onrijpe PSC-afgeleide HSCs of de symmetrische expansie van rijpe HSCs reguleren, zijn nog niet gekend. HSCs ontstaan in het hemogene endothelium van de aorta en passeren vervolgens doorheen de foetale lever (FL) vooraleer ze zich verplaatsen naar het beenmerg (BM). Onrijpe aorta-afgeleide HSCs vestigen zichin de FL rond dag 11 à 12 na de bevruchting (e12), waar ze tussen dag 12 en 16 na de bevruchting (e12 – e16) rijpen en zich vervolgens zeer sterk vermenigvuldigen om een pool aan HSCs op te bouwen voor de levensduur van het organisme. De specifieke rol van – en het samenspel tussen – de verschillende biofysische aspecten van de FL HSC niche is nog niet geanalyseerd. Toch kunnen zowel de mechanische eigenschappen van aparte cellen als de globale mechanische eigenschappen van weefsels of delen van weefsels worden opgemeten. Hiervoor is atoomkrachtmicroscopie (AFM) een krachtige techniek, die in staat is om de mechanische eigenschappen van cellen en eigenschappen van oppervlakken in het algemeenop te meten met een sub-cellulaire resolutie. Om de kloof te overbruggen tussen de mechanische eigenschappen van de cellen / het weefsel en de informatie over lokale krachten die aparte FL HSCs ondervinden, kunnen computationele modelleringstechnieken worden gebruikt. Individuele cel-gebaseerde modellen (IBMs) beschrijven cellen als afzonderlijke entiteiten, beïnvloed door mechanische en/of biologische interacties met andere cellen en hun omgeving. Daarom bieden IBMs een excellente techniek om informatie te extraheren over de lokale mechanische niche (i.e.stress en krachten die aparte cellen ondervinden, gegeven hun omgeving)vanuit algemene mechanische eigenschappen van de cellen en het weefsel.  Het hoofddoel van dit project is de karakterisatie van de mechanische FL HSC niche in e12-e16 FL met de focus op mechano-transductie. Hiertoe zullen we een integratieve benadering hanteren via een combinatie van mathematische modellen en AFM-metingen. Tenslotte zal een goed inzicht in de mechanische HSC niche een belangrijke stap zijn in de richting van het ontwerp van celculturen die rekening houden met alle aspecten van de lokale celomgeving, en uiteindelijk in de richting van de controle van de bestemming / het gedrag van de cellen zelf." "Modelgebaseerd opvolgen van genezing en herstel voor een beter beheer van mastitis in melkkoeien" "Wouter Saeys" "Afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren" "Productie van melk en melkderivaten is de 4de belangrijkste landbouw tak van Vlaanderen, goed voor zo’n 639 miljoen euro. Ongeveer 18% van alle landbouwbedrijven heeft melkkoeien, en in totaal gaat het om zo’n 300 000 dieren. Moderne melkveebedrijven worden gekenmerkt door een sterke specialisatie en schaalvergroting, waarbij de rol van technologie steeds belangrijker wordt. Deze technologie wordt onder andere ingezet voor het ondersteunen van management beslissingen, en zorgt ervoor dat ondanks de toenemende kuddegroottes, toch aandacht kan besteed worden aan individuele dieren. Ondanks dat reeds vele technologische ontwikkelingen de laatste jaren gecommercialiseerd en geïmplementeerd werden, blijven er toch nog grote uitdagingen. Zeker in het geval van technologie voor het opvolgen van bijvoorbeeld de gezondheid, vruchtbaarheid of welzijn van individuele dieren, is de interpretatie van de sensordata vaak complex. Dit komt doordat zowel tussen dieren, als binnen één en hetzelfde dier een grote individualiteit en variabiliteit bestaat, al dan niet veroorzaakt door fysiologische factoren, waar zo mogelijk rekening mee moet gehouden worden.Verminderde vruchtbaarheid is de tweede belangrijkste oorzaak van economische verliezen op melkveebedrijven in Vlaanderen, in totaal goed voor zo’n 49€ per koe per jaar. Om dit tegen te gaan, is een correcte en tijdige identificatie van de vruchtbaarheidsstatus cruciaal. Detectie van zowel tocht, problemen en dracht laat toe de dieren tijdig te behandelen of (opnieuw) te insemineren, met een positieve weerslag op de tussenkalftijd. De traditionele manier voor tochtdetectie is via de observatie van bronstgedrag, en meer en meer ook via het monitoren van rusteloosheid met behulp van activiteitsmeters. De waarde van deze laatste technologie is dan wel aangetoond voor detectie van bronst, ze heeft minder nut voor het kwantificeren van de volledige vruchtbaarheid. De ontwikkelingen van de laatste jaren hebben geleid tot technologieën voor het automatisch meten van melkprogesteron op het bedrijf. Melkprogesteron, in tegenstelling tot de gedrags-gebaseerde technologie, weerspiegelt de aan of afwezigheid van een actief geel lichaam op de ovaria. Daardoor heeft het opvolgen van de progesteron tijdsreeks potentie om een meer compleet beeld te geven van de koe haar vruchtbaarheidsstatus. Een belangrijke voorwaarde hiervoor is een duidelijke en consistente interpretatie van de gemeten waarden, daarbij werkende in een geautomatiseerde en kosten-efficiënte setting. Meer bepaald moet de progesterondata omgezet kunnen worden in concrete acties voor de veehouder, op een manier dat er rekening wordt gehouden met zowel de dier- als meting-eigen variabiliteit.De hoofddoelstelling van dit doctoraatswerk was het ontwikkelen van een online monitoringsalgoritme gebaseerd op melkprogesteron, dat op een kostenefficiënte manier in staat is om de verschillende vruchtbaarheidsstatussen van melkkoeien te onderscheiden, en dat geïntegreerd kan worden op een bedrijf. Meer specifiek werden volgende deeldoelstellingen vooropgesteld: (1) de mathematische karakterisering van het progesteronprofiel waar de fysiologische achtergrond van het geel lichaam en de ovaria in rekening wordt gebracht; (2) integratie van dit mathematisch model in een online monitoringsalgoritme dat geïmplementeerd kan worden op het bedrijf; (3) uitklaren van de link tussen de daling in melkprogesteron na luteolyse en het moment van ovulatie om zo een beter gefundeerd inseminatieadvies te kunnen geven; en (4) aftoetsen van het ontwikkelde algoritme ten opzichte van de methodologie vandaag de dag gebruikt, onder andere op het gebied van sensitiviteit en specificiteit maar ook naar gevoeligheid voor missende metingen op het moment van luteolyse toe.De groei en regressie van het gele lichaam zijn geassocieerd met een gestage toename en plotse daling van het progesteron gehalte. Deze evoluties kunnen worden gelinkt aan een specifieke reproductiestatus, en beschreven met een wiskundige functie. Tijdens de anoestrus na afkalven is er geen geel lichaam aanwezig, en kan de melkprogesteronconcentratie beschreven worden met een constante. Eenmaal de koe begint te cycleren kunnen de opeenvolgende stijgingen en dalingen van het progesterongehalte beschreven worden met sigmoïdale groeifuncties, respectievelijk de Hill en Gompertz curve. Na inseminatie ontwikkelt het dracht geel lichaam zich, opnieuw gekarakteriseerd via de Hill functie. Deze functies hebben het voordeel dat ze de flexibiliteit hebben om de lengtes, richtingscoëfficiënten en  absolute hoogtes van de verschillende cycli kunnen laten variëren, terwijl ze toch dezelfde vorm behouden.Een ander belangrijk voordeel van dit mathematisch model is dat het kan geïntegreerd worden in een online monitoringsalgoritme. Het algemeen principe hiervan is om door het gefragmenteerd fitten van de functies en het evalueren van de modelresiduen via een individuele controlekaart, zowel de aanvang van cycliciteit als luteolyse voorafgaand aan de tocht te detecteren. Eenmaal luteolyse gedetecteerd kan het model gebruikt worden voor de karakterisering van de cyclus en het geven van inseminatieadvies onafhankelijk van de werkelijke staalname frequentie.Eenmaal luteolyse werd gedetecteerd is het belangrijk om te in te schatten wanneer exact ovulatie zal plaatsvinden om een zo hoog mogelijke kans te hebben op conceptie. Echter, de hoge kosten en grote arbeidsintensiteit zorgen dat er maar een zeer beperkt aantal studies hierover beschikbaar zijn. Binnen dit doctoraatsonderzoek werden twee nieuwe studies uitgevoerd om de link tussen luteolyse en tijdstip van ovulatie te onderzoeken. In een eerste onderzoek werden de dieren gesynchroniseerd, waarna tijdstip van de ovulatie na de eerstvolgende cyclus bepaald werd via ultrasonografie. De tweede studie werd uitgevoerd op niet-gesynchroniseerde dieren door gebruik van de LH-piek als proxy voor ovulatie. In deze studie werden ook visuele tochtdetectie en activiteit betrokken. Op melkprogesteron-gebaseerde systemen hebben een hogere sensitiviteit en positief voorspellende waarde dan de visuele tochtdetectie en activiteit sensoren. Bovendien werd aangetoond dat de LH-piek en ovulatie respectievelijk gemiddeld 62 ± 12 en 77 ± 10 uur later kwamen dan de eerste indicatie van luteolyse. Deze spreiding verminderde nog door gebruik van de model-indicatoren berekend op basis van het model, al kon door de hoge staalname frequentie in de proeven de echte waarde hier nog niet worden aangetoond.Om de werkelijke waarde van het ontwikkelde systeem aan te tonen en te vergelijken met de huidige state-of-the-art voor online progesteronmonitoring is een grote progesterondataset, met daarin alle mogelijk variabiliteit, vereist. Hiertoe werd een techniek ontwikkeld om realistische progesteroncurves te simuleren op basis van een mechanistisch, fysiologie-gebaseerd model. Vervolgens werden zowel het nieuw ontwikkeld algoritme, als de huidig gebruikte techniek getest op verschillende staalname schema’s, waarbij de gereduceerde staalname het geval waarin stalen ontbraken tijdens luteolyse, nabootste. Met deze analyse toonden we dat het ontwikkelde algoritme de luteolyse kon opvangen ongeveer gelijktijdig met de werkelijk gesimuleerde luteolyse, in tegenstelling tot de multiprocess Kalman filter, welke een tijdsvertraging vertoonde van gemiddeld 1 tot 2 melkingen. Bovendien kwam uit de analyse dat door gebruik te maken van een modelgebaseerde indicator, het moment van luteolyse consistent kon worden ingeschat, onafhankelijk van eventueel gemiste metingen.Uit dit onderzoek kunnen we besluiten dat door het opvolgen van melkprogesteron, de verschillende vruchtbaarheidsstatussen van melkkoeien op een bedrijf tijdig en consistent kunnen geïdentificeerd worden. Echter, om het bedrijfsmanagement nog verder te optimaliseren zou niet alleen de fysiologie van de individuele koe, maar ook de economische en managementomgeving van de dieren moeten worden meegenomen in het beslissingsalgoritme. Dit soort geïntegreerde beslissingsondersteuning is de belangrijkste uitdaging voor toekomstig onderzoek." "Geavanceerde Computational Fluid Dynamics modellen voor een meer duurzame en energie-efficiënte koudeketen van hard fruit na de oogst" "Bart Nicolai" "Afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren" "De vraag naar vers fruit is groot en men verwacht dat zij in de toekomst nog zal toenemen. De consument streeft immers meer en meer een gezond voedingspatroon na. Om aan deze vraag te voldoen, moet er het hele jaar hoogwaardig, vers fruit beschikbaar zijn. Pas geoogst fruit is vanaf dat moment echter volledig afhankelijk van zijn interne reserves om zijn respiratiemetabolisme te onderhouden. Door de temperatuur van het fruit te verlagen, kan het respiratiemetabolisme vertraagd worden. Op deze manier wordt het fruitverouderingsproces uitgesteld en kan de houdbaarheid ervan verlengd worden. Dit gebeurt meestal in combinatie met specifiek gecontroleerde gascondities of andere naoogst-behandelingen. Om enerzijds flexibel te kunnen reageren op de marktvraag en anderzijds het aanbod van hoogwaardig, vers fruit aan de consument het jaar rond te kunnen garanderen, dienen de huidige koelings- en bewaarstrategieën verbeterd te worden. De mogelijkheden om daartoe experimentele proeven uit te voeren zijn echter beperkt door onder andere de hoge kostprijs, de seizoensgebonden beschikbaarheid van het fruit en het grote aantal ontwerpparameters van de koudeketen. Een kost-effectief alternatief voor dergelijke experimenten zijn computersimulaties met modellen voor vloeistofdynamica, beter bekend als computational fluid dynamics (CFD). Het hoofddoel van dit doctoraatsonderzoek was daarom het ontwikkelen, toepassen en analyseren van CFD-modellen om koelprocessen tijdens verschillende stappen in de naoogst-koudeketen van hardfruit te simuleren en te verbeteren. In bijzonder werd er getracht om de voorspelling van koelprocessen zowel in de tijd als in de ruimte te verbeteren en dit op verschillende ruimtelijke schalen; van een individuele vrucht tot grote industriële koelcellen. Om dit doel te bereiken werden verschillende geavanceerde en nieuwe numerieke benaderingen voor het modelleren van de fruitstapelingen verkend en, waar mogelijk, gevalideerd met experimenten. Tenslotte werden deze modellen gebruiken om enkele praktische naoogst-koelapplicaties te evalueren. De grootste kost tijdens de langdurige bewaring van appels is verbonden met het energieverbruik van het koelproces. In het eerste onderzoekshoofdstuk werd een CFD-model ontwikkeld dat de kwantitatieve evaluatie van energiebesparende maatregelen tijdens de langdurige bewaring van appels in industriële koelcellen toelaat terwijl rekening werd gehouden met het effect op de fruitkwaliteit. De grote palloxen, gevuld met appels in een industriële koelcel werden benaderd als een poreus medium. Een transiënt CFD-model werd gebruikt om drie koelscenario’s met een verschillend temperatuur-differentieel rond de optimale bewaartemperatuur van appels te onderzoeken. Door het CFD-model uit te breiden met een model voor dynamische regelacties werd rekening gehouden met het dynamisch gedrag van de koelcel. Daarnaast werd dit model gekoppeld aan een kinetisch kwaliteitsmodel voor de beschrijving van appelhardheid om zo het kwaliteitsverloop van appels in functie van de positie in de koelcel en de langdurige bewaartijd te voorspellen. Over het algemeen gaf de implementatie van een klein temperatuurdifferentieel betere resultaten in termen van uniformiteit, de uiteindelijke kwaliteit van de producten én het energieverbruik. De koelsnelheid en –uniformiteit en het energieverbruik van het prekoelen met gedwongen convectie zijn allen erg afhankelijk van het aerodynamisch ontwerp en de configuratie van de fruitverpakkingen. In het tweede onderzoekshoofdstuk werd een CFD model ontwikkeld en toegepast om het koelgedrag van appels in een kartonnen doos (‘corrugated fibreboard cardboard’, CFC) te vergelijken met een alternatieve, herbruikbare plastieken kist (‘reusable plastic container’, RPC). Daar het poreus medium model, toegepast in het vorige hoofdstuk, enkel geschikt is voor configuraties waar de doos-tot-fruit afmeting voldoende groot is, werd er voor een expliciete modelleer-benadering gekozen. In dit model werden de individuele appels benaderd als regelmatige bollen met vaste diameter. De berekeningen werden geverifieerd met koelexperimenten waarmee trade-offs tussen koelsnelheden en energieverbruik gevonden werden. Doordat de positie van de luchtgaten in de doos niet waren afgestemd op het gebruik van pakbladen waarop de appels lagen, ontstonden er geïsoleerde zones voor de luchtstroming. Dit resulteerde in een grote temperatuur-heterogeniteit in de standaard CFC doos. Hoewel de koeluniformiteit en het energieverbruik voor de RPC het meest geschikt werden bevonden, moet er opgepast worden voor koelschade aan de appels, veroorzaakt door hoge luchtstroomsnelheden bij een lage temperatuur. De vorm en grootte van het fruit kan aanzienlijk variëren en zal een beduidend effect hebben op het koelproces. In het derde onderzoekshoofdstuk werd een nieuwe expliciete CFD- modelleerbenadering ontwikkeld die rekening houdt met zowel de willekeurige stapeling in de doos als de variabele vorm van het fruit. Dit werd vervolgens vergeleken met de vereenvoudigde bolvormbenadering. Verschillende 3D modellen voor appels en peren werden aangemaakt met behulp van een gevalideerde geometrische modelgenerator dat gebaseerd is op beelden van x-stralentomografie van individuele vruchten. De vruchten werden door middel van de Discrete Elementen Methode willekeurig in een geometrisch model van een CFC doos geplaatst. Vervolgens werd er met CFD een horizontaal koelproces met geforceerde lucht voor drie zulke appelstapelingen gesimuleerd. De resultaten hiervan werden vergeleken met deze van de vereenvoudigde bolvormbenadering. Geen significante verschillen in de gemiddelde aerodynamische weerstand werden er gevonden tussen de realistische appelvormen en zijn sferische benadering. Toch werd de mate waarin er een zekere koeluniformiteit optrad, overschat: deze daalde namelijk wanneer de realistische fruitvormen werden gebruikt. Dit verschil tussen realistische en vereenvoudigde productvormen was zelfs groter voor een doos gevuld met peren waarvan de vorm nog meer afwijkt van een sfeer. Voor de validatie van expliciete CFD-modellen is een één-op-één vergelijking tussen de voorspelde en gemeten temperatuurprofielen in specifieke fruitstapelingen vereist. In het laatste onderzoekshoofdstuk werden er CFD-modellen ontwikkeld op basis van X-stralen tomografiebeelden van fruitdozen gevuld met peren. Dit liet een directe vergelijking met experimentele metingen in dezelfde stapelgeometrie toe om zo verschillen in koelprestatie, veroorzaakt door de variabiliteit in fruitvorm te onderzoeken. Het effectieve stapelpatroon van diverse peercultivars met specifieke vormverschillen, in een standaard kartonnen doos werd gereconstrueerd en vervolgens geïmplementeerd in een expliciet CFD model van een horizontaal koelproces met geforceerde lucht. De voorspelde koelprofielen konden succesvol vergeleken worden met experimenten en dit met een maximaal verschil van 9 % in koeltijd. De bijdrage van de fruitstapel tot de totale drukval over de gevulde doos was slechts 3 % en de intercultivar-verschillen waren verwaarloosbaar. Het specifieke stapelpatroon van de meer gestrekte ‘Conference’ peren blokkeerde de verticale luchtstroming in de doos wat resulteerde in een grotere heterogeniteit van de vruchttemperatuur tijdens koelen dan dozen gevuld met de meer bolvorige ‘Durondeau’ of ‘Doyenné’ peren. De variabele grootte en vorm van de peercultivars leidde tot andere stapelingen wat duidelijk invloed had op koeluniformiteit, maar niet op gemiddelde koelsnelheid. Met de continue toename en verbetering in computerrekenkracht, kan er verwacht worden dat expliciet CFD-modelleren eerder de regel dan de uitzondering zal worden. Met dit aspect voor ogen, hebben de methodes voor expliciet CFD-modelleren, besproken in dit doctoraatsproefwerk, de fundamenten gelegd voor de ontwikkeling van meer gedetailleerde, realistische en nauwkeurige CFD-modellen van applicaties in de naoogsttechnologie. Hoewel de focus in dit werk op hardfruit lag, kan het gemakkelijk uitgebreid worden naar andere fruitsoorten waar gerichte maatregelen voor temperatuurcontrole tijdens de naoogst-periode van cruciaal belang zijn. Ook andere aspecten van bewaring (o.a. gasconditionering, naoogstbehandelingen) kunnen met de ontwikkelde modellen beter geoptimaliseerd worden." "De ontwikkeling van een monitoring systeem voor het opvolgen van celpopulaties in real-time" "Jean-Marie Aerts" "Afdeling Dier en Mens, Materialentechnologie, Campus Groep T Leuven, Departement Materiaalkunde" "Het real-time volgen van celgedrag is een belangrijke analytische onderzoeksmethode die in een brede waaier van biotechnologische velden zoals b.v. diagnostisch onderzoek, drug screening alsookregeneratieve geneeskunde toegepast wordt. De huidige standaardtechnieken om celgedrag te bestuderen zijn echter nog vaak beperkt tot eindpuntsanalyses en richten zich op specifieke biologische aspecten.  Dit doctoraatsonderzoek beoogt de ontwikkeling van een intelligent monitoringsysteem dat de dynamica van celpopulaties op een geavanceerde, kwantitatieve, niet-invasieve manier kan volgen en sturen. In een eerste fase zal sensortechnologie geïmplementeerd worden in een celkweeksysteem waardoor verschillende biologische parameters  van een celpopulatie gelijktijdig gemeten kunnen worden en gecombineerd zullen worden met analyses van real-time beeldopnames. De doctoraatsbursaal zal deze data vervolgens als input gebruiken om een data-gebaseerd modeleringsalgoritme te ontwikkelen dat in staat zal zijn het gedrag van een celpopulatie zowel temporaal als spatiaal te beschrijven. Deze unieke benadering laat toe de globale omgevingsinformatie te gebruiken om celgedrag van celpopulaties in een meer complexe omgeving op een niet-invasieve manier te bestuderen en te voorspellen." "Gebruikersgerichte ontwikkeling van automatische kreupelheidsdetectiesystemen bij melkvee" "Wouter Saeys" "Afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren" "Kreupelheid is een van de belangrijkste gezondheidsproblemen bij melkkoeien en leidt tot een verlaagd dierenwelzijn en grote economische verliezen tot € 53 per koe per jaar. Tijdige detectie en behandeling kunnen helpen om economische verliezen te minimaliseren en het welzijn van de koe te garanderen. De courant gebruikte visuele detectiemethode is echter arbeidsintensief en subjectief, en vereist training van de observator om de vaak subtiele veranderingen in het stappatroon van een koe op te merken. Daardoor wordt het probleem onderschat in de praktijk, en wordt het probleem dikwijls pas in een later stadium gedetecteerd wanneer de economische verliezen al hoog opgelopen zijn. Door de toename in bedrijfsgrootte  kan steeds minder tijd gespendeerd worden aan het observeren van individuele dieren, waardoor objectievere en minder tijdrovende detectiemethoden wenselijker worden. Automatische kreupelheidsdetectiesystemen kunnen hiervoor een oplossing bieden door vroegtijdige detectie en behandeling mogelijk te maken. Op dit moment zijn echter nog geen kostenefficiënte systemen beschikbaar omdat zowel de ongekende economische meerwaarde en maximale investeringskost voor dergelijke systemen, als het potentiele adoptieniveau en de voorkeuren van melkveehouders betreffende de performantie en prijs van zo’n systemen ongekend zijn. Recent ontwikkelde prototypes lijken veelbelovend, maar de kostprijs hiervan ligt dikwijls hoog, en de implementeerbaarheid in bestaande stallen en de performantie moeten verbeterd worden voordat deze prototypes bruikbaar worden in de praktijk.In dit doctoraatsonderzoek werden daarom designcriteria bepaald voor de verdere ontwikkeling van bestaande prototypes tot praktijkrijpe kreupelheidsdetectiesystemen. Er werd nagegaan welke factoren de economische meerwaarde beïnvloeden, en hoe deze meerwaarde kan ingeschat worden voor specifieke bedrijven en systemen. Via een keuze-experiment werden melkveehouders bevraagd naar hun voorkeuren betreffende de performantie en kostprijs van een detectiesysteem. Gelijktijdig werd het effect van sensibilisering op de voorkeuren van de melkveehouder onderzocht via het verstrekken van extra informatie over kreupelheid en de bijhorende consequenties. Op basis hiervan werd nagegaan hoe systeemontwikkelaars deze informatie kunnen gebruiken bij de verdere ontwikkeling van bestaande prototypes, en wat het huidige adoptiepotentieel is van automatische kreupelheidsdetectiesystemen in de Vlaamse melkveehouderij. Er werd getracht deze criteria te implementeren in een druksensitieve loopmat door de kostprijs te verlagen en de implementeerbaarheid van het systeem te verhogen. Daarnaast werd onderzocht of de performantie kon verbeterd worden door nieuwe, automatisch opgemeten variabelen die het looppatroon van de koe beschrijven te gebruiken in verbeterde individuele detectiealgoritmen.Analyse van de economische meerwaarde toonde aan dat verschillende kennishiaten een accurate berekening bemoeilijken. Vooral het effect van vroegtijdige detectie en behandeling op de economische verliezen door kreupelheid en de ongekende levensduur van een systeem bleken belangrijk te zijn. Daarnaast werd rekening gehouden met de performantie van het systeem, en systeem-specifieke en bedrijfsspecifieke informatie zoals de bedrijfsgrootte en de kostprijs, omdat deze de meerwaarde sterk beïnvloeden. Mits inachtname van de nodige aannames bleek hieruit dat automatische detectiesystemen een positieve meerwaarde kunnen genereren.Het keuze-experiment leidde tot de conclusie dat melkveehouders een voorkeur hebben voor systemen die weinig manke koeien missen en weinig valse alarmen geven tegen een lage kostprijs. Systemen die kunnen aangeven welke poot mank is, werden verkozen boven systemen zonder deze eigenschap. Vlaamse melkveehouders waren bereid meer te betalen voor een systeem met betere performantie. In het algemeen werd visuele detectie verkozen boven automatische detectiesystemen, behalve door melkveehouders die reeds ervaring hebben met tochtdetectiesystemen. Hieruit werd geconcludeerd dat de detectieperformantie voldoende hoog moet zijn alvorens melkveehouders de aanschaf van een automatisch kreupelheidsdetectiesysteem overwegen. Het verstrekken van extra informatie beïnvloedde de interesse van melkveehouders positief, wat betekent dat sensibilisatie de adoptie van automatische kreupelheidsdetectie in de praktijk kan bevorderen. Daarnaast kan de adoptie bevorderd worden door systemen goedkoper te maken, en de detectieperformantie te verhogen.Uit het onderzoek bleek dat de Gaitwise sensor kan ingekort worden van 4.88 naar 3.28 meter om de kostprijs te verlagen en de implementeerbaarheid in bestaande stallen te verbeteren. Ook de sensorresolutie kan verlaagd worden om de kostprijs te verlagen zonder de performantie negatief te beïnvloeden, resulterend in een geschatte totale kostreductie van 83 %. Nieuwe stappatroon-variabelen die omschrijven in welke mate een koe stijf of voorzichtig stapt, werden afgeleid, alsook welke poten samen contact maken met de grond gedurende een bepaalde tijdsspanne. Deze variabelen bleken inderdaad te verschillen tussen koeien met een verschillende kreupelheidsstatus, en zijn bijgevolg interessant voor gebruik in betere detectiealgoritmen.Finaal werd een nieuwe monitoringsopstelling gebouwd en werden dagelijkse metingen uitgevoerd met het Gaitwise-systeem om data te verzamelen voor het ontwikkelen van detectiealgoritmen met een hogere performantie. Hierbij werd getracht de invloed van omgevingsfactoren die het looppatroon kunnen beïnvloeden, zoals het effect van duisternis of een gladde ondergrond, zoveel mogelijk te beperken. In een eerste stap werd een detectiemodel op groepsniveau ontwikkeld, wat resulteerde in een onvoldoende hoge performantie met een sensitiviteit van 36.9 % en specificiteit van 86.9 %. Dit was het gevolg van het feit dat koeien dikwijls afgeleid waren gedurende de meting, waardoor niet-manke koeien een sterk variërend stappatroon vertoonden dat moeilijker te onderscheiden was van dat van manke koeien. In een tweede stap werd getracht het looppatroon van individuele koeien te monitoren. Door de vele ontbrekende en onbruikbare metingen, resulterende in slechts 27.6 % succesvolle metingen, was het echter niet mogelijk degelijke individuele detectiealgoritmen te ontwikkelen. Niettemin werden suggesties geformuleerd om de implementatie van de sensor en de dataverzameling in de toekomst te verbeteren en zodoende betere individuele opvolging mogelijk te maken. Hierbij moet ervoor gezorgd worden dat koeien zo weinig mogelijk hindernissen en afleidingen ondervinden, en gemotiveerd zijn om aan een voldoende hoog tempo door te lopen.Toekomstig onderzoek kan de gepresenteerde resultaten aanwenden ter bevordering van de verdere ontwikkeling en adoptie van automatische kreupelheidsdetectiesystemen in de praktijk. Factoren die de economische meerwaarde van dergelijke systemen beïnvloeden, dienen verder te worden onderzocht om een accuratere inschatting mogelijk te maken. De economische meerwaarde kan verder verhoogd worden door het verlagen van de kostprijs en het verhogen van de performantie, en via integratie van de gebruikte technologieën met andere gezondheids-monitoringsdoeleinden. Verder onderzoek is nodig om uit te zoeken hoe preventieve en andere maatregelen die het voorkomen van kreupelheid verminderen, kunnen gecombineerd worden met automatische detectie om een degelijk kreupelheids-management te bekomen. Daarnaast moet nagegaan worden of, rekening houdende met de behaalde onderzoeksresultaten en de combinatie van technische, sociale en economische gegevens,  verdere ontwikkeling nog steeds interessant is voor elk bestaand prototype." "Naar een beredeneerde en kennisgestuurde aanpak van Alternaria spp. in aardappel" "Pieter Van Haverbeke" "Interprovinciaal Proefcentrum voor de Aardappelteelt" "“De globale doelstelling van dit project is de implementatie van een geïntegreerde gewasbescherming (IPM) voor de beheersing van Alternaria op een groot deel van de Vlaamse bedrijven met aardappelteelt” Voor de aardappelteler die een geïntegreerde gewasbescherming moét nastreven, stelt zich de belangrijke vraag: wanneer en in welke omstandigheden kan ik deze middelen inzetten om een optimale en kostenefficiënte gewasbescherming te bekomen? Een gefundeerd antwoord op deze vraag vereist voldoende kennis over de aard en het optreden van Alternaria in Vlaanderen.In Vlaanderen worden aantastingen door Alternaria spp. in aardappelen als een toenemend probleem beschouwd. Verschillende factoren kunnen daarin een rol spelen, zoals bv. meer extreme weersomstandigheden en hogere gemiddelde temperaturen, of een nauwkeuriger stikstofbemesting.De belangrijkste factor evenwel is de verschuiving in het pakket gewasbeschermingsmiddelen voor de bestrijding van Phytophthora, waar meer en meer middelen enkel een specifieke werking hebben tegen oömyceten. Breed werkende middelen met een goede nevenwerking tegen Alternaria worden van langsom minder ingezet. Tegelijk komen meer en meer fungiciden op de markt met énkel een specifieke werking tegen Alternaria. Deze middelen beredeneerd inzette, vereist voldoende kennis van de ziekte.Inhoud en concrete doelstellingenHet LA-traject genereerde heel veel van deze kennis door (a) uitgebreide monitoring van aardappelpercelen in gans Vlaanderen, (b) diagnose van bladvlekken, analyse en populatiestudie en (c) onderzoek van het pathogeen op plantniveau. De resultaten van dit uitgebreide onderzoek werden tenslotte aangewend in (d) een simulatiemodel voor de ziekte, dat de basis vormt van het beslissingsondersteunend adviessysteem.AanpakPer seizoen werden 100 tot 120 aardappelpercelen wekelijks opgevolgd - van de Kust tot Limburg, zowel behandeld (praktijk) als onbehandeld t.a.v. Alternaria. In de databank werden alle gedetailleerde waarnemingen over het gewas en de aanwezigheid van Alternaria opgenomen. Voor elk perceel werden de relevante teeltmaatregelen en de uitgevoerde bespuitingen ingevoerd. De databank bevat tevens gedetailleerde weersgegevens afkomstig van 48 weerstations in gans Vlaanderen. In totaal werden meer dan 1300 bladstalen met ziektevlekken verzameld voor analyse. De resultaten van deze analyses, gekoppeld aan de datum van staalname en de waarnemingen op het perceel, geven een accuraat beeld van de ziekteverwekker en het aantastingsverloop per perceel. Tevens werden in totaal 660 isolaten (waarvan 197 A. solani) uit deze aantastingen bewaard voor inoculatie in veldproeven en verder onderzoek in vitro en op plantniveau.Dit onderzoek gaf ons waardevolle en concreet bruikbare informatie over de invloed van fungiciden op myceliumgroei en sporenkieming (uitgevoerd in 2013, ’14 en ’15), de rol van de stikstofbemesting en droogtestress (serreproef, 2013 en ’14), de invloed van temperatuur op myceliumgroei en sporenkieming (2013 en ’14).Op 3 locaties - Beitem, Bottelare en Kruishoutem - werd het effect (niveau van aantasting, opbrengst en kwaliteit) van verschillende fungicidenschema’s vergeleken met een onbehandelde controle in een gerandomiseerde blokkenproef. Vanaf seizoen 2014 werd daarbij ook kunstmatige inoculatie toegepast in het veld. Tevens werden proeven aangelegd ter bepaling van het uiterste tijdstip waarop een behandeling moet starten in een tot dan toe onbehandeld gewas, op meerdere locaties en in verschillende seizoenen.Resultaat: simulatiemodel als basis voor adviessysteemDe vele nauwkeurige waarnemingen - op een groot aantal percelen - en bijhorende analyses lieten ons toe om een geschikt simulatiemodel te ontwikkelen, dat een goede verklaring geeft voor het optreden van de ziekte.In de eerste plaats werd een uitgebreide correlatieanalyse uitgevoerd op de databank met alle waarnemingen en gedetailleerde regionale weersgegevens. Dit model geeft een goed inzicht in de bepalende weersfactoren, waaruit blijkt dat vooral de parameter vocht (neerslag, relatieve luchtvochtigheid en bladnat) een belangrijke rol speelt.Voorts werden een groot aantal bestaande modellen getoetst op hun bruikbaarheid in onze omstandigheden. Meestal voorspellen deze een eerste aantasting, of wordt een startdatum voor de behandelingen aangegeven. Het merendeel van deze bestaande simulaties of modellen blijkt echter niet geschikt of onbetrouwbaar. Mits een aanpassing van de gebruikte parameters en drempels vertoont één ervan - model FAST - wel een sterke correlatie met de waarnemingen in de zes projectjaren, en is met name bruikbaar voor het adviseren van de eerste bespuiting en (eventuele) vervolgbespuitingen.Tenslotte werd een gedetailleerd epidemiologisch simulatiemodel opgebouwd, waarin de opeenvolgende stappen van de ziektecyclus van A. solani kwantitatief berekend worden op basis van de weerparameters temperatuur, straling, luchtvochtigheid, bladnat, neerslag en windsnelheid. Vanaf de vorming van sporendragers >> vorming van sporen >> verspreiding door regen en vooral wind >> kieming >> infectie >> vlekvorming gevolgd door vlekgroei, wordt tenslotte het totaal aantal laesies berekend. Het resulterende beeld van deze totale vlekgrootte - de uitkomst van de epidemie - stemde sterk overeen met de waarnemingen in alle jaren én voor de verschillende regio’s, vooral wat betreft de start van de epidemische ontwikkeling. Een sterk punt daarbij is dat deze aanpak toelaat om de fysiologische weerstand van het gewas op een correcte manier in rekening te brengen, door de infectie-efficiëntie evenredig te laten toenemen met de afrijping van het aardappelgewas, wat resulteerde in een nog betere overeenkomst met de vele waarnemingen. Daarbovenop worden ook teeltfactoren (bv. rotatie) en stressfactoren (bv. droogtestress) mee opgenomen in de berekeningen.Elk van deze benaderingen heeft zijn specifieke sterke punten, en vertoont in elk seizoen en elke regio een goede correlatie met de vele waarnemingen. In combinatie geven ze een voldoende betrouwbaar inzicht in het optreden van de ziekte, en vormen ze een solide basis voor het adviessysteem.De nieuwe kennis opgedaan in het project wordt ruim verspreid, en tijdens het seizoen toegepast via de adviezen van de waarschuwingsdienst PCA.Voornaamste bevindingen voor de praktijk§  Alternaria is een afrijpingsziekte§  de rotatieduur op een perceel heeft een duidelijk effect op de aantasting§  vocht (bladnat, RV, neerslag) in de tweede helft van het seizoen is de belangrijkste klimaatfactor§  de factor temperatuur is van ondergeschikt belang in een gematigd klimaat§  enkel zeer ernstige aantastingen van Alternaria leiden tot een significant opbrengstverlies§  in jaren met onvoldoende velvaste aardappelknollen bij het rooien, bv. vanwege doorwas, kan knolinfectie door Alternaria een ernstig kwaliteitsprobleem in de bewaring zijn§  de beschikbare fungiciden zijn over het algemeen effectief om een aantasting van Alternaria binnen de perken te houden, maar geven geen garantie: timing van de bespuitingen, middelenkeuze, ziektedruk en gewasstadium spelen een grote rol in het al dan niet epidemisch optreden.§  er zijn grote verschillen tussen isolaten voor wat betreft gevoeligheid voor fungiciden§  binnen de A. solani populatie in Vlaanderen zijn er tot 50% strobilurine (en andere QoI-fungiciden) resistente isolaten aanwezig (F129L mutanten), en hun aantal neemt wellicht nog toe§  er zijn tevens meer dan 50 % succinaat dehydrogenase inhibitor (SHDI) mutanten aanwezig in de populatie§  het onderzoek leverde twee bruikbare en betrouwbare simulatiemodellen op die het optreden van Alternaria in Vlaanderen kunnen simuleren en voorspellen aan de hand van gedetailleerde weers- en gewasgegevens.BesluitZes seizoenen van intensieve monitoring van percelen, analyse en diagnose, labo-, serre- en veldproeven geven een zeer goed beeld van de werkelijke Alternaria-problematiek in Vlaanderen: belang van het pathogeen, optreden van de ziekte in ruimte en tijd, invloed van weers-, gewas- en teeltfactoren. Deze kennis vormt de solide basis van het adviessysteem dat ruim wordt toegepast in de praktijk, om te komen tot een beredeneerde aanpak van Alternaria conform de principes van IPM.De bouwstenen van dit adviessysteem (weersgegevens verwerkt in ziektemodellen, gewasontwikkeling, teeltfactoren) werden samengebracht op een overzichtelijke manier, zodat de teler of eindgebruiker op elk moment een goed beeld heeft van het risico voor zijn regio en perceel. Dit laat toe om gewasbeschermingsmiddelen beredeneerd en efficiënt in te zetten." "Modelgebaseerde actieve thermografie voor contactloze kwaliteitscontrole in de agro-voedingssector" "Wouter Saeys" "Afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren" "In de agro-voedingsindustrie stijgt de vraag naar niet-destructieve technieken voor de kwaliteitscontrole van elk individueel product. Deze vraag komt voort uit een toegenomen aandacht voor voedselveiligheid en –kwaliteit. Verscheidene snelle, niet-destructieve en contactloze technologieën werden reeds bestudeerd voor de kwaliteitscontrole van voedingsproducten. Veel van deze technologieën zijn gebaseerd op de interactie van elektromagnetische straling met het voedingsproduct. In bepaalde situaties blijft de zoektocht naar een geschikte technologie echter onbeantwoord. Dit is bijvoorbeeld het geval voor toepassingen waar er interesse is in de detectie van holtes of inhomogeniteiten die zich onder het oppervlak bevinden en daardoor niet zichtbaar zijn met het blote oog of met klassieke cameravisie.De onderzoekshypothese die aan de basis lag van dit doctoraatsonderzoek was dat actieve thermografie de juiste eigenschappen heeft om dit gebrek op het gebied van de niet-destructieve kwaliteitscontrole van agro-voedingsproducten op te vullen. De techniek is gebaseerd op het meten en analyseren van de oppervlaktetemperatuur van een object in functie van de tijd, wanneer dit object onderworpen wordt aan een externe thermische excitatie. Defectdetectie is gebaseerd op het principe dat zones met afwijkende thermo-fysische eigenschappen op en nabij het oppervlak resulteren in verschillen in dit verloop van de oppervlaktetemperatuur in functie van de tijd. Actieve thermografie is een veelzijdige technologie wat betreft de experimentele configuratie en de methoden voor de gegevensverwerking. Hoewel actieve thermografie uitgebreid bestudeerd en toegepast wordt in verschillende domeinen zoals de automobiel- en luchtvaartsector en de bouw, werd er slechts een beperkt aantal studies uitgevoerd rond de inspectie van agro-voedingsproducten met actieve thermografie. De algemene doelstelling van dit doctoraatsonderzoek was de verkenning van het potentieel van actieve thermografie als een snelle, niet-destructieve en contactloze methode voor kwaliteitscontrole in de agro-voedingssector. In het onderzoek werd er gefocust op gepulseerde thermografie omdat deze methode hoge inspectiesnelheden toelaat en een laag risico op thermische beschadiging van de geïnspecteerde producten inhoudt. Beide aspecten zijn essentieel voor kwaliteitscontrole in de agro-voedingssector.Eerst werd er een experimentele opstelling uitgewerkt die toelaat om kwaliteitsvolle actieve thermografie-experimenten uit te voeren. Er werd aangetoond dat het belangrijk is om reflecties te minimaliseren en de ruimtelijke uniformiteit van de warmte-excitatie te optimaliseren. Er werd een hoogdoorlaat infraroodfilter geïnstalleerd in de thermische camera om directe reflecties van een deel van de excitatie-energie via het staaloppervlak in de detector van de camera te vermijden. Bovendien werden de excitatiebronnen uitgerust met matglazen diffusers om de ruimtelijke uniformiteit van de excitatie te verhogen. Vervolgens werd een industriële toepassing van actieve thermografie bestudeerd voor de detectie van lasnaadvervuiling in voedselverpakkingen met een warme lasnaad. De warmte van de lasbalken werd benut als de thermische excitatie. De detectieprestaties van zes gegevensverwerkingsmethoden werden vergeleken. Digitale beelden met een hoge resolutie werden gebruikt als referentie. De laagste detectielimiet werd bekomen voor de methode gebaseerd op een fit van de afkoelprofielen. Deze limiet was echter slechts iets lager dan de limiet voor de methode gebaseerd op één enkel beeld. In deze toepassing werden de kenmerken van de warmte-excitatie volledig bepaald door de industriële context. Deze kenmerken bleken echter niet ideaal te zijn met het oog op defectdetectie. Deze toepassing benadrukt het belang van de optimalisatie van de excitatie- en meetparameters om de defectdetectie te verbeteren. Hoewel modelgebaseerde actieve thermografie bestudeerd werd in andere toepassingsdomeinen, werd het potentieel ervan voor de agro-voedingssector nog niet verkend. Daarom werd er in dit doctoraatsonderzoek een methodologie voorgesteld voor de modelgebaseerde optimalisatie van actieve thermografie-experimenten.Vijf eindige-elementenmodellen voor het warmtetransport tijdens een actieve thermografie-inspectie werden voorgesteld en experimenteel gevalideerd. De vijf modellen verschilden in ruimtelijke dimensionaliteit (2D of 3D), de manier waarop de excitatie werd gemodelleerd (als een warmteflux-randvoorwaarde of als een voorgeschreven straling vanuit een externe warmtebron) en de manier waarop de convectie van lucht rond het staal in het model werd opgenomen (via correlatieformules gebaseerd op het Rayleigh-getal of via een expliciete modellering van de niet-isotherme luchtstroming). Alle modellen waren in staat de algemene aspecten van de temperatuur-tijdsprofielen voor ongeschonden en defecte zones te beschrijven. Het model waarin de niet-isotherme luchtstroming expliciet gemodelleerd werd, vertoonde echter de beste overeenkomst met de experimentele resultaten. Omdat alle modellen zeer rekenintensief waren, werd een methodologie ontwikkeld om de temperatuur-tijdsinformatie resulterende uit een warmtetransportsimulatie op een snelle en efficiënte wijze te voorspellen voor een breed bereik aan inputparameters. De methodologie combineert een Principale Componentenanalyse (PCA) met het concept van ‘Design and Analysis of Computer Experiments’ (DACE). Hierbij wordt een metamodel gebouwd dat interpoleert tussen het resultaat van een beperkt aantal simulaties die geselecteerd werden op basis van een efficiënt experimenteel ontwerp. Deze PCA+DACE-methodologie is een generiek instrument dat aangepast kan worden wat betreft het warmtetransportmodel en de inputparameters. De PCA+DACE-methodologie werd geïllustreerd voor een toepassing waarin de thermo-fysische eigenschappen de inputparameters waren en waarin de temperatuur-tijdsprofielen van ongeschonden en defecte zones in een PVC-plaatje met defecten onder het oppervlak voorspeld werden.Vervolgens werd de PCA+DACE-methodologie toegepast om de optimale pulsduur te bepalen voor de gepulseerde thermografiedetectie van defecten op verschillende dieptes onder het oppervlak in een PVC-plaatje. In deze toepassing werden de pulsduur en de defectdiepte beschouwd als de inputvariabelen. Het principe van gepulseerde fasethermografie werd toegepast om het faseverschil tussen defecte en ongeschonden zones in het PVC-plaatje te bepalen. De simulatieresultaten geven ons inzicht in de meer beperkte regio van de ontwerpruimte waarin het experimenteel optimum zich situeert. Het grootste fasecontrast werd bekomen voor het meest oppervlakkige (1 mm diepe) defect, geëxciteerd gedurende de kortste pulsduur (0.5 s). Dit duidt erop dat een actieve thermografie-inspectie het interessantst is voor toepassingen waarin er gekeken wordt naar defecten op en net onder het oppervlak, aangezien er dan slechts een korte excitatietijd nodig is.Tenslotte werd de PCA+DACE-methodologie toegepast voor het bepalen van de optimale gepulseerde thermografie-parameters voor een confidentiële, praktische case study in de agro-voedingssector. In deze studie werd aangetoond dat de in silico benadering, die gebruik maakt van PCA en DACE, een krachtige tool is om de meest veelbelovende regio van experimentele parameters aan te duiden. Dit bewijst dus dat computersimulaties kunnen helpen om de hoeveelheid fysische experimenten, die veelal duur en tijdrovend zijn, te beperken.Op basis van de bekomen resultaten kan geconcludeerd worden dat het ontwikkelde eindige-elementenmodel in combinatie met de voorgestelde PCA+DACE-methodologie potentieel heeft voor de optimalisatie van inspectietoepassingen waarin er interesse is in het meten van (defecten gerelateerd aan) verschillen in de thermo-fysische eigenschappen van agro-voedingsproducten op en net onder het oppervlak. Interessante pistes voor toekomstig onderzoek zijn een verdere verbetering van de nauwkeurigheid van het eindige-elementen warmtetransportmodel, het afleiden van informatie over de defecten op basis van de principale componenten van de PCA+DACE-methodologie, het aanpassen van de experimentele opstelling aan de eisen van specifieke agro-voedingstoepassingen, het opdrijven van de snelheid van de inspectie en de dataverwerkingsalgoritmen, het ontwikkelen van beeldverwerkingsalgoritmen voor de actieve thermografie-inspectie van bewegende objecten en de uitbreiding van het toepassingsgebied van de voorgestelde PCA+DACE-methodologie binnen de agro-voedingssector."