Quand les cultures vivrières se portent mieux à l’ombre des panneaux solaires

Renforcer la résilience des énergies renouvelables et de la production alimentaire reste un défi fondamental dans le monde d’aujourd’hui, en particulier dans les régions sensibles à la chaleur et à la sécheresse.

L’agrivoltaïque, – terme regroupant l’agriculture et les panneaux solaires photovoltaïques – offrirait selon des recherches menées par l’Université d’Arizona, des impacts positifs sur la production alimentaire, l’économie d’eau et l’efficacité de la production électrique.

L’agrivoltaïque est une idée qui a gagné du terrain ces dernières années ; cependant, peu d’études ont suivi tous les aspects des systèmes alimentaires, énergétiques et hydrauliques associés, et aucune n’a porté sur les zones arides – régions qui connaissent des problèmes de production alimentaire et des pénuries d’eau, mais qui ont une surabondance d’énergie solaire.

« Beaucoup d’entre nous veulent plus d’énergie renouvelable, mais où placez-vous tous ces panneaux ? Au fur et à mesure que les installations solaires prennent de la place, elles ont tendance à se retrouver en périphérie des villes, et c’est là que nous cultivons déjà nos aliments « , a déclaré Greg Barron-Gafford, professeur agrégé à la School of Geography and Development et auteur principal de la revue qui a été publiée dans Nature Sustainability.

Une étude récente dans Nature a montré que les terres cultivables actuelles possèdent les « couvertures terrestres ayant le plus grand potentiel d’énergie solaire photovoltaïque« , selon l’analyse approfondie de la lumière solaire, de la température de l’air et de l’humidité relative entrante.

« Aussi, quelle utilisation des terres préférez-vous – la production alimentaire ou énergétique ? Ce défi se situe à l’intersection des liens entre l’homme et l’environnement, et c’est là que les géographes ‘brillent’ « , a déclaré Barron-Gafford, qui est également chercheur à la Biosphère 2. « Nous avons commencé à nous demander : ‘Pourquoi ne pas produire les deux au même endroit ?’ Et depuis, nous cultivons des tomates, des poivrons, de la blette, du chou-frisé et des herbes à l’ombre des panneaux solaires.« 

En utilisant des panneaux solaires photovoltaïques et des légumes régionaux, l’équipe a créé le premier site de recherche en agro-voltaïque à la Biosphère 2. Les professeurs et les étudiants ont tout mesuré, depuis la période de germination des plantes jusqu’à la quantité de carbone qu’elles aspirent dans l’atmosphère et dans l’eau qu’elles libèrent, en passant par leur production alimentaire totale pendant toute la saison de croissance.

L’étude s’est concentrée sur des plants de piment chiltepin, de piment jalapeno et de tomate cerise qui ont été placés sous un réseau PV. Tout au long de la saison de la croissance estivale en moyenne de trois mois, les chercheurs ont continuellement surveillé les niveaux de lumière, de la température de l’air et de l’humidité relative à l’aide de capteurs installés au-dessus de la surface du sol, ainsi que la température et l’humidité à la surface du sol à une profondeur de 5 cm. L’aire de plantation traditionnelle et le système agrivoltaïque ont reçu des taux d’irrigation équivalents et ont été testés en utilisant deux scénarios d’irrigation – une quotidienne et une tous les deux jours.

Ils ont constaté que le système agrivoltaïque avait une incidence importante sur trois facteurs qui influent sur la croissance et la reproduction des plantes : la température de l’air, la lumière directe du soleil et la demande atmosphérique d’eau. L’ombre fournie par les panneaux photovoltaïques a permis d’obtenir des températures diurnes plus fraîches et des températures nocturnes plus chaudes que dans le système traditionnel de plantation à ciel ouvert. Il y avait également un déficit de pression de vapeur plus faible dans le système agrivoltaïque, ce qui signifie qu’il y avait plus d’humidité dans l’air.

« Nous avons constaté que beaucoup de nos cultures vivrières se portent mieux à l’ombre des panneaux solaires parce qu’elles sont épargnées par le soleil direct « , a dit M. Baron-Gafford. « En fait, la production totale de chiltepin était trois fois plus importantes sous les panneaux photovoltaïques d’un système agri-photovoltaïque, et la production de tomates était deux fois plus importantes !« 

« En même temps, nous avons constaté que chaque action d’irrigation pouvait soutenir la croissance des cultures pendant des jours, pas seulement des heures, comme dans les pratiques agricoles actuelles. Cette constatation suggère que nous pourrions réduire notre consommation d’eau tout en maintenant nos niveaux de production alimentaire« , a ajouté M. Barron-Gafford, soulignant que l’humidité du sol demeurait environ 15 % plus élevée dans le système agrivoltaïque que dans la parcelle témoin lorsque nous irriguons un jour sur deux.

En plus des avantages pour les plantes, les chercheurs ont également constaté que le système agrivoltaïque augmentait l’efficacité de la production d’énergie. Les panneaux solaires sont intrinsèquement sensibles à la température – à mesure qu’ils se réchauffent, leur efficacité diminue. En cultivant des cultures sous les panneaux PV, les chercheurs ont pu réduire la température des panneaux.

« Ces panneaux solaires surchauffés sont en fait refroidis par le fait que les cultures en dessous émettent de l’eau par leur processus naturel de transpiration – tout comme les brumisateurs sur le patio de votre restaurant préféré, » a conclu Barron-Gafford. « Tout compte fait, c’est gagnant-gagnant pour ce qui est d’améliorer notre façon de cultiver nos aliments, d’utiliser nos précieuses ressources en eau et de produire de l’énergie renouvelable.« 

Un jardin traditionnel à ciel ouvert est situé à côté d'un système agrivoltaïque, dans lequel les plantes sont cultivées sous des panneaux solaires photovoltaïques. L'étude a été menée à la Biosphère 2, que l'on peut voir en arrière-plan. Credit photo : "Patrick Murphy/University of Arizona"