Agriculture verticale : 12% d’économies d’énergie grâce à l’éclairage intelligent

L’agriculture verticale tente de s’imposer comme une solution novatrice pour répondre aux besoins alimentaires d’une population mondiale en expansion. Les systèmes de culture en intérieur présentent des opportunités inédites, mais se heurtent à des obstacles significatifs, notamment la gestion de l’éclairage énergivore.

Des chercheurs ont récemment mis en lumière comment l’optimisation de la lumière selon les besoins spécifiques des plantes pourrait favoriser leur croissance tout en diminuant la consommation énergétique.

L’agriculture verticale : un potentiel considérable

Les systèmes d’agriculture verticale permettent la culture d’aliments sains au plus près des consommateurs, dans des environnements auparavant jugés inadaptés.

Le Dr Elias Kaiser, premier auteur de l’étude publiée dans Frontiers in Science, a déclaré : « Le plus grand avantage des systèmes d’agriculture verticale réside dans la possibilité de cultiver des aliments sains beaucoup plus près des consommateurs dans des endroits où cela s’avère impossible autrement : dans les mégapoles, les déserts et les lieux froids et sombres pendant une grande partie de l’année.« 

Toutefois, la consommation électrique demeure un obstacle majeur. Les coûts liés à l’utilisation de l’électricité représentent actuellement le principal frein à l’expansion de l’agriculture verticale.

Une approche novatrice de la gestion lumineuse

L’analyse des scientifiques révèle que les conditions environnementales constantes, couramment employées dans de nombreux systèmes d’agriculture verticale, s’avèrent superflues. Une gestion dynamique de l’environnement pourrait non seulement réduire les coûts, mais aussi favoriser la santé des plantes.

Le professeur Leo Marcelis de l’Université de Wageningen, auteur principal de l’étude, a expliqué : « Notre motivation provient des rythmes que les plantes manifestent sur des échelles de temps diurnes et de développement, nécessitant un ajustement régulier de leur environnement de croissance pour diriger parfaitement leur croissance. Nous décrivons une stratégie qui utilise les connaissances en physiologie végétale, de nouvelles techniques de détection et de modélisation, ainsi que de nouvelles variétés spécifiquement sélectionnées pour les systèmes d’agriculture verticale. »

L’optimisation de l’éclairage : un levier d’efficacité

L’éclairage joue un rôle essentiel dans le développement des plantes. Les différentes longueurs d’onde lumineuses influencent diverses fonctions biologiques. De plus, l’éclairage constitue une part importante de la consommation électrique, offrant ainsi des opportunités d’optimisation significatives.

Le professeur Marcelis a ajouté : « Les fluctuations des prix de l’électricité peuvent être mises à profit par les systèmes d’agriculture verticale, en utilisant davantage d’électricité lorsque son coût est moindre. »

Les chercheurs ont élaboré un modèle d’éclairage intelligent visant à maintenir la capacité de photosynthèse des plantes stable tout au long de la journée, tout en réduisant les coûts énergétiques. Un algorithme d’optimisation a permis de diminuer les coûts d’électricité de 12% sans compromettre la fixation du carbone par les plantes, simplement en modulant l’intensité lumineuse.

Des défis persistants à relever

Malgré ces progrès prometteurs, des obstacles subsistent avant que l’agriculture verticale ne puisse contribuer significativement à l’alimentation mondiale. Le Dr Kaiser a mis en garde : « De nombreuses solutions proposées n’ont pas été éprouvées aux échelles plus importantes que représentent les fermes verticales – leur efficacité a peut-être été démontrée au niveau d’une seule plante, mais pas encore au niveau d’une culture entière. »

L’ajustement dynamique des débits d’air, de la température et du CO₂ en fonction des besoins des plantes pourrait offrir des opportunités supplémentaires de minimiser les coûts énergétiques. Les agriculteurs auront besoin de capteurs et de modèles adaptés pour surveiller et ajuster l’environnement, ainsi que de nouvelles variétés végétales sélectionnées spécifiquement pour l’agriculture verticale.

Le professeur Marcelis a conclu : « Dans une ferme verticale, toutes les conditions de croissance peuvent être précisément contrôlées, ce qui s’avère crucial pour optimiser le rendement, la qualité et l’efficacité d’utilisation des ressources. Cependant, la possibilité technique de les maintenir constantes ne signifie pas que cette approche soit la plus pertinente. Une fois le contrôle environnemental dynamique établi, la consommation d’énergie et les coûts associés pourront être considérablement réduits, augmentant ainsi la rentabilité et la durabilité des fermes verticales. »

Article : « Vertical farming goes dynamic: optimizing resource use efficiency, product quality, and energy costs » – DOI: 10.3389/fsci.2024.1411259