Les chercheurs ont démontré l’utilisation de panneaux solaires teintés et semi-transparents pour générer de l’électricité et produire simultanément des cultures de qualité nutritionnelle supérieure, ce qui ouvre la perspective de revenus plus élevés pour les agriculteurs et d’une utilisation maximale des terres agricoles.
En permettant aux agriculteurs de diversifier leur portefeuille, ce nouveau système pourrait offrir une protection financière contre les fluctuations des prix du marché ou les changements de la demande, et atténuer les risques liés à un climat peu fiable. À plus grande échelle, il pourrait accroître considérablement la capacité de production d’électricité à partir de l’énergie solaire sans compromettre la production agricole.
Ce n’est pas la première fois que les cultures et l’électricité sont produites simultanément à l’aide de panneaux solaires semi-transparents, une technique appelée « agrovoltaïque« . Mais dans une adaptation inédite, les chercheurs ont utilisé des panneaux de couleur orange pour exploiter au mieux les longueurs d’onde – ou les couleurs – de la lumière qui pourrait les traverser.
Les panneaux solaires teintés absorbent les longueurs d’onde bleues et vertes pour produire de l’électricité. Les longueurs d’onde orange et rouge passent à travers, permettant aux plantes situées en dessous de croître. Bien que la culture reçoive moins de la moitié de la quantité totale de lumière qu’elle recevrait si elle était cultivée dans un système agricole standard, les couleurs qui passent à travers les panneaux sont celles qui conviennent le mieux à sa croissance.
« Pour les cultures de grande valeur comme le basilic, la valeur de l’électricité produite compense juste la perte de production de biomasse causée par les panneaux solaires teintés. Mais lorsque la valeur de la culture était plus faible, comme dans le cas des épinards, cette nouvelle technique agrovoltaïque présentait un avantage financier important », a déclaré le Dr Paolo Bombelli, chercheur au département de biochimie de l’université de Cambridge, qui a dirigé l’étude.
La valeur combinée des épinards et de l’électricité produite à l’aide du système agrovoltaïque teinté était de 35% supérieure à celle de la seule culture des épinards dans des conditions de culture normales. En revanche, le gain financier brut pour le basilic ainsi cultivé n’était que de 2,5 %. Les calculs ont utilisé les prix actuels du marché : le basilic se vend environ cinq fois plus cher que les épinards. La valeur de l’électricité produite a été calculée en supposant qu’elle serait vendue au réseau national italien, où l’étude a été réalisée.
« Nos calculs sont une estimation assez prudente de la valeur financière globale de ce système. En réalité, si un agriculteur achetait de l’électricité au réseau national pour faire fonctionner ses installations, le bénéfice serait bien plus important« , a déclaré le professeur Christopher Howe, du département de biochimie de l’université de Cambridge, qui a également participé à la recherche.
L’étude a révélé que le rendement commercial du basilic cultivé sous les panneaux solaires teintés a diminué de 15 % et celui des épinards d’environ 26 %, par rapport à des conditions de culture normales. Cependant, les racines des épinards poussaient beaucoup moins que leurs tiges et leurs feuilles : avec moins de lumière disponible, les plantes consacraient leur énergie à faire pousser leurs « panneaux solaires biologiques » pour capter la lumière.
L’analyse en laboratoire des épinards et des feuilles de basilic cultivés sous les panneaux a révélé que les deux avaient une concentration plus élevée de protéines. Les chercheurs pensent que les plantes pourraient produire des protéines supplémentaires pour renforcer leur capacité de photosynthèse dans des conditions de lumière réduite. Dans une adaptation supplémentaire à la lumière réduite, les tiges plus longues produites par les épinards pourraient faciliter la récolte en soulevant les feuilles plus loin du sol.
« Du point de vue d’un agriculteur, il est avantageux que vos légumes verts à feuilles poussent plus grandes – c’est la partie comestible de la plante qui peut être vendue. Et comme la demande mondiale de protéines continue de croître, les techniques qui permettent d’augmenter la quantité de protéines provenant des cultures végétales seront également très bénéfiques« , a déclaré M. Bombelli.
« Avec autant de cultures actuellement cultivées sous une sorte de couverture transparente, il n’y a pas de perte de terres pour la production supplémentaire d’énergie à l’aide de panneaux solaires teintés« , a déclaré le Dr Elinor Thompson de l’Université de Greenwich, et auteur principal de l’étude.
Toutes les plantes vertes utilisent le processus de photosynthèse pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique qui alimente leur croissance. Les expériences ont été menées en Italie à l’aide de deux cultures expérimentales. Les épinards (Spinacia oleracea) représentaient une culture de saison hivernale : ils peuvent pousser avec moins d’heures de lumière du jour et tolérer un temps plus froid. Le basilic (Ocimum basilicum) est une culture d’été, qui nécessite beaucoup de lumière et des températures plus élevées.
Les chercheurs discutent actuellement d’autres essais du système afin de comprendre comment il fonctionnerait pour d’autres cultures et comment la croissance sous une lumière rouge et orange prédominante affecte les cultures au niveau moléculaire.
Cette recherche a été menée en partenariat avec Polysolar Ltd. Elle a été financée par le Leverhulme Trust et le ministère italien de l’université et de la recherche.
Credit : Paolo Bombelli/University of Cambridge
Référence Thompson, E. et al : "Les panneaux solaires semi-transparents teintés permettent la production simultanée de cultures et d'électricité sur les mêmes terres cultivées". Advanced Energy Materials, 2 août 2020. DOI : 10.1002/aenm.202001189
