Pour que chacun puisse bien manger dans notre monde surpeuplé, nous devons innover. Les systèmes d’agriculture verticale, qui permettent de cultiver intensivement des plantes en intérieur, pourraient faire partie de la solution. Mais pour les utiliser à grande échelle, nous devons surmonter des problèmes clés, notamment la gestion de la lumière, coûteuse et énergivore, dont les plantes ont besoin pour pousser.
Des scientifiques démontrent désormais comment manipuler la lumière en fonction des besoins de cultures spécifiques pourrait les rendre plus fortes et plus saines tout en minimisant la consommation d’énergie.
« Le plus grand avantage des systèmes d’agriculture verticale est que des aliments sains peuvent être cultivés beaucoup plus près des consommateurs dans des endroits où cela est impossible autrement : dans les mégalopoles, dans les déserts et dans des endroits froids et sombres pendant une grande partie de l’année », a déclaré le Dr Elias Kaiser, premier auteur de l’article. Les frontières de la science« Le plus grand défi réside dans les coûts associés à la consommation d’électricité. »
Faire la lumière sur le problème
De nombreux systèmes d’agriculture verticale fonctionnent dans des conditions environnementales constantes, ce qui nécessite une consommation d’électricité importante et coûteuse pour leur entretien. L’analyse des scientifiques montre que ces conditions exigeantes sont inutiles : grâce à un contrôle environnemental dynamique, suggèrent-ils, nous pouvons obtenir une agriculture verticale plus rentable et qui produit des plantes plus saines.
« Nous avons été motivés par les rythmes que les plantes présentent sur les échelles de temps diurnes et de développement, qui nécessitent que leur environnement de croissance soit ajusté régulièrement afin de piloter parfaitement leur croissance », a déclaré le professeur Leo Marcelis de l’Université de Wageningen, auteur principal.
« Nous décrivons une stratégie qui utilise les connaissances en physiologie végétale, de nouvelles techniques de détection et de modélisation et de nouvelles variétés spécifiquement sélectionnées pour les systèmes agricoles verticaux. »
Étant donné que les fonctions biologiques des plantes sont fortement influencées par les conditions environnementales telles que les changements de température, les longueurs d’onde de la lumière et la quantité de CO2 dans l’atmosphère, la manipulation de l’environnement permet à un système agricole vertical de manipuler le développement des plantes.
L’éclairage est une variable essentielle : toutes les plantes en ont besoin pour réaliser la photosynthèse et les différentes longueurs d’onde de la lumière ont des effets différents sur différentes plantes. Cette variable est également particulièrement sensible au prix de l’électricité, ce qui offre des possibilités de gains d’efficacité.
« Les fluctuations des prix de l’électricité peuvent être utilisées à l’avantage des systèmes d’agriculture verticale, en utilisant plus d’électricité quand elle est moins chère », explique Marcelis.
Les auteurs ont créé un modèle pour tester un éclairage intelligent qui vise à maintenir la capacité des plantes à réaliser la photosynthèse au cours d’une journée, tout en réduisant les coûts d’électricité. Ils ont découvert qu’un algorithme d’optimisation pouvait réduire les coûts d’électricité de 12 % sans compromettre la fixation du carbone par les plantes, simplement en faisant varier l’intensité de la lumière.
Ils ont ensuite testé si les variations d’intensité lumineuse affectaient la croissance de plantes à feuilles comme les épinards, souvent cultivés dans des fermes verticales, et ont constaté qu’il n’y avait aucun effet négatif. Cela restait vrai même lorsque les plantes étaient soumises à des variations irrégulières d’intensité lumineuse, plutôt qu’à un schéma prévisible et régulier.
Les graines du futur
D’autres problèmes critiques restent à résoudre avant que l’agriculture verticale puisse contribuer à nourrir le monde.
« De nombreuses solutions proposées n’ont pas été testées à l’échelle plus vaste que représentent les fermes verticales : elles ont peut-être été démontrées au niveau d’une seule plante, mais pas encore au niveau de l’ensemble de la culture », a averti Kaiser.
Le réglage dynamique des débits d’air, de la température et du CO2 en fonction des besoins des plantes pourrait potentiellement offrir des possibilités de minimiser les coûts d’électricité. Les agriculteurs auront besoin de capteurs et de modèles adaptés pour les aider à surveiller et à ajuster l’environnement, ainsi que de nouveaux cultivars sélectionnés pour l’agriculture verticale.
Ces cultivars pourraient tirer parti du potentiel de production locale dans des conditions abritées pour se concentrer sur de meilleures qualités nutritionnelles et sensorielles, plutôt que sur la robustesse ou la durée de conservation. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour calibrer toutes ces variables et trouver le bon équilibre entre des cultures de haute qualité et à haut rendement.
« Dans une ferme verticale, toutes les conditions de croissance peuvent être contrôlées avec précision, ce qui est très important pour optimiser le rendement, la qualité et l’efficacité de l’utilisation des ressources », a déclaré Marcelis.
« Cependant, la possibilité technique de les maintenir constants ne signifie pas que le maintien de ces valeurs soit la meilleure solution. Une fois que le contrôle environnemental dynamique est établi, la consommation d’énergie et les coûts de l’énergie utilisée peuvent être considérablement réduits, ce qui augmente la rentabilité et la durabilité des fermes verticales. »
Plus d’informations :
L’agriculture verticale devient dynamique : optimisation de l’efficacité de l’utilisation des ressources, de la qualité des produits et des coûts énergétiques, Les frontières de la science (2024). DOI : 10.3389/fsci.2024.1411259