Des serres plus vertes promettent une culture plus économe en énergie
La culture de fruits et légumes en serres pourrait bientôt devenir plus écologique grâce à des recherches financées par l'UE.
16 juillet 2024, par Bárbara Pinho
Dans la province d'Almería, au sud-est de l'Espagne, les agriculteurs produisent chaque année entre 2,5 et 3,5 millions de tonnes de fruits et légumes dans ce qui est devenu connu comme la "mer de serres" d'Almería. Dans cette région, les serres s'étendent à perte de vue, couvrant une superficie de plus de 40 000 hectares (400 kilomètres carrés).
C'est en partie grâce à cette production que les consommateurs à travers le continent peuvent profiter de produits tels que des concombres, des tomates et des melons tout au long de l'année. Mais il y a un hic, ces serres ne sont pas toujours très durables en termes d'utilisation d'énergie ou d'eau.
Serena Danesi est associée de recherche à l'Institut des systèmes énergétiques et de l'ingénierie des fluides (IEFE) à Zurich, en Suisse. Elle se spécialise dans l'ingénierie thermique et la récupération de chaleur et, au cours des quatre dernières années, a dirigé le projet TheGreefa, qui a reçu des fonds de l'UE pour développer un nouveau système plus économe en énergie et respectueux de l'environnement pour contrôler à la fois la température et l'humidité dans les serres.
Si l'Europe veut atteindre ses objectifs climatiques et fixer la norme pour une production alimentaire durable – un objectif fixé dans la stratégie de la ferme à la table de l'UE adoptée en 2020 – alors améliorer la durabilité de l'agriculture en serre sera une préoccupation clé.
« Si nous voulons manger des concombres, des tomates et des pastèques toute l'année, nous devons être conscients que leur culture consomme beaucoup d'énergie et d'eau », a déclaré Danesi.
Contrôle climatique
Les changements des conditions climatiques et la nécessité de mieux contrôler l'environnement de culture des cultures ont conduit à une expansion rapide de la culture commerciale sous serre à travers l'Europe.
En 2018, on estimait que l'Europe avait environ 210 000 hectares (2 100 kilomètres carrés) de serres, avec des concentrations particulièrement élevées en Espagne (70 000 ha), en Italie (42 800 ha), en France, aux Pays-Bas et en Europe centrale et orientale.
Les besoins énergétiques des serres diffèrent cependant en fonction de leur localisation. TheGreefa réunit des chercheurs d'Italie, de France, d'Allemagne, d'Espagne, de Suisse, de Pologne et de Tunisie pour étudier comment leur système proposé fonctionne dans différentes zones climatiques.
« Les serres en Europe centrale ont besoin de chaleur parce qu'il y fait froid. En revanche, en Espagne, elles ont besoin de refroidissement en été », a déclaré Danesi. « Il y a donc différents problèmes pour différentes parties de l'Europe. »
En plus de la température, le contrôle de l'humidité est également un problème. À mesure que l'eau s'évapore des plantes dans un processus connu sous le nom de « transpiration », les niveaux d'humidité augmentent et peuvent devenir dangereusement élevés. Une humidité élevée peut provoquer des maladies fongiques, qui peuvent facilement se propager et détruire une culture. De plus, si l'humidité est trop élevée, la plante ne pourra pas transpirer normalement et mourra.
Chaleur de l'humidité
La solution ingénieuse proposée par les chercheurs de TheGreefa permet aux propriétaires de serres d'utiliser l'humidité libérée naturellement par les plantes pour générer de la chaleur. Elle permet également de récupérer de l'eau pure à partir de l'excès d'humidité, économisant ainsi à la fois l'eau et l'énergie.
Une solution saline absorbe toute augmentation de l'humidité dans la serre, libérant de la chaleur dans le processus par une réaction thermo-chimique.
« Nous pouvons déshumidifier l'air et créer de la chaleur en même temps », a déclaré Danesi.
Un avantage supplémentaire est que ce processus d'absorption élimine le besoin de ventilation, réduisant considérablement la quantité de chaleur perdue lorsque les fenêtres doivent être ouvertes pour se débarrasser de l'excès d'humidité.
Une fois que la solution saline a absorbé autant d'eau qu'elle le peut, elle peut être régénérée en utilisant la chaleur de faible niveau produite par l'énergie solaire excédentaire. Cela sépare le sel et l'eau, laissant la solution saline prête à être stockée et réutilisée en cas de besoin.
L'effet déshydratant créé par la solution saline peut également être utilisé pour sécher des produits frais comme les herbes et les fruits afin de prolonger leur durée de conservation. Comme cela fonctionne à basse température, des qualités telles que l'odeur et le goût restent intactes.
La technologie a été testée dans des serres en Suisse et en Tunisie. En Suisse, l'accent était mis sur le chauffage et le stockage saisonnier, tandis que dans les pays du sud, l'accent était mis sur l'efficacité énergétique et la récupération de l'eau.
« Nous évaluons actuellement les résultats et nous avons constaté des économies d'énergie », a déclaré Danesi. « Dans la serre suisse, notre système a réduit les besoins en énergie thermique de 50 %. »
Bien que prometteuse, l'application généralisée de cette technologie dans les serres commerciales est encore loin. Les tests pilotes continueront, pour l'instant, dans des environnements de plus petite échelle avant de passer à une plus grande échelle.
L'agriculture devient solaire
Un autre moyen pour les serres de devenir plus durables serait de tirer parti du fait que ces structures occupent de vastes zones baignées de soleil. Cela place les serres dans une position unique pour utiliser la lumière du soleil pour générer de l'électricité propre.
Un défi, cependant, est que les panneaux solaires ont tendance à être opaques, ils ne peuvent donc pas être placés au-dessus des cultures, sinon celles-ci ne pousseront pas. C'était le défi que l'ingénieur électricien Nick Kanopoulos a décidé de relever dans un projet de trois ans financé par l'UE appelé PanePowerSW qui s'est terminé en 2021.
Nick Kanopoulos est PDG de la start-up Brite Solar basée à Thessalonique, en Grèce, spécialisée dans la technologie solaire de nouvelle génération.
« Nous voulions construire un panneau solaire adapté à l'agriculture afin que, sur le même terrain, nous puissions produire à la fois des cultures et de l'énergie sans que l'un n'entrave l'autre », a-t-il déclaré.
Kanopoulos et son équipe ont développé un panneau solaire recouvert de nanomatériaux qui absorbent les particules de lumière dans la gamme UV de la lumière du soleil, qui ne sont utiles ni pour les panneaux photovoltaïques ni pour la croissance des plantes. Il les retransmet ensuite dans les gammes rouge et bleue du spectre visible, qui sont utiles pour les deux.
La lumière visible peut ainsi traverser les panneaux tout en augmentant à la fois la production d'électricité et la photosynthèse, rendant la technologie idéale pour une utilisation dans les serres.
Les avantages de l'énergie propre
L'équipe a testé les panneaux dans des serres en Grèce, en Espagne, aux États-Unis et à Singapour, et en culture en plein champ en Allemagne, en France, aux Pays-Bas et en Roumanie. Des tests ont été effectués sur différentes cultures, notamment les tomates, les bleuets, les fleurs ornementales et les poiriers. Leurs résultats ont montré que les agriculteurs peuvent réduire considérablement leur empreinte de dioxyde de carbone en produisant de l'énergie propre tout en cultivant des cultures.
Outre la possibilité pour les agriculteurs de produire leur propre énergie, la structure innovante des serres offre d'autres avantages. Elle collecte l'eau de pluie pour l'utiliser sur les cultures et protège contre les intempéries. Elle réduit également l'évaporation de l'eau, entraînant une baisse significative – d'environ 20 à 40 % – de l'eau nécessaire pour l'irrigation.
L'équipe de Kanopoulos est maintenant en train de s'étendre et de construire une usine en Grèce pour automatiser et accélérer la production de verre solaire. Il a déclaré qu'avec cette usine, l'entreprise sera en mesure de combiner l'application de nano-revêtement avec l'assemblage de panneaux solaires, le tout sur une seule ligne de production.
Cela les aidera à atteindre plus de clients, petits et grands agriculteurs, dans le but de rendre le secteur agricole plus durable.
« Nous pensons que l'utilisation généralisée de cette technologie décarbonisera largement l'agriculture et contribuera à une production alimentaire durable », a déclaré Kanopoulos.
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Les recherches de cet article ont été financées par le programme Horizon de l'UE. Les opinions des personnes interviewées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne. Si vous avez aimé cet article, veuillez envisager de le partager sur les réseaux sociaux.
