Produire autrement : la convergence entre énergie renouvelable et agriculture du futur
Résumé
Centrée sur l'agrivoltaïsme et la transition énergétique agricole, cette conférence a permis d'explorer les équilibres à trouver entre production végétale, production d'électricité et rentabilité économique.
Frédéric Lebeau, Professeur (Gembloux Agro-Bio Tech, TERRA Research Centre, ULiège), a ouvert la séance en présentant son laboratoire DEAL (Digital Energy & Agriculture Lab), une structure dédiée au développement de technologies numériques open source et open hardware pour gérer l'énergie et les systèmes biologiques des agricultures de demain.
Son intervention a d'abord dressé un diagnostic critique de la relation historique entre énergie et agriculture. La dépendance aux carburants fossiles et aux engrais azotés importés, ainsi que le détournement passé des serres stimulées par des certificats verts, ont notamment été évoqués. Il a ensuite analysé le basculement vers les énergies renouvelables en soulignant la chute spectaculaire des coûts de production liée à la courbe d'apprentissage industrielle. Il a mis en avant le rendement énergétique supérieur du photovoltaïque et présenté un calcul prospectif : cinquante mille hectares équipés en agrivoltaïsme suffiraient à alimenter l'ensemble des véhicules électriques belges, tout en maintenant un rendement agricole de 80 % sur ces surfaces.
L'électrification du matériel agricole constitue, selon lui, une évolution inéluctable et financièrement avantageuse. La maturation rapide des batteries transforme également les modèles d'affaires, grâce notamment à la réduction des temps de recharge et à l'émergence de la technologie sodium-ion. L'apparition de robots autonomes, de tracteurs électriques et de stations de recharge mobiles illustre déjà cette adaptation du monde agricole.
À terme, les exploitations agricoles pourraient devenir de véritables pôles énergétiques ruraux, intégrant des infrastructures de recharge rapide, du stockage frigorifique, la production d'engrais locaux et des solutions de stabilisation des réseaux grâce aux batteries. Pour accompagner cette transition, Frédéric Lebeau a souligné l'importance de développer des logiciels open source de simulation agrivoltaïque. Il reste toutefois nécessaire d'instaurer un climat de confiance, de moderniser le cadre législatif relatif aux permis d'urbanisme et de soutenir les communautés d'énergie locales.
La seconde intervention a été assurée par Thierry Decharneux, Business Development Manager chez Green City Wallonie. Il a défini l'agrivoltaïsme comme un véritable instrument de protection des cultures face aux aléas climatiques, la production d'électricité renouvelable en étant le bénéfice secondaire.
Cette approche place l'agriculture au cœur même de la démarche et garantit le maintien d'une activité agricole pérenne grâce à un double usage vertueux du sol :
Protection des cultures et résilience : Dans un contexte crucial de souveraineté alimentaire, les installations agrivoltaïques préservent les cultures des aléas climatiques (canicules, gel, grêle, intempéries) et sécurisent les rendements, renforçant ainsi la résilience du territoire.
Retombées économiques et décarbonation : La production d'énergie verte constitue un levier clé pour rentabiliser les investissements, se prémunir contre la hausse des prix de l'électricité et lutter contre le réchauffement climatique, sans jamais compromettre la vocation nourricière des terres.
En Région wallonne, la circulaire Borsus du 14 mars 2024 encadre et autorise les projets d'agrivoltaïsme, sous réserve du respect strict de trois conditions impératives dans lesquels s’inscrit les projets développés par Green City Wallonie :
S'inscrire dans une démarche de recherche et d’innovation
Garantir une compatibilité totale avec l'activité agricole du site
Démontrer la conformité au « modèle agricole wallon »
Diverses réalisations/projets en cours de développement illustrent cette approche avec notamment le maraîchage sous serre agrivoltaïque sur le site du restaurant de la Cour des Dames à Obourg. La serre alimente le restaurant en électricité verte et en fruits/légumes créant de l’emploi et des conditions de travail optimal pour François, le maraîcher.
Cette serre agrivoltaïque dont la spécificité d’enveloppe (degré de translucidité suite à l’intégration de cellules photovoltaïques) dépend du type de culture et des conditions pédoclimatiques fait l’objet de divers projets de recherche en collaboration avec le monde académique.
Au-delà des serres, Thierry Decharneux a présenté la diversité des infrastructures agrivoltaïques extérieures. Les panneaux verticaux conviennent notamment aux grandes cultures céréalières et aux légumes racines, tandis que les ombrières fixes ou pilotables s'adaptent à la production de petits fruits, de légumes feuilles et de légumes fruits.
L’agrivoltaïsme s’inscrit également dans l’innovation avec notamment le développement de panneaux solaires photovoltaïques munis de luminophores, de la nanotechnologie qui transforme le rayonnement lumineux non utile à la photosynthèse en rayonnement utile à la photosynthèse.
Parallèlement et indépendamment de l’installation de serres chez des acteurs déjà établis — maraîchers, restaurateurs ou structures collectives souhaitant aussi réaliser des économies d’énergie — des projets de plus grande envergure (1 ha) pour soutenir la relocalisation de l’alimentation se développent. Ces espaces dotés de diverses technologies agrivoltaïques sont conçus pour accompagner le passage à l'échelle de maraîchers existants ou favoriser l'installation de nouveaux porteurs de projets. Notons à titre d’exemple, le projet de reconversion d'un terrain agricole non utilisé et adjacent à une entreprise (n’ayant plus de superficie disponible en toiture ou en parking pour y placer des panneaux solaires photovoltaïques) en espace agrivoltaïque. Cette installation permettra de rétablir une activité agricole tout en assurant l'autoconsommation industrielle de l'électricité produite.
Enfin, notons que le modèle d'affaires proposé repose sur un partenariat entre plusieurs acteurs : Green City Wallonie en tant que développeur/constructeur, des investisseurs privés ou citoyens réunis en coopératives, des propriétaires fonciers publics ou privés et des exploitants agricoles.
Pierre Tocquin, Professeur associé à la Faculté des Sciences de l'ULiège, au sein de l'unité InBioS, a ensuite présenté les activités de la plateforme analytique PhytoSystems Facilities. Celle-ci produit des données scientifiques rigoureuses pour aider les agriculteurs, les décideurs et les investisseurs à évaluer l'impact des changements environnementaux et de l'ombrage sur la productivité végétale.
Afin de soustraire les expérimentations aux aléas météorologiques, les équipes travaillent exclusivement en environnement contrôlé. Leur approche repose sur deux piliers technologiques. Le premier concerne la maîtrise précise du climat dans différentes enceintes et serres de recherche, qui permettent d'isoler et de contrôler chaque paramètre : température, humidité, concentration en CO₂ ou nutrition hydroponique.
Le second pilier porte sur l'analyse à haut débit de la productivité végétale par imagerie. Les chercheurs mobilisent des caméras RGB pour analyser la morphologie des plantes, le scanner laser 3D Phénotram pour reconstituer leur structure en trois dimensions et l'imagerie hyperspectrale pour réaliser un phénotypage chimique. Ces techniques permettent notamment de mesurer les teneurs en eau, en nitrates et en métabolites.
Enfin, Pierre Lejeune, Chercheur senior, a consacré son intervention aux fermes verticales. L'essor de cette filière s'explique notamment par la démocratisation de l'éclairage LED et la publication, en 2010, de l'ouvrage fondateur de Dickson Despommier. Après une première phase d'engouement, la crise énergétique a entraîné une restructuration financière sévère du secteur et conduit les acteurs à redéfinir la place de l'agriculture verticale.
L'analyse des espèces les mieux adaptées à ce mode de production cible les cultures à cycle court, à fort indice de récolte et à haute valeur ajoutée, telles que les herbes aromatiques, les micro-pousses, les légumes feuilles, les petits fruits et les plantes médicinales. L'agriculture verticale se positionne ainsi comme un complément spécialisé à l'agriculture conventionnelle, et non comme un substitut.
La collaboration avec le bureau d'études GDTech dans le cadre du projet APIC illustre le potentiel d'automatisation de cette filière. Les partenaires ont conçu un démonstrateur en conteneur intégrant un convoyeur à chaînes, un ascenseur de gouttières et une station de fertigation hydroponique brevetée, baptisée Nutrimaton. Cet équipement automatise les opérations de culture et de phénotypage.
Plusieurs expérimentations en photobiologie ont également permis d'explorer de nouvelles pistes d'optimisation. Par exemple, le couplage entre imagerie hyperspectrale et modèles prédictifs a permis d'ajuster le ratio rouge-bleu de l'éclairage afin de maximiser la concentration en polyphénols bénéfiques pour la santé dans la laitue.
En conclusion, la modélisation d'un couplage synergique entre fermes verticales et centrales photovoltaïques ouvre de nouvelles perspectives. Cette approche permettrait aux fermes intérieures d'absorber l'électricité pendant les périodes où la surproduction d'énergies renouvelables entraîne des prix négatifs. Elle pourrait ainsi créer un modèle économique mutuellement avantageux pour les producteurs d'énergie et les exploitants de fermes verticales.
Ce compte-rendu a été rédigé avec l’aide de l’IA.
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L'agrivoltaïsme et l'agriculture en environnement contrôlé incarnent deux approches complémentaires de la transition énergétique appliquée à la production végétale. L'une comme l'autre associent production et consommation d'électricité afin de créer un microclimat optimisé, favorable à la croissance et au développement des plantes.
La mise en œuvre de ces nouveaux paradigmes repose sur l'émergence de modèles économiques innovants, fondés sur un arbitrage dynamique entre production agricole et production d'énergie renouvelable. Cet équilibre s'appuie sur le pilotage coordonné de processus physiques biologiques et chimiques. L'enjeu étant d'optimiser simultanément les performances agronomiques, énergétiques et économiques de ces nouveaux systèmes de production.
Les intervenants présenteront les fondements scientifiques de ces nouveaux systèmes, les approches d’ingénierie et les innovations technologiques permettant de les concevoir, ainsi que les modèles économiques qui en assurent la viabilité.
Objectifs de Développement Durable
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