Avec l'agrivoltaïque "on n'a pas à choisir entre l'énergie solaire et la production alimentaire"
15 mars - Nous avons besoin de terres pour les cultures et pour restaurer la biodiversité, et de terres pour les installations d'énergie renouvelable alors que le monde se sevre des combustibles fossiles. Dans le même temps, il n'y a jamais eu autant de pression sur les systèmes agricoles mondiaux que les morsures du changement climatique. Existe-t-il un moyen de concilier ces demandes apparemment concurrentes ?
L'installation de panneaux solaires sur les terres agricoles, connue sous le nom d'agrivoltaïque, a été un peu une patate chaude politique dans certaines parties de l'Europe et des États-Unis. Pour l'ingénieur en environnement Chad Higgins, de l'Oregon State University, le choix entre les terres agricoles et l'énergie est faux. Il doit y avoir une conception réfléchie, dit-il, mais « nos recherches indiquent qu'ils peuvent coexister et même créer des avantages mutuels ».
En effet, des projets agrivoltaïques fleurissent un peu partout dans le monde, notamment en Asie. L'Institut Fraunhofer allemand pour les systèmes d'énergie solaire (ISE) estime qu'en 2021, plus de 14 gigawatts (GW) de systèmes agrivoltaïques (ou agriPV) avaient été installés, grâce aux politiques gouvernementales de soutien au Japon, en Corée du Sud et en Chine, par exemple.
Higgins suggère que les meilleures conditions pour les panneaux solaires sont précisément les meilleures conditions pour les cultures agricoles. Surtout, les panneaux solaires et la biomasse ne sont pas en concurrence pour la même lumière disponible, car les deux utilisent des fréquences différentes du spectre de la lumière visible.
Alors que le stockage de l'énergie, comme les batteries, serait nécessaire, il calcule que l'utilisation de seulement 1 % des terres cultivées pour les systèmes agrivoltaïques pourrait compenser la demande énergétique mondiale. "Le débat entre le solaire et l'agriculture est un non-démarrage", affirme-t-il.
Des chercheurs du monde entier explorent la culture de tout, des raisins et des framboises aux pommes de terre et au blé sous et entre les panneaux photovoltaïques. Higgins a montré que les moutons pâturent préférentiellement dans les champs où l'ombre est offerte par des panneaux solaires ; les agneaux qui se nourrissaient sous des panneaux solaires prenaient autant de poids que ceux des champs ouverts et à la fin du printemps avaient besoin de moins d'eau.
Sa collègue, Maggie Graham, a démontré que la floraison des fleurs sauvages était retardée si elle était cultivée sous des panneaux solaires, fournissant du fourrage aux pollinisateurs à la fin de l'été, alors qu'il y avait généralement une pénurie de fleurs. Ainsi, même un simple habitat de prairie sous panneaux solaires peut aider l'agriculture et la biodiversité en soutenant les pollinisateurs.
Les panneaux solaires peuvent aider à protéger les cultures des températures extrêmes et à réduire la consommation d'eau. D'un autre côté, dit Higgins, l'activité des plantes aide à refroidir les panneaux. "Ils sont comme n'importe quel autre appareil électronique, ils deviennent plus efficaces à mesure qu'ils refroidissent - cela peut donc être une véritable relation symbiotique."
En Europe, une multitude de projets ont été annoncés et l'UE a fixé de nouveaux objectifs ambitieux pour l'énergie solaire dans le cadre de ses efforts pour s'éloigner des importations de gaz russe. Les toits sont un axe majeur, mais l'utilisation multiple de l'espace - comme par le biais de l'agrivoltaïque - est également ciblée.
Le groupe énergétique espagnol Iberdrola a remporté quatre contrats gouvernementaux en France qui fourniront 12 mégawatts (MW) d'énergie solaire, avec le prix de l'énergie garanti pendant 20 ans, tandis que TotalEnergies vient de publier les résultats préliminaires d'une première année de récoltes sur trois sites en France.
Sur un site, les panneaux sont placés verticalement, et les chercheurs étudient leur impact sur les rotations de cultures telles que le blé, l'orge et les lentilles. Un deuxième démonstrateur intègre un système de canopée solaire développé par TSE, avec des panneaux placés au-dessus des cultures.
Alizée Loiseau, agronome chez Agrosolutions qui a travaillé pour analyser les premiers résultats, explique que les emplacements dans l'est de la France ont été choisis parce que "l'agriculture devient plus difficile (et) les sols sont moins résistants à la sécheresse".
Potentiellement, dit-elle, même "si c'est une mauvaise année (pour les récoltes), les agriculteurs ont encore un revenu - c'est très important de stabiliser les exploitations d'un point de vue économique". L'âge moyen d'un agriculteur français est de 53 ans, il y a donc un sérieux intérêt de la part des autorités locales et des coopératives agricoles, qui veulent s'assurer qu'il y aura des exploitations économiquement viables pour que la prochaine génération prenne la relève.
Concevoir un panneau solaire pour maximiser le rendement des cultures et de l'énergie demande de la réflexion, pour répondre à la fois aux besoins des agriculteurs et pour réduire les coûts. Stephan Schindele, qui dirige la gestion des produits agriPV chez BayWa re en Allemagne, souligne que "l'intégration de panneaux solaires sur les toits a nécessité un processus d'apprentissage de 10 ans - et maintenant c'est la norme. Personne n'y pense (maintenant), mais c'était ' n'était pas si facile en 1995. Et maintenant, quand nous allons à grande échelle sur les terres agricoles, nous sommes dans le même processus d'apprentissage", a-t-il ajouté : "Mais ce n'est pas sorcier, donc je suis assez confiant que nous pourrons fusionner et tirer parti des synergies entre les deux."
BayWa re dispose d'un éventail de projets pilotes à travers l'Europe et de quelques projets à l'échelle commerciale qui se concentrent sur les cultures de fruits rouges. Dans l'un d'entre eux, aux Pays-Bas, les framboises poussent sous des panneaux semi-transparents qui protègent les baies des conditions météorologiques extrêmes et sont plus robustes et plus durables que les polytunnels en plastique.
Les panneaux génèrent plus de 2,6 MW d'énergie solaire de pointe, soit suffisamment pour fournir de l'énergie propre à plus de 1 000 ménages. Lors de sa première installation en Espagne, 10% du parc solaire de 5MW BayWa re est sur le point de terminer la construction, est consacré à agriPV. Un accord d'achat d'électricité avec le fabricant de fenêtres de toit Velux lui permettra d'absorber 80 % de l'électricité produite, le reste étant ajouté au réseau. Les panneaux solaires recueilleront également de l'eau pour la stocker et l'utiliser pendant les mois d'été arides.
Mais Schindele et Loiseau notent que l'obtention d'un permis peut prendre des années. Le premier projet sur lequel Loiseau a travaillé, en 2019, n'a toujours pas été construit. "L'acceptation sociale (et) la visibilité doivent être prises en compte", ajoute-t-elle.
"Nous devons vraiment accélérer les choses, c'est sûr", reconnaît Schindele. "Les décideurs politiques doivent s'adapter et réduire les obstacles auxquels nous sommes confrontés dans le secteur solaire." Il souhaite voir une action coordonnée entre les ministères chargés de l'agriculture, de l'énergie et des finances pour faire face aux multiples crises de l'énergie, de l'alimentation et du climat. "Si vous ne pensez qu'en silos, vous n'y arrivez pas."
L'autorisation peut être plus facile lorsqu'il existe des définitions et des normes convenues. Par exemple, en Allemagne, les experts du Fraunhofer ISE ont développé une norme couvrant la planification et le développement des installations, ainsi que l'exploitation et la surveillance ; tandis qu'en Italie, des directives nationales élaborées l'année dernière précisent la continuité de la production agricole, ainsi que les niveaux de production d'électricité. La consommation d'eau, les rendements des cultures et la fertilité des sols doivent tous être surveillés.
Faire décoller des projets agrivoltaïques nécessitera un soutien financier car ils sont plus chers que les panneaux solaires au sol. Tout dépend de la configuration, mais les chercheurs constatent qu'ils peuvent être rentables. Selon les calculs des experts de Fraunhofer ISE, l'augmentation du coût actualisé de l'électricité (y compris la construction et l'exploitation d'un projet) se situe entre 20 % et 60 % au-dessus du PV solaire au sol.
Alors que Higgins de l'Université de l'Oregon avertit que l'agrivoltaïque n'est pas une panacée, les leçons tirées de projets à travers le monde montrent qu'ils offrent le potentiel de maintenir la production des terres ainsi que de rendre les cultures et, par extension, les agriculteurs et les systèmes alimentaires, plus résilients à notre changement climatique.
Cet article fait partie du dernier numéro de The Ethical Corporation Magazine, qui traite d'une transition juste. Vous pouvez télécharger le pdf numérique du magazine ici
Angeli Mehta est un écrivain scientifique avec un intérêt particulier pour l'environnement et la durabilité. Auparavant, elle a produit des programmes pour BBC Current Affairs et est titulaire d'un doctorat en recherche. @AngeliMehta