Contrôle du climat dans l'agriculture verticale : Optimiser les rendements et les coûts énergétiques

Il est indéniable que l'approche mondiale de l'agriculture devra changer de manière significative dans un avenir proche.

"À l'heure actuelle, nous sommes en train de changer notre façon de produire des aliments", déclare le Dr William Stiles. "Les méthodes que nous avons utilisées jusqu'à présent peuvent être préjudiciables à l'environnement et sont de plus en plus précaires en tant que système de production dans le contexte du changement climatique".

"Au cours de la prochaine décennie, les défis liés au maintien de la production agricole seront de plus en plus fréquents. Même si cela ne signifie pas nécessairement des récoltes déficitaires chaque année, cela pourrait entraîner une insécurité alimentaire majeure dans tout l'hémisphère nord".

Avec ces perspectives bien réelles à l'horizon, l'agriculture verticale - également connue sous le nom d'agriculture en environnement contrôlé (AEC) - représente l'avenir de la culture des plantes. Un avenir où la production alimentaire peut être mieux contrôlée et optimisée.

Les coûts énergétiques dans l’AEC sont importants. Voyons comment Dantherm et Vertikit créent des solutions de climatisation pour l'agriculture verticale qui permettent de lutter contre ces dépenses.

Qu'est-ce que l'agriculture verticale ?

L'agriculture verticale ou CEA est un processus agricole dans lequel les cultures sont superposées à l'intérieur, ce qui permet de contrôler de manière optimale les conditions de croissance afin d'améliorer à la fois les rendements et la qualité des produits. Elle peut être pratiquée n'importe où, depuis un petit hangar ou une serre jusqu'à des installations et des entrepôts plus importants.

Compte tenu de la probabilité accrue de mauvaises récoltes après 2030 en raison du changement climatique, cette technologie sera essentielle à la sécurité alimentaire de la planète.

"La raison principale pour laquelle l'AEC est essentielle est qu'elle peut contribuer à la sécurité alimentaire", déclare le Dr Stiles.

"Lorsque l'on envisage le risque de famines massives dans le monde entier en raison de mauvaises récoltes dues à des conditions météorologiques extrêmes - des scénarios très réalistes à partir de 2030 - le fait de disposer d'une technologie permettant de passer de la production en plein champ à la production AEC garantit instantanément que nous aurons une certaine production alimentaire quelles que soient les conditions.

Avantages des fermes verticales d'intérieur

Au-delà de la sécurité vitale de la production alimentaire, l’AEC présente de nombreux avantages par rapport aux pratiques agricoles traditionnelles :

Amélioration du rendement et de la qualité des cultures

En plus d'accroître la régularité de la production agricole, l'agriculture verticale permet d'améliorer considérablement les rendements et la qualité générale des produits. À titre indicatif, cette méthode est entre 5 et 10 fois plus efficace que l'agriculture traditionnelle.

Par exemple, dans une exploitation de laitues "standard", on prévoit une à deux récoltes par an. Dans une exploitation verticale bien contrôlée, il est probable qu'une récolte soit effectuée tous les mois.

En outre, la nature relativement compacte de l'agriculture verticale peut permettre aux producteurs de diversifier leurs offres avec plus de succès - ce qui est utile à une époque où seulement 5 % des revenus agricoles proviennent de l’agriculture".

Contrôler la croissance des produits clés

L'agriculture verticale permet aux cultivateurs de modifier l'environnement des plantes comme ils l'entendent. Il est possible d'obliger les plantes à pousser d'une certaine manière ou à produire des matériaux en plus grande quantité en leur imposant des contraintes environnementales spécifiques.

"Les plantes ont un haut degré de plasticité", explique le Dr Stiles. "Elles sont incapables de se déplacer si les conditions ne sont pas optimales pour leur croissance, et doivent donc adapter leur physiologie pour gérer le stress environnemental".

"Par conséquent, en provoquant certains stress, il est possible d'obliger les plantes à adapter leur forme corporelle et leur structure chimique. Il peut en résulter la production de composés qui peuvent être bénéfiques du point de vue de la production".

Les jonquilles en sont un bon exemple : elles sont connues pour produire un composé appelé galantamine, utilisé dans les médicaments contre la maladie d'Alzheimer. La production de ce composé augmente lorsque cette plante est cultivée dans des environnements montagneux (un phénomène appelé "Black Mountain Effect", du nom de l'endroit où il a été observé pour la première fois). Mais cultiver des plantes dans des environnements montagneux n'est pas chose aisée.

En revanche, grâce aux technologies AEC, les producteurs peuvent recréer les conditions environnementales exactes nécessaires pour maximiser la production de ce composé, dans des circonstances où la production est gérable et cohérente.

Ces environnements contrôlés avec précision permettent également le développement cohérent de produits de consommation souhaités, tels que le cresson rouge, ou la possibilité de cultiver des plantes qui ne sont pas originaires de certains pays.

Réduction de la dégradation des sols

Lorsque les cultures sont empilées verticalement dans une installation spécialement conçue à cet effet, le potentiel d'économie de terres qu'elles offrent change véritablement la donne :

Pour les agriculteurs régionaux, cette approche peut permettre de consacrer un hangar ou un petit conteneur à chaque culture et de réaffecter les terres agricoles à d'autres usages, tels que la culture de produits alternatifs ou la diversification des terres.

Pourquoi le contrôle du climat est-il essentiel à l'agriculture verticale ?

Un contrôle climatique efficace est au cœur de l'amélioration des rendements de l'agriculture verticale et de son potentiel de croissance tout au long de l'année. Cette technologie maintient la température, l'humidité, la qualité de l'air et d'autres éléments dont les cultures ont besoin pour croître à un rythme et une qualité optimaux.

Avec les déshumidificateurs, les réchauffeurs, les refroidisseurs et les systèmes de traitement de l'air appropriés, tout agriculteur peut créer la "journée d'été parfaite" (ou la journée d'hiver parfaite, selon la culture !) dans un hangar ou un conteneur, et maintenir ces conditions 365 jours par an.

Quelles sont les conditions optimales pour la croissance des cultures ?

Bien que cela varie considérablement en fonction de la culture envisagée, de nombreuses plantes prospèrent à des températures d'environ 25ºC et à un taux d'humidité de 65%. Cependant, le climat optimal pour une plante change à différents stades de son développement :

Quels sont les principaux défis en matière de contrôle climatique pour l'agriculture verticale ?

Dans les projets d'agriculture verticale que nous avons soutenus chez Dantherm, l'un des défis les plus importants a été la charge thermique. Les lumières LED, les déshumidificateurs et d'autres facteurs ajoutent une chaleur significative à ces espaces fermés.

Nous avons contribué à la fourniture de déshumidificateurs avec des unités de condensation à distance (RCU) qui refroidissent l'air tout en gérant l'humidité. Dans les grandes installations de l’AEC, nos systèmes de traitement de l'air assurent un contrôle complet de la température, de l'humidité et de la qualité de l'air.

Nous avons également fourni des conseils sur les solutions permettant de contrôler le déficit de pression de vapeur (DPV). Ce déficit entraîne la transpiration des stomates d'une plante et est fortement influencé par l'humidité environnante. La plupart des plantes prospèrent avec un DPV compris entre 0,4 et 1,6. S'il est inférieur ou supérieur, la plante peut perdre sa capacité de photosynthèse.

En travaillant en étroite collaboration avec les agriculteurs qui se lancent dans l’AEC, nous avons contribué à l'introduction de solutions de déshumidification adaptées et économes en énergie, qui permettent de maintenir les niveaux de DPV dans une tranche idéale.

Les coûts énergétiques de l'agriculture verticale

Malgré les incroyables possibilités offertes par l'agriculture verticale, les besoins en énergie l'ont jusqu'à présent empêchée de devenir la nouvelle norme pour les agriculteurs.

"Le problème de l’AEC est qu'il consomme énormément d'énergie, et l'énergie est chère, en particulier dans le contexte actuel", explique le Dr Stiles.

"Par rapport aux systèmes agricoles conventionnels, il s'agit d'un mode de production coûteux, ce qui signifie que les produits cultivés doivent avoir une valeur suffisamment élevée ou être produits en quantités suffisamment importantes pour compenser le coût plus élevé.

L'agriculture verticale a été largement limitée à la production de produits de grande valeur, tels que les microgreens qui atteignent un prix élevé sur les marchés de producteurs.

À ce stade précoce du développement de l’AEC, il est difficile de rendre la culture de céréales et d'autres cultures générales économique par rapport à ses besoins en énergie. Mais comme le besoin d'agriculture verticale augmente, c'est une question qui devra être abordée dans un avenir proche.

"L'AEC a de fortes chances de se généraliser en raison des défis auxquels nous sommes confrontés", déclare le Dr Stiles. "Il fait actuellement l'objet de nombreuses critiques car les gens n'arrivent pas à imaginer comment il pourrait être économique - mais lorsque vous êtes confronté à des pénuries alimentaires généralisées, le coût de l'énergie pourrait ne plus être le principal facteur déterminant".

Réduire les coûts énergétiques de l'agriculture en intérieur

Pour les agriculteurs qui cherchent à se diversifier en pratiquant l'agriculture verticale, quelles sont les mesures à prendre dès maintenant pour réduire les coûts énergétiques ?

Tout d'abord, nous vous recommandons de commencer à petite échelle avec l'AEC, plutôt que de vous lancer tête baissée dans une grande installation. Cela vous permettra de comprendre les défis liés à une culture particulière et d'ajouter progressivement la technologie dont vous avez besoin pour y répondre.

À partir de là, il s'agit d'équilibrer les paramètres de contrôle et les coûts énergétiques. Imaginez une courbe en cloche : d'un côté, un contrôle total à 100 % des conditions, mais une facture d'énergie élevée. De l'autre côté, on trouve une configuration plus basique, mais avec des besoins énergétiques moindres.

Votre solution idéale se situera quelque part entre ces deux points. Vous devrez sacrifier une partie du contrôle et concentrer l'utilisation de l'énergie sur les variables les plus importantes - température, humidité, éclairage, eau, nutriments, etc.

Cela est d'autant plus efficace que l'on connaît la culture que l'on fait pousser et les objectifs que l'on veut atteindre. Qu'il s'agisse d'un rendement maximal, de la création d'un produit particulier ou de la culture d'une certaine couleur ou d'une certaine forme, vous pouvez construire votre système de contrôle climatique en fonction de ces objectifs.

Enfin, pour réduire les coûts énergétiques de l'agriculture verticale, il est judicieux d'investir dans des technologies à haut rendement énergétique.

Les ampoules LED économisent de l'énergie en influençant les longueurs d'onde de la lumière sur vos plantes. La technologie de récupération de la chaleur réutilise l'énergie de manière rentable. Les déshumidificateurs et les unités de traitement de l'air à réglage automatique maintiennent des conditions optimales et limitent les dépenses d'énergie.

Lancez-vous dans l'agriculture en milieu contrôlé avec Dantherm et Vertikit

Chez Dantherm, nous sommes conscients de l'importance de l'agriculture verticale pour notre avenir à long terme. C'est pourquoi nous avons investi dans le développement de solutions qui aident à minimiser les coûts pour les agriculteurs qui cherchent à mettre en place ces installations - un objectif partagé par nos partenaires chez Vertikit.

"Je parlais beaucoup avec des producteurs qui voulaient entrer dans l'espace AEC, mais qui étaient financièrement incapables de le faire", explique le Dr Stiles. "Le coût d'un conteneur d'agriculture verticale préfabriqué est d'environ 100 000 livres sterling (116 000 euros), ce qui représente un investissement prohibitif pour de nombreuses entreprises de production alimentaire existantes.

"Vertikit s'efforce de trouver la technologie qui permettrait de créer ces espaces contrôlés de manière plus rentable. Nous avons recherché des appareils tels que des déshumidificateurs, ce qui nous a conduits à Dantherm Group".

Notre gamme de solutions de contrôle climatique pour l'agriculture verticale, allant des déshumidificateurs efficaces pour les start-ups AEC aux puissants systèmes de traitement de l'air pour les installations plus importantes, nous permet d'aider les cultivateurs à créer des installations idéales à n'importe quel stade de leur parcours dans l'agriculture verticale.

Mais chez Dantherm, nous sommes plus qu'un fabricant de produits - nous sommes un fournisseur de solutions. Forts de plusieurs décennies d'expertise en matière de contrôle climatique, nous concevons des systèmes adaptés et économiques qui répondent à vos besoins. Et grâce à l'accès à l'expertise agricole du Dr Stiles et de l'équipe de Vertikit, nous pouvons orienter nos clients vers le consultant idéal pour concevoir une installation AEC complète et efficace.

"Nous pensons qu'il s'agit d'une technologie absolument essentielle pour notre avenir", déclare M. Stiles. "Notre objectif est de faire en sorte que cette industrie fonctionne activement et soit commercialement viable, afin de nous diversifier assez rapidement pour éviter les pires scénarios en termes de perte de sécurité alimentaire.

"Nous avons bénéficié d'une aide et d'un soutien considérables de la part de Dantherm. Ils nous ont ouvert des voies qui n'auraient pas été possibles autrement pour soutenir notre croissance continue".

Si vous souhaitez explorer le potentiel de l'agriculture verticale, ou si vous êtes intéressé par notre gamme plus large de solutions de contrôle climatique agricole, contactez notre équipe dès aujourd'hui en utilisant le formulaire ci-dessous.

William Stiles est chargé de cours à l'université d'Aberystwyth pour le programme BioInnovation Wales. Il dirige le pôle d'échange de connaissances d'IBERS pour Farming Connect et Biomass Connect, et est directeur de Vertikit.