Des serres intelligentes pour concilier production agricole et besoins énergétiques
L’agrivoltaïque(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) désigne des systèmes intégrés permettant d’utiliser simultanément une même surface pour la production agricole et la production d’énergie solaire. «Les systèmes photovoltaïques offrent des perspectives intéressantes pour créer des synergies entre alimentation, eau et énergie renouvelable. Mais mal conçus, ils peuvent nuire à la productivité des cultures», explique Ibrahim Yehia, coordinateur du projet REGACE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Pour répondre à cette problématique et contribuer au développement de modes de culture plus durables, REGACE a développé un système agrivoltaïque adaptatif pour les serres, assisté par intelligence artificielle (IA), capable de produire de l’énergie solaire tout en maintenant des conditions favorables à la croissance des cultures. «En répondant aux défis liés à la variation de la lumière et de l’ombrage, à la stabilité climatique des serres et à l’efficacité de l’utilisation des terres, notre système limite le besoin de surfaces supplémentaires coûteuses et d’infrastructures énergétiques dédiées», souligne Ibrahim Yehia.
Évaluation sous différentes conditions climatiques
S’appuyant sur une expertise couvrant l’agronomie, les énergies renouvelables, l’ingénierie des serres, l’analyse climatique et les systèmes de suivi numérique, REGACE a conçu, installé et testé six systèmes agrivoltaïques pour serres en Autriche, en Allemagne, en Grèce, en Israël et en Italie. Le concept photovoltaïque (PV) intégré aux serres développé dans le cadre du projet repose sur une stratégie de contrôle adaptative. Contrairement aux installations PV statiques classiques pour serres, la solution REGACE s’appuie sur des modèles prédictifs fondés sur l’IA et sur un suivi environnemental en temps réel afin d’ajuster dynamiquement le positionnement des module photovoltaïque semi-transparents selon les besoins des cultures, aux conditions de la serre et à la localisation du site, et optimiser l’ensoleillement et l’ombrage. Les utilisateurs accèdent à l’interface de suivi et d’exploitation via une plateforme de contrôle numérique qui propose une visualisation en temps réel des conditions environnementales, du positionnement des modules PV et des performances du système. La plateforme peut également être configurée pour un accès à distance. Des essais expérimentaux menés en serre ont permis d’évaluer différents scénarios dans des conditions agricoles réelles, afin d’identifier les configurations les plus adaptées selon les cultures (notamment les tomates, les concombres et les aubergines), les conditions climatiques et les configurations PV. Des simulations informatiques portant notamment sur la croissance des cultures, le rayonnement, les transferts thermiques et les flux d’air, ainsi que sur l’analyse du microclimat des serres, ont également été réalisées. Elles ont été complétées par un jumeau numérique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) utilisant l'apprentissage automatique afin d’optimiser le fonctionnement du système dans des conditions climatiques variables. «Les mesures de terrain combinées aux simulations ont démontré la faisabilité technique et le potentiel opérationnel de notre système photovoltaïque adaptatif intégré aux serres», ajoute Ibrahim Yehia. «Compte tenu de la diversité des scénarios pilotes évalués, nous poursuivons encore l’analyse des activités de validation.» REGACE a également testé différentes stratégies visant à maintenir des niveaux de CO2 favorables à la photosynthèse des cultures, notamment à travers la ventilation ainsi que la gestion thermique et radiative, dans diverses conditions climatiques, en particulier méditerranéennes. «Nous avons démontré qu’un enrichissement contrôlé en CO2 peut contribuer à améliorer la stabilité de l’environnement des serres et la photosynthèse des plantes, en particulier lorsque les conditions de lumière et de température restent dans des plages optimales», explique Ibrahim Yehia.
Améliorer l’efficacité des ressources et la résilience climatique
Démontrer qu’il est possible d’intégrer la production d’énergie renouvelable aux systèmes agricoles sans mobiliser de surfaces supplémentaires contribue à préserver les terres agricoles productives, tout en soutenant les objectifs de décarbonation, l’efficacité des ressources et la résilience face au stress climatique. Ces bénéfices soutiennent directement plusieurs priorités européennes majeures, notamment le Pacte vert pour l’Europe(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), les stratégies de résilience climatique et la transition vers les énergies renouvelables. Grâce à sa conception modulaire légère et suspendue, le système REGACE peut être intégré à des serres existantes comme structure porteuse principale, ce qui facilite les opérations de modernisation. Par ailleurs, les projets pilotes, dont la plupart ont fonctionné pendant plus de deux ans, ont confirmé la capacité du système à assurer un fonctionnement stable sur le long terme avec une maintenance limitée au nettoyage courant des panneaux PV. «La conception adaptable et modulaire du système facilite également son déploiement à grande échelle. Elle présente ainsi un intérêt non seulement pour les serres commerciales, mais aussi, plus largement, pour les cultures à forte valeur ajoutée, l’agriculture protégée adaptée au changement climatique, les systèmes agricoles économes en eau et les infrastructures rurales intégrées de production d’énergie renouvelable», ajoute Ibrahim Yehia. Afin de préparer un déploiement industriel plus large, l’équipe se concentre désormais sur l’optimisation du système, notamment en améliorant les stratégies de contrôle adaptatif et en les validant sur d’autres types de cultures et de serres.
