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Agrivoltaïsme dynamique : production conjointe de cultures et d’énergie

La start-up Sun’Agri , filiale du groupe Sun’R, a développé la technique de l’agrivoltaïsme dynamique et mène des expérimentations sur des sites agricoles témoins. L’objectif est la production conjointe de cultures et d’énergie dans un contexte de réchauffement climatique.

Qu’est-ce que l’agrivoltaisme dynamique ?

 

L’agrivoltaïsme dynamique consiste à utiliser des panneaux mobiles pour la protection des cultures. Le pilotage des panneaux mobiles se fait par rapport à la culture et à ses besoins.

Les systèmes agrivoltaïques dynamiques (AVD) sont installés au-dessus des cultures, et fournissent un ombrage transitoire. Les panneaux sont un outil de protection et d’adaptation aux changements climatiques des cultures, qui optimise leur production en qualité, tout en préservant de hauts rendements, en :

• limitant les excès de rayonnement solaire et de fortes chaleurs : l’ombrage piloté peut diminuer la température des cultures sous AVD jusqu’à - 4 °C en période caniculaire et conserver une meilleure humidité relative ; les feuilles apicales ne se recroquevillent pas et l’activité photosynthétique peut être maintenue ;

• diminuant le risque de gel : avec un écart de température moyen de quelques degrés lorsque le 0 °C approche au printemps, la couverture thermique AVD permet d’éviter des épisodes de gel très délétères notamment dans la période de débourrement ;

• améliorant le confort hydrique tout en limitant l’irrigation : les apports en irrigation sont en moyenne jusque 30% inférieurs par rapport à la zone témoin, accompagné d’une diminution de la consommation réelle en eau ; d’importants stress hydriques ponctuels (+ 63 % en témoin en épisode caniculaire) sont évités ;

• menant à une qualité de production lissée : des fruits à la fermeté et au calibre inchangés, une coloration sous contrôle, et des fruits moins sucrés ;

• et naturellement, en produisant de l‘électricité.

 

Sun’Agri a aujourd’hui une quarantaine de projets en cours, des arbres fruitiers à la vigne en passant par le maraîchage

Nous avons rencontré Damien Fumey, chercheur en modélisation des plantes qui a intégré le programme de recherche chez Sun’Agri en 2019 et responsable du pôle R&D côté Sun’Agri. Une équipe d’un vingtaine de chercheurs et de 4 doctorants, travaillent actuel­lement sur le programme de recherche (Sun’Agri3). Côté Inrae, 7 laboratoires dont GEO sont parties prenantes du projet.

Damien nous donne plus de détails sur ces problématiques : « Jusqu’à maintenant, il existait des ombrières fixes ou mobiles, mais sans pilotage intelligent, donc qui présentaient peu d’intérêt. Il existe également des serres photovoltaïques couvertes à 100 % de panneaux sans aucun intérêt non plus, car on ne peut rien produire en dessous ».  Et il reprend « L’agrivoltaïsme dynamique est révolutionnaire car il permet à la fois une protection de la culture et la production d’électricité ».

Les panneaux sont fixés au-dessus des cultures, à plus de 4,50 mètres. Il s’agit de panneaux bifaciaux (ils captent la lumière des deux côtés) et les persiennes sont mobiles de + à – 90 °. L’agriculteur doit piloter les panneaux solaires et l’ombre peut varier de 10 à 90 %.

Selon Damien, « Nous permettons à l’agriculteur de cultiver ses cultures en lui apportant une protection contre les vagues  de chaleur et l’irradiation trop forte pour la plante ». Et il ajoute : « Les apports en irrigation sont en moyenne jusque 30 % inférieurs car d’importants stress hydriques ponctuels sont évités ».

Autre avantage de ces panneaux inclinables : « Apporter à l’agriculteur une protection contre le gel en positionnant les panneaux à l’horizontale surtout la nuit ». Cela entraîne un effet de serre qui va conserver la température irradiée par le sol.

Avec l’application MySunAgri, l’exploitant peut suivre à tout moment les données agronomiques collectées sur sa parcelle et la stratégie de pilotage des persiennes. S’y ajouteront les données météo complémentaires qu’il aura choisies et des alertes.

Ces panneaux sont reliés à un système de pilotage avec des données météo permettant de calculer en temps réel l’irradiation, et qui couplé à un modèle agronomique de développement des plantes permet d'estimer les besoins de la plante en lumière et en irrigation. Ces données d’entrée proviennent d‘une station météo avec pluviomètre, anénomètre et piranomètre, et de capteurs au niveau du sol et de la plante.

« Ces capteurs vont nous permettre de paramétrer tous nos modèles et de contrôler le statut hydrique de la plante », explique Damien. Les panneaux solaires sont pilotés afin que la plante soit en confort hydrique. Pour chaque installation, un site témoin non protégé est comparé au site avec les cultures protégées.

Actuellement, des expérimentations croisées entre irrigation et ombrage sont menées. « On pourra bientôt dire à l’agriculteur quelle quantité d’eau apporter en fonction de l’ombrage et du type de culture », nous explique Damien. Les 4 doctorants travaillent actuellement sur ce thème et l’outil devrait être prêt la saison prochaine.

Sun’Agri dispose de plus d’une quarantaine de projets en cours. Les différentes cultures d’expérimentation sont les suivantes : vignes, pommiers, tomates, maïs.

Les agriculteurs qui choisissent de participer à des recherches sont des agriculteurs impactés par le changement climatique, qui ont besoin de protections contre les vagues de chaleur, la grêle ou encore le gel. Le dossier est soumis à l’État, entre le moment où il est déposé, et le moment où il voit le jour, il s’écoule deux ou trois ans.

L’agriculteur ne perçoit aucun loyer mais peut participer au financement de la structure. Et l’électricité est réinjectée dans le réseau national. La garantie, et non des moindres pour l’agriculteur : la protection de sa production.

Le programme est subventionné par l’état à hauteur de 20 millions d‘Euros.

 

La viticulture est la première filière agricole qui bénéficie de la solution d’agrivoltaïsme dynamique (AVD) en termes de surface

Des données expérimentales sur vignes sous panneaux de différentes tailles ont été réalisées en 2018 et 2019 sur le campus de Montpellier SupAgro, complétées par un historique d’expérimentations issues de l'INRAE à Pech Rouge sur dispositif fixe depuis 2016.

En parallèle, la mise en service d’un dispositif expérimental en 2019 à Piolenc (cépage Grenache plantés en 2000) fournit de nombreux résultats analysés par la Chambre d’agriculture du Vaucluse (CA84) et l’INRAE.

En 2018, de jeunes plants de vigne ont été plantés dans le domaine des Nidolères (Tresserre) sur 7,5 ha, au-dessus desquels est construit le 1er démonstrateur AVD sur 4,5 ha suivi agronomiquement par la Chambre d’agriculture du 66.

Les enjeux de cette installation agrivoltaïque dynamique à pilotage intelligent : 7 800 panneaux représentant la consommation électrique de 650 foyers par an. Avant même la production d’électricité, l’objectif majeur de cette installation est de pallier les effets du réchauffement climatique.

Et la première parcelle mondiale viti-voltaïque vient de donner sa première vendange. « C’est une production satisfaisante à peu près conforme à ce qu’on attendait. Cette installation offre une bonne protection, que ce soit en hiver contre le froid autour de zéro degré ou bien en plein été où l’on peut organiser la mise à l’ombre de la vigne entre 2 et 5 heures par jour selon les besoins. Surtout, cela donne une production plus faible en alcool avec plus d’acidité, ce que nous recherchons pour les vins blancs. Et l’évaporation est diminuée de 25 % », se félicite Pierre Escudié, le propriétaire du domaine de Nidolères à Tresserre (Pyrénées-Orientales).

« Selon nos prélèvements par rapport à la vigne témoin, on abandonne sous les panneaux un degré d’alcool et on gagne un demi-degré d’acidité », précise Pierre Escudié.

« Lors de ce premier exercice, nous arrivons à un bon équilibre entre la production viticole et la production photovoltaïque. Sur cette année, on a produit de quoi alimenter en électricité 650 foyers pendant douze mois. C’est une faible dégradation de la production électrique alors que les algorithmes que nous avons mis au point avec l’INRAE pilotent l’ensoleillement des plantes, notamment en offrant un maximum de lumière au printemps aux moments clés du débourrage et de la floraison », ajoute Damien de Sun’Agri, avec une quarantaine de projets. Dont une seconde parcelle à équiper au domaine de Nidolères.