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Quelles cultures se marient bien avec le solaire ?

La chute rapide des prix des panneaux solaires a créé un élan pour la construction de champs solaires, qui sont souvent perçus comme faisant concurrence à la production agricole.

L’Institut national de l’alimentation et de l’agriculture, qui dépend du ministère de l’Agriculture des États-Unis, vient d’accorder une subvention de 10 millions de dollars à l’Université de l’Illinois pour un projet agrivoltaïque appelé Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems (SCAPES).

Le projet veut développer des connaissances scientifiques interdisciplinaires, ainsi que des programmes de vulgarisation et d’éducation, afin d’étudier des systèmes agrovoltaïques durables en fonction des diverses combinaisons d’espèces cultivées. Les cultures en rangs, les cultures fourragères (pour le bétail) et les cultures spécialisées seront toutes étudiées dans trois régions biophysiquement diverses des États-Unis : l’Illinois, le Colorado et l’Arizona.

SCAPES cherche à combiner l’analyse économique à l’échelle de la ferme avec des expériences de pointe sur le terrain. Le projet vise à étudier les retombées systémiques dans les différents secteurs concernés (photovoltaïque, agriculture, …) et les effets que peuvent avoir les micro systèmes climatiques créés sur les exploitations en fonction des configurations agricoles. Le programme adoptera une approche de modélisation des systèmes pour extrapoler les résultats biophysiques et économiques.

Si les données qui émergent du projet sont satisfaisantes, alors les professionnels pourraient être en mesure de développer des outils logiciels adaptés au développement et au déploiement de projets agrivoltaïques.

L’étude arrive à point nommé car la chute rapide des prix des panneaux solaires a donné un élan à la construction de champs solaires. Ces derniers sont pourtant encore souvent perçus comme des concurrents aux aires végétales.

Des conflits sont en cours depuis des années aux États-Unis sur les choix d’utilisation des terres, et ce, malgré les recherches agricoles émergentes qui ont montré que la combinaison de panneaux solaires avec les cultures peut résoudre la plupart des problèmes soulevés tout en augmentant la production alimentaire et électrique.

Par exemple, la recherche agrovoltaïque de l’Institut Fraunhofer a suggéré qu’un champ de blé recouvert de panneaux solaires surélevés peut produire environ 80 % du blé potentiellement produit sans panneaux, et environ 80 % de l’électricité consommé par son exploitation. Mais la combinaison de la production alimentaire avec une production énergétique peut considérablement augmenter le revenu net généré sur la parcelle de terre.

Le projet dirigé par l’Illinois a trois objectifs. Le premier consiste à impliquer les principales parties prenantes – y compris les agriculteurs, les propriétaires fonciers et les développeurs solaires et leurs associations – pour déterminer les configurations optimales théoriques de l’énergie solaire que l’on pourrait intégrer à la production de cultures vivrières. Le deuxième objectif est d’optimiser le design de conception des installations en fonction des cultures, des besoins et des systèmes de fourniture d’électricité utilisés à date sur place. Le troisième objectif sera de créer des programmes éducatifs expérimentaux à fort impact. Ces derniers seront intégrés à la recherche pour toucher les étudiants aussi bien que les agriculteurs.

L’approche consistera à rechercher les installations solaires qui correspondent à l’étude par région. Y seront intégrer des cultures de type C3 (par exemple, le soja, les épinards et le riz) et C4 entre les panneaux afin d’étudier leurs réactions aux différents niveaux, durées et périodes d’ombre. Dans l’obscurité, les plantes C4 comme le maïs utilisent un processus de respiration du CO2 qui favorise le rendement de l’azote, de l’eau et de la photosynthèse. Ces plantes tireraient probablement profit de l’ombre des panneaux solaires, mais uniquement dans les climats les plus chauds. Les plantes C3 qui sont plus courantes représentent 95% des plantes vertes et poussent généralement plus efficacement à l’ombre partielle.

Une fois collectées, les données seront utilisées pour mettre en place un modèle de simulation agrivoltaïque pour guider la conception des trois sites de recherche et de démonstration.

Les trois fermes solaire sélectionnée (la Solar Farm 2.0 à l’Illinois, le Jack’s Solar Garden à la Colorado State University et l’Agrivoltaics Learning Lab à l’Université de l’Arizona) seront utilisées pour générer les données initiales. Le modèle construit à partir de ces données aura pour objectif de représenter la transmission de la lumière sur site ainsi que la dynamique de l’eau et des conditions thermiques. Il sera ensuite intégré aux modèles de croissance des cultures pour guider la conception.

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