Les serres commerciales en Europe testent de nouvelles technologies d’efficacité énergétique et hydrique pour soutenir la transition verte.
Par Barbara Pinho
Dans la province d’Almería, dans le sud-est de l’Espagne, les agriculteurs cultivent environ 2,5 à 3,5 millions de tonnes de fruits et légumes chaque année dans ce qui est devenu la région d’Almeria. mer de serresDans cette région, les serres s’étendent à perte de vue, sur une superficie de plus de 40 000 hectares (400 kilomètres carrés).
C’est en partie grâce à cette production que les consommateurs de tout le continent peuvent profiter de concombres, de tomates et de melons tout au long de l’année. Mais il y a un hic : ces serres ne sont pas toujours très durables en termes de consommation d’énergie ou d’eau.
Serena Danesi est chercheuse associée à l’Institut des systèmes énergétiques et de l’ingénierie des fluides (IEFE) à Zurich, en Suisse. Elle est spécialisée dans l’ingénierie thermique et la récupération de chaleur et, au cours des quatre dernières années, a dirigé le Le Greefa projet qui a reçu un financement de l’UE pour développer un nouveau système plus économe en énergie et respectueux de l’environnement pour contrôler la température et l’humidité dans les serres.
Si l’Europe veut atteindre ses objectifs climatiques et établir la norme en matière de production alimentaire durable – un objectif fixé dans la stratégie de l’UE pour le climat – De la ferme à la table stratégie adoptée en 2020 – l’amélioration de la durabilité de l’agriculture sous serre sera alors une préoccupation majeure.
« Si nous voulons manger des concombres, des tomates et des pastèques toute l’année, nous devons être conscients que leur culture consomme beaucoup d’énergie et d’eau », a déclaré Danesi.
Contrôle du climat
Les changements dans les conditions climatiques et la nécessité d’avoir un meilleur contrôle sur l’environnement de croissance des cultures ont conduit à une expansion rapide de la culture commerciale sous serre à travers l’Europe.
On estimait, en 2018, que l’Europe comptait quelque 210 000 hectares (2 100 kilomètres carrés) de serres, avec des concentrations particulièrement élevées en Espagne (70 000 ha), en Italie (42 800 ha), en France, aux Pays-Bas et en Europe centrale et orientale.
Les besoins énergétiques des serres diffèrent toutefois selon leur emplacement. TheGreefa a réuni des chercheurs d’Italie, de France, d’Allemagne, d’Espagne, de Suisse, de Pologne et de Tunisie pour étudier les performances de leur système dans différentes zones climatiques.
« Les serres d’Europe centrale ont besoin de chaleur parce qu’il fait froid là-bas. En Espagne, en revanche, elles ont besoin de refroidissement en été », explique Danesi. « Les problèmes sont donc différents selon les régions d’Europe. »
Outre la température, le contrôle de l’humidité est également un problème. Lorsque l’eau s’évapore des plantes dans un processus appelé « transpiration », le taux d’humidité augmente et peut devenir dangereusement élevé. Une humidité élevée peut provoquer des maladies fongiques, qui peuvent facilement se propager et détruire une culture. De plus, si l’humidité est trop élevée, la plante ne pourra pas transpirer normalement et mourra.
Chaleur due à l’humidité
La solution ingénieuse proposée par les chercheurs de TheGreefa permet aux propriétaires de serres d’utiliser l’humidité libérée naturellement par les plantes pour générer de la chaleur. Elle permet également de récupérer l’eau pure de l’excès d’humidité, économisant ainsi à la fois de l’eau et de l’énergie.
Une solution saline absorbe toute augmentation d’humidité dans la serre, libérant ainsi de la chaleur par le biais d’une réaction thermochimique.
« Nous pouvons déshumidifier l’air et créer de la chaleur en même temps », a déclaré Danesi.
Un avantage supplémentaire est que ce processus d’absorption élimine le besoin de ventilation, réduisant ainsi considérablement la quantité de chaleur perdue lorsque les fenêtres doivent être ouvertes pour éliminer l’excès d’humidité.
Une fois que la solution saline a absorbé autant d’eau que possible, elle peut être régénérée à l’aide de la chaleur de faible intensité produite par l’énergie solaire excédentaire. Cela sépare le sel et l’eau, laissant la solution saline prête à être stockée et réutilisée en cas de besoin.
L’effet déshydratant créé par la solution saline peut également être utilisé pour sécher des produits frais comme des herbes et des fruits afin de prolonger leur durée de conservation. Comme il fonctionne à basse température, les qualités telles que l’odeur et le goût restent intacts.
La technologie a été testée dans des serres en Suisse et en Tunisie. En Suisse, l’accent a été mis sur le chauffage et le stockage saisonnier, tandis que dans les pays du Sud, l’accent a été mis sur l’efficacité énergétique et la récupération d’eau.
« Nous évaluons actuellement les résultats et nous avons constaté des économies d’énergie », a déclaré Danesi. « Dans la serre suisse, notre système a permis de réduire les besoins en énergie thermique de 50 %. »
Bien que prometteuse, cette technologie n’est pas encore prête à être appliquée à grande échelle dans les serres commerciales. Les essais pilotes se poursuivront pour l’instant dans des environnements à plus petite échelle avant de passer à une échelle plus grande.
L’agriculture devient solaire
Une autre façon de rendre les serres plus durables serait de tirer parti du fait que ces structures occupent de grandes surfaces baignées de lumière solaire. Cela place les serres dans une position unique pour utiliser la lumière du soleil pour produire de l’électricité propre.
Le problème, cependant, est que les panneaux solaires ont tendance à être opaques, et qu’il est donc impossible de les placer sur des cultures, sinon celles-ci ne pousseront pas. C’est le défi que l’ingénieur électricien Nick Kanopoulos a décidé de relever dans le cadre d’un projet de trois ans financé par l’UE, appelé PanePowerSW qui a pris fin en 2021.
Kanopoulos est le PDG de la start-up Brite Solar basée à Thessalonique, en Grèce, spécialisée dans la technologie solaire de nouvelle génération.
« Nous voulions construire un panneau solaire adapté à l’agriculture afin que, sur un même terrain, nous puissions produire à la fois des cultures et de l’énergie sans que l’un ne gêne l’autre », a-t-il déclaré.
Kanopoulos et son équipe ont mis au point un panneau solaire recouvert de nanomatériaux qui absorbent les particules lumineuses dans la gamme UV de la lumière du soleil, qui ne sont utiles ni aux panneaux photovoltaïques ni à la croissance des plantes. Il les retransmet ensuite dans les gammes rouge et bleu du spectre visible, qui sont utiles aux deux.
La lumière visible peut ainsi traverser les panneaux tout en augmentant à la fois la production d’électricité et la photosynthèse, ce qui rend la technologie idéale pour une utilisation dans les serres.
Les avantages de l’énergie propre
L’équipe a testé les panneaux dans des serres en Grèce, en Espagne, aux États-Unis et à Singapour, ainsi que dans des cultures en plein champ en Allemagne, en France, aux Pays-Bas et en Roumanie. Les tests ont été effectués sur différentes cultures, notamment des tomates, des myrtilles, des fleurs ornementales et des poiriers. Les résultats ont montré que les agriculteurs peuvent réduire considérablement leur empreinte carbone en produisant de l’énergie propre tout en cultivant leurs cultures.
Outre la possibilité pour les agriculteurs de produire leur propre énergie, cette structure innovante de serre présente d’autres avantages. Elle permet de collecter l’eau de pluie pour l’utiliser sur les cultures et de les protéger des intempéries. Elle réduit également l’évaporation de l’eau, ce qui entraîne une diminution significative – d’environ 20 à 40 % – de la quantité d’eau nécessaire à l’irrigation.
L’équipe de Kanopoulos est en train de s’agrandir et de construire une usine en Grèce pour automatiser et accélérer la production de verre solaire. Il a déclaré qu’avec cette usine, l’entreprise sera en mesure de combiner l’application de nano-revêtement avec l’assemblage de panneaux solaires, le tout dans une seule ligne de production.
Cela les aidera à atteindre davantage de clients, petits et grands agriculteurs, dans le but de rendre le secteur agricole plus durable.
« Nous pensons que l’utilisation généralisée de cette technologie permettra de décarboner considérablement l’agriculture et de contribuer à une production alimentaire durable », a déclaré Kanopoulos.
Les recherches présentées dans cet article ont été financées par le programme Horizon de l’UE. Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne.
Plus d’informations
Cet article a été initialement publié dans Horizon le magazine de la recherche et de l’innovation de l’UE.
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