Allier agriculture et production d’énergie renouvelable : l’agrivoltaïsme

Centrale photovoltaique Tresserre
Centrale photovoltaique Tresserre

S’inspirant de pratiques ancestrales, telles l’agroforesterie ou la polyculture qui s’appuient sur la combinaison de plusieurs productions, l’agrivoltaïsme ouvre une voie aussi novatrice que prometteuse pour répondre aux défis actuels : nourrir la planète et s’adapter aux changements globaux. Initié en 2009, le projet Sun’Agri mené par l’entreprise Sun’R et auquel l’INRA et Irstea collaborent, vise aujourd’hui à prouver l’intérêt et la viabilité du concept en situation réelle. Retour sur ce projet inédit.

En développement depuis dix ans dans le cadre du projet Sun’Agri, mené par l’entreprise Sun’R et différents partenaires académiques et industriels, l’agrivoltaïsme consiste à associer sur une même surface des cultures au sol et des panneaux photovoltaïques installés au-dessus et suffisamment hauts pour permettre le passage des engins agricoles. Avec comme enjeu : cultiver et produire de l’énergie simultanément et sans conflit d’usage (notamment sans baisse du rendement agricole).

Vers un pilotage intelligent pour que la plante tire profit des panneaux solaires

Panneaux AVD Lavalette
Maïs cultivé en agrivoltaïsme sur le site expérimental de Lavalette, Irstea Montpellier. © Y. Elamri/Irstea

Les premières phases du projet ont permis d’étudier les performances d’installations agrivoltaïques avec des panneaux fixes (Sun’Agri 1, 2009-2012), puis avec des panneaux orientables (Sun’Agri 2, 2013-2017). Ces travaux ont été menés sur plusieurs sites expérimentaux dont le site de Lavalette du centre Irstea de Montpellier, où ont été développés les premiers modèles de croissance de la laitue et de la vigne en contexte agrivoltaïque.

« Il a fallu d’abord identifier les taux de couverture des panneaux solaires (densité des rangs, taille et nombre de panneaux) compatibles avec le besoin des plantes en termes d’ensoleillement : une couverture apportant environ 30 % d’ombrage s’est avérée être la limite acceptable pour maintenir la bonne croissance des plantes. Ce résultat a été optimisé par l’introduction de panneaux orientables (d’où le terme d’agrivoltaïsme dynamique) puisqu’il est devenu possible, avec une même densité de panneaux, de choisir leur orientation et de l’adapter aux besoins des plantes, à l’échelle de la journée ou d’une saison », explique Bruno Cheviron, chercheur au centre Irstea de Montpellier et coordinateur du projet Sun’Agri pour Irstea.

Sun’Agri 3 : établir les bonnes pratiques de l’agrivoltaïsme en conditions réelles

Financée à hauteur de 7 millions d’euros par l’ADEME (programme d’investissements d’avenir) pour un coût total de 15 millions d’euros, la phase actuelle du projet (2017-2022) doit permettre d’optimiser le pilotage en temps réel des panneaux selon le besoin des plantes tout au long de leur cycle de croissance, mais aussi en fonction des données météorologiques et des objectifs de production agricole. « Le défi est de taille car il implique de créer un système combinant de multiples paramètres et nécessitant des compétences aussi variées que l’agronomie, l’ingénierie photovoltaïque, la modélisation de la croissance des plantes ou encore la collecte et la gestion des données agricoles (ce big data étant un élément-clé pour affiner les modèles et les algorithmes de pilotage du système) », commente Francis Sourd, directeur scientifique de Sun’R. Au-delà, l’enjeu est de démontrer l’intérêt du concept en situation réelle, en installant plusieurs démonstrateurs grandeur nature (voir encadré) et en testant plusieurs types de cultures (viticulture, arboriculture, maraîchage, grandes cultures). In fine, il s’agira de définir les « bonnes pratiques » de l’agrivoltaïsme, soit les conditions (types de cultures, climats, pilotage) dans lesquelles cette solution sera pertinente et avantageuse.

Irstea au cœur des stratégies d’irrigation de l’agrivoltaïsme

Indissociables de la viabilité du système en termes agronomique, économique et environnemental, l’eau et l’irrigation constituent une composante essentielle du projet Sun’Agri. « La préservation de la ressource en eau est intrinsèque au concept. Les panneaux et leur orientation optimale permettent en effet de réduire les besoins en eau (par comparaison à des cultures de plein champ), car l’écran formé limite l’évaporation du sol et l’évapotranspiration des plantes », précise Bruno Cheviron.

C’est sur ces transferts de flux d’eau entre sol, plante et atmosphère, et sur les stratégies d’irrigation à mettre en œuvre que l’unité montpelliéraine d’Irstea apporte tout particulièrement sa plus-value au projet. « C’est une compétence unique dans le consortium et qui nous est indispensable. De part cette expertise et les outils de modélisation qu’ils développent, les chercheurs d’Irstea nous aident à comprendre le cycle de l’eau dans le microclimat que génère le dispositif agrivoltaïque et à identifier en conséquence les besoins en eau des plantes », commente Francis Sourd. Ainsi, l’équipe d’Irstea a par exemple développé1 un modèle qui décrit la croissance des plantes en fonction de différents scénarios d’irrigation possibles sous panneaux solaires2. Ou encore un modèle qui simule l’interception et la redistribution de l’eau de pluie par les panneaux selon leur inclinaison. Deux modèles aujourd’hui intégrés dans les algorithmes de pilotage de Sun’Agri. Quant aux prochains travaux de l’équipe, ils visent notamment à concevoir de nouvelles solutions d’irrigation propres à l’agrivoltaïsme pour contribuer à l’élaboration des « bonnes pratiques » de ce concept d’avenir.

L’agrivoltaïsme dynamique « grandeur nature »

Première mondiale, un démonstrateur a été inauguré fin 2018 sur un domaine viticole des Pyrénées-Orientales (Domaine de Nidolères, à Tresserre)

  • Sur une surface de 4,5 hectares, 17 000 plants de vigne ont été plantés en 2018 sous près de 8 000 panneaux photovoltaïques.
     
  • L’énergie aujourd’hui produite, et raccordée au réseau d’électricité, correspond à la consommation de plus de 650 foyers (puissance de 2,2 MWc ou mégawatt-crête3).
     
  • Côté production agricole, les jeunes plants ne produisant leurs premières grappes qu’au bout de trois ans, le suivi consistera d’ici là à s’assurer de leur bon enracinement et de leur bonne croissance (suivi comparé avec une parcelle témoin de plein champ).

En savoir plus


1- Travaux réalisés dans le cadre de la thèse de Yassin Elamri (2015-2017), thèse Cifre co-dirigée par Sun’R et Irstea.

2- Adaptation du modèle Optirrig conçu par Irstea pour optimiser les stratégies d’irrigation en plein champ.

3- Le watt-crête désigne la puissance maximale de production électrique d’un dispositif photovoltaïque.