Introduction
En tant que technologie innovante, l’agrivoltaïsme permet une double utilisation des terres grâce à l’installation de panneaux solaires sur les champs, les pâturages ou les serres. Cette approche améliore considérablement l’efficacité de l’utilisation des sols, en produisant à la fois de l’énergie et des récoltes agricoles. Mais une question revient souvent : les panneaux solaires bloquent-ils la lumière du soleil au point d’affecter la croissance des cultures ?
Impacts potentiels de l’agrivoltaïsme sur la croissance des cultures
L’installation de panneaux solaires sur des terres agricoles, des pâturages ou des serres fournit non seulement une source d’électricité pour les exploitations, mais améliore également l’efficacité globale de l’utilisation des sols. Toutefois, si elle optimise l’exploitation énergétique, la présence de panneaux solaires introduit aussi des effets complexes et multiples sur l’environnement de croissance des cultures. Ces effets peuvent offrir des avantages significatifs à la croissance des plantes, mais dans certaines conditions, ils peuvent aussi représenter des défis spécifiques.
1. Effets positifs
L’ombre réduit le stress thermique
Les systèmes agrivoltaïques aident à atténuer le stress thermique des cultures par temps chaud en leur fournissant de l’ombre grâce aux panneaux solaires. Selon une étude de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (Fraunhofer ISE) en Allemagne, les températures élevées peuvent réduire l’efficacité photosynthétique de 15 % à 30 %, entraînant potentiellement des brûlures foliaires et un ralentissement de la croissance. L’ombre des panneaux peut abaisser la température du sol de 3 à 5 °C en moyenne, avec un effet de refroidissement encore plus marqué à la mi-journée en été. Dans un essai sur la tomate, la zone sous les panneaux présentait une réduction de 20 % des dommages foliaires et une augmentation de 10 % à 15 % du taux de croissance. De plus, cette lumière modérée prolonge la période optimale de photosynthèse pour certaines cultures, créant ainsi des conditions de croissance plus stables.
Amélioration de l’humidité du sol
L’effet d’ombrage des panneaux solaires réduit non seulement la lumière directe du soleil, mais diminue également le taux d’évaporation en surface, augmentant de manière significative l’humidité du sol. Dans une étude menée dans des régions arides, les chercheurs ont constaté que l’humidité du sol dans les zones équipées d’un système agrivoltaïque était supérieure de 15 % à 25 % par rapport aux parcelles non couvertes. Dans un champ expérimental situé en Europe du Sud, l’utilisation de panneaux solaires a permis de réduire la fréquence d’irrigation de 20 % à 30 %, soit une économie annuelle de 3 000 à 4 000 mètres cubes d’eau par hectare. Cette augmentation de l’humidité améliore l’approvisionnement en eau des racines, renforce la résistance à la sécheresse, notamment pour les graminées fourragères tolérantes à l’ombre et les cultures très demandeuses en eau comme le riz.
Meilleure utilisation de la lumière
Des panneaux solaires spécialement conçus peuvent transformer la lumière directe intense en lumière plus diffuse, créant ainsi un environnement lumineux plus adapté aux cultures. Selon une étude japonaise menée en 2021 sur l’agrivoltaïsme, une augmentation de la proportion de lumière diffuse peut améliorer l’efficacité photosynthétique de 15 % à 25 %, en particulier pour les cultures préférant l’ombre comme les épinards ou les fraises. Lors d’un essai, les fraises cultivées sous panneaux agrivoltaïques présentaient une teneur en sucre supérieure de 8 % et une concentration de chlorophylle augmentée de 12 %. En outre, une disposition scientifique des panneaux permet une diffusion plus homogène de la lumière, réduisant les effets d’ombre et optimisant à la fois le rendement et la qualité. Une autre étude a révélé que les rizières en environnement agrivoltaïque obtenaient un rendement moyen supérieur de plus de 10 %, sans apport supplémentaire en eau ou en engrais.
2. Effets négatifs potentiels
Un ombrage excessif peut inhiber la photosynthèse
Si les panneaux solaires permettent de réduire la température, ils peuvent également diminuer l’intensité lumineuse nécessaire à la croissance des cultures — en particulier pour les plantes à fort besoin en lumière. Une étude menée en 2020 par le ministère américain de l’Agriculture (USDA) a montré que lorsque le taux d’ombrage dépasse 40 %, l’efficacité photosynthétique du maïs diminue d’environ 12 %, ce qui affecte significativement sa croissance. De plus, une exposition prolongée à l’ombre peut allonger le cycle de culture de certaines plantes, retardant ainsi la récolte. Par exemple, la canne à sucre cultivée sous 50 % d’ombrage a nécessité 15 jours de plus pour atteindre sa maturité, et sa hauteur a été réduite de 20 %.
Une répartition inégale de la lumière peut entraîner une croissance irrégulière
Les panneaux solaires fixes peuvent projeter des ombres irrégulières, ce qui perturbe les conditions de croissance des cultures. Selon un essai sur le terrain réalisé par Fraunhofer ISE en 2020, les cultures situées dans des zones constamment ombragées présentaient une biomasse inférieure de 25 % à 30 % par rapport à celles exposées à la lumière directe. Dans une parcelle expérimentale, le nombre de tomates sous les panneaux avait diminué de 18 %, tandis que celles situées en plein soleil étaient plus nombreuses mais leur poids moyen était réduit de 5 %. Une répartition inégale de la lumière peut également accentuer les différences de hauteur entre les plants, ce qui complique les opérations de récolte.
Un impact potentiel sur les caractéristiques des cultures
L’ombrage n’influence pas seulement la vitesse de croissance, il peut aussi modifier la qualité et l’aspect des cultures. Une étude réalisée en 2021 par l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) a révélé que, sous un ombrage de 30 %, la teneur en sucre du raisin chutait d’environ 5 %, et que la couleur de la peau devenait plus claire. De même, si les fraises cultivées sous un fort ombrage ont conservé un bon rendement, leur temps de maturation moyen a été allongé de 7 jours, et leur douceur a légèrement diminué. De tels changements peuvent poser des difficultés aux producteurs de cultures à haute valeur ajoutée, soumis à des exigences de qualité strictes, nécessitant la mise en place de mesures de gestion supplémentaires.
Comment minimiser l’impact de l’agrivoltaïsme sur la croissance des cultures
Conception optimisée des panneaux solaires
L’intégration de modules photovoltaïques bifaciaux permet aux systèmes agrivoltaïques d’améliorer l’efficacité de production d’énergie tout en réduisant les effets négatifs sur la croissance des cultures. Les modules bifaciaux captent la lumière à la fois sur leur face avant et via la lumière réfléchie par le sol, ce qui augmente efficacement la proportion de lumière diffuse et améliore l’environnement photosynthétique des plantes. Selon une étude menée en 2021 par Fraunhofer ISE, ces modules produisent 15 % à 25 % d’électricité en plus que les panneaux monofaciaux traditionnels, et accroissent de 20 % à 30 % l’intensité de la lumière diffuse dans les zones ombragées. Associés à des technologies de réglage dynamique, l’angle d’inclinaison des panneaux peut être ajusté selon les saisons et les besoins spécifiques des cultures — par exemple, en été, on augmente l’inclinaison pour élargir la zone d’ombre et limiter le stress thermique ; en hiver, on la réduit pour favoriser l’exposition directe à la lumière. Les données montrent que, dans un système bifacial dynamique, l’efficacité photosynthétique du blé a augmenté de 15 % à 20 %, la fréquence d’irrigation a diminué de 25 %, et la consommation globale d’eau a été considérablement réduite.
Disposition scientifique et choix des cultures
Un agencement stratégique des panneaux et une sélection adaptée des cultures sont également essentiels pour minimiser les effets de l’agrivoltaïsme. Optimiser l’espacement entre les panneaux permet de réduire la présence de zones d’ombre permanentes tout en maintenant une bonne production énergétique. Une disposition selon un ratio de 1:2 ou 1:3 garantit une distribution plus homogène de la lumière et limite les effets négatifs sur le rendement agricole. Une étude menée sur une parcelle expérimentale en Allemagne a montré qu’avec un espacement optimisé, le rendement du blé ne diminuait que de 3 % à 5 %, tandis que l’efficacité de la production photovoltaïque augmentait de 12 % à 15 %. En outre, le choix des cultures doit prendre en compte les caractéristiques d’ombrage du système photovoltaïque. Les plantes tolérantes à l’ombre ou appréciant la lumière diffuse (comme les épinards ou les graminées fourragères) affichent des performances particulièrement bonnes dans un environnement agrivoltaïque.
Avantages environnementaux et économiques de l’agrivoltaïsme
L’innovation agrivoltaïque offre aux agriculteurs des avantages significatifs, leur permettant de mieux faire face aux défis de l’agriculture moderne. Sur le plan environnemental, l’agrivoltaïsme remplace les combustibles fossiles par une énergie propre, réduisant d’environ 700 tonnes les émissions de CO₂ chaque année pour chaque mégawatt de capacité solaire installée. Il réduit également l’évaporation de l’eau en surface, améliore l’humidité du sol et optimise l’utilisation des terres — ce qui le rend particulièrement adapté aux régions arides ou à faible surface agricole. Sur le plan économique, l’agrivoltaïsme génère des revenus supplémentaires pour les agriculteurs, avec une augmentation annuelle estimée entre 2 000 € et 5 000 € par hectare, tout en réduisant les coûts liés à l’irrigation et à la consommation d’énergie, ce qui diminue les dépenses d’exploitation globales. Par ailleurs, les projets agrivoltaïques attirent le soutien des politiques publiques et des investissements, créent des emplois en zone rurale et stimulent le développement économique local.
Conclusion
Grâce à l’installation de panneaux solaires sur les terres agricoles, les pâturages ou les serres, la technologie agrivoltaïque permet une utilisation plus efficace du foncier tout en apportant des bénéfices environnementaux et économiques remarquables. Sur le plan écologique, elle réduit les émissions de carbone d’environ 700 tonnes par mégawatt et par an, abaisse la température du sol et le taux d’évaporation, tout en améliorant l’humidité — offrant ainsi un environnement de culture plus durable dans les zones arides ou pauvres en eau. De plus, l’ombrage des panneaux solaires permet de limiter le stress thermique des cultures et d’améliorer la qualité de la lumière diffuse, augmentant ainsi l’efficacité de la photosynthèse.
Bien que des défis tels qu’un excès d’ombrage ou une répartition inégale de la lumière puissent survenir, ils peuvent être efficacement surmontés grâce à l’utilisation de systèmes à réglage dynamique, à la technologie bifaciale et à une disposition scientifique des panneaux et des cultures. Dans l’ensemble, l’agrivoltaïsme offre non seulement des retours économiques aux agriculteurs, mais représente également une voie innovante pour conjuguer agriculture durable et énergie renouvelable. Grâce aux avancées technologiques continues et au soutien des politiques publiques, les perspectives d’application de l’agrivoltaïsme s’annoncent de plus en plus prometteuses.
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Références :
Bundesnetzagentur. (2023, July 10). Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG): Unterstützung für Agri-PV-Projekte in Deutschland. https://www.bundesnetzagentur.de/eeg/agri-pv-foerderung/2023-juli
Fraunhofer ISE. (2021, March). Agri-photovoltaics: Synergies between agriculture and solar power. https://www.ise.fraunhofer.de/en/key-topics/agri-photovoltaics.html
USDA. (2023, February 5). Agrivoltaics: Combining solar energy and agriculture in the United States. https://www.usda.gov/agrivoltaics-us
Optics Journal. (2023, May 20). Analysis of Total Irradiance Model for Bifacial Photovoltaic Modules. Retrieved from https://opticsjournal.net/Articles/OJ562209529f113c30/Abstract
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