Article

1 - DESCRIPTION TECHNIQUE DE L’INNOVATION

2 - IMPACT DE L’AGRIVOLTAÏSME SUR LA PRODUCTION AGRICOLE

3 - LA SOLUTION AGRIVOLTAÏQUE

  • 3.1 - Une réponse à un besoin agricole
  • 3.2 - Bilan économique de l’agrivoltaïsme
  • 3.3 - Synthèse

4 - DÉVELOPPER DES CAPACITÉS SOLAIRES EN MILIEU AGRICOLE

5 - DÉVELOPPEMENT D’UN AGRIVOLTAÏSME RAISONNÉ

  • 5.1 - Enjeux du photovoltaïque sur foncier agricole
  • 5.2 - Encadrer l’agrivoltaïsme

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : IN254 v1

L’agrivoltaïsme, outil de protection pour l’agriculture

Auteur(s) : Nathanaël KASRIEL, Jérôme CHOPARD, Jean GARCIN, Sophie BELLACICCO, Cécile MAGHERINI

Date de publication : 10 juin 2023

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Présentation

RÉSUMÉ

L’agrivoltaïsme est un service direct apporté à une production agricole (par exemple la protection contre les aléas climatiques) co-produisant de l’énergie photovoltaïque. La technologie agrivoltaïque dynamique adapte en temps réel la position de panneaux en rotation autour d’un axe en fonction des besoins en photosynthèse des cultures. Cette innovation pose des questions nouvelles dans les transitions énergétique et agricole et les démarches de planification les accompagnant. Cet article approfondit les enjeux d'un agrivoltaïsme raisonné tels que les problématiques de coût, d’impact sur la production agricole, et d’intégration dans un écosystème complexe.

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ABSTRACT

Agrivoltaism, a protection system for food production

Agrivoltaic systems provide direct service to agricultural production (e.g., weather hazard protection), while co-producing solar energy. The dynamic agrivoltaic technology consists in 1-axis rotating solar panels, which positions are adapted in real time to optimize crop photosynthesis. This innovation raises new questions in the planification of the agriculture and energy transitions. This paper will raise the issues of cost, agricultural impact, and integration in a complex ecosystem which are at the heart of the regulatory debate.

Auteur(s)

INTRODUCTION

L’adaptation des pratiques culturales aux contraintes environnementales, notamment météorologiques et climatiques, parsème l’histoire de l’agriculture. L’augmentation des phénomènes dus aux effets du changement climatique ont accéléré le développement et l’utilisation des systèmes de protection et d’adaptation (solutions d’irrigation, protection contre le gel, filets paragrêle, filets d’ombrage…) ces dernières années. C’est dans cette ligne que s’inscrit la solution d’agrivoltaïsme dynamique.

Le procédé de croissance d’une plante est un phénomène complexe, influencé par une multitude de variables. En fonction de son stade phénologique, la plante va chercher un optimum dépendant notamment de la quantité de lumière reçue, de la température ambiante, ou de son statut hydrique. La qualité et la quantité des fruits récoltés seront la résultante de ce processus. L’objectif de la technologie d’agrivoltaïsme dynamique est précisément d’influencer les facteurs de lumière et de température pour améliorer la production agricole et la pérenniser dans le temps. Elle présente des résultats probants, avec un maintien des rendements et une amélioration qualitative de la production agricole comparativement à une parcelle témoin, cultivée de façon identique mais sans panneau photovoltaïque.

La structure agrivoltaïque est la combinaison de deux éléments : une partie hardware et une partie software. La partie physique est composée de panneaux photovoltaïques supportés par une structure en acier. Les panneaux sont mobiles, en rotation autour d’un axe, de sorte à tantôt laisser passer la lumière, tantôt faire de l’ombre. La structure en acier supporte les panneaux à plusieurs mètres de hauteur et est construite de façon à assurer la compatibilité avec le machinisme agricole et l’absence d’impact à long terme sur les sols (non-utilisation du béton). La partie logicielle, quant à elle, est un programme de simulation et d’optimisation qui oriente les panneaux photovoltaïques afin de contrôler les conditions microclimatiques en temps réel.

L’un des intérêts de ce système de protection est qu’il s’autofinance par la vente de l’électricité produite. Bien que désoptimisée (les besoins de la plante pour sa photosynthèse sont prioritaires), l’énergie est produite dans des quantités comparables aux centrales solaires fixes, et à un coût équivalent aux grandes toitures photovoltaïques.

Vu sous l’angle énergétique, l’émergence de ce type de solution est une donnée nouvelle à prendre en compte dans les stratégies de développement du photovoltaïque, en particulier dans un contexte où EDF, dans une charte publiée avec la FNSEA, estime que les objectifs nationaux nécessitent d’aller au-delà des terrains déjà artificialisés. Le bon développement de l’énergie solaire passe par la prise en compte de plusieurs facteurs, parmi lesquels son coût pour la collectivité, l’équité territoriale, mais aussi l’acceptabilité locale des projets.

Les récents débats ont montré l’importance de ce dernier point. En effet, Jeunes Agriculteurs ou la Confédération Paysanne ont fait part de leur réticence face à un agrivoltaïsme qui serait non encadré, tandis que la FNSEA a elle-même communiqué sur les risques d’un agrivoltaïsme qui ne serait pas développé en lien avec le monde agricole. Un travail législatif et réglementaire s’impose : en définissant l’agrivoltaïsme comme un outil à vocation agricole dans la loi d’abord ; en clarifiant l’instruction administrative des projets ensuite ; en mettant en place un régime de contrôle et de sanction qui emporte l’adhésion des parties prenantes enfin.

Cet article présente les aspects majeurs de la technologie d’agrivoltaïsme dynamique ainsi que les principaux résultats obtenus sur les dispositifs expérimentaux cette dernière décennie. Il se poursuit par la mise en contexte de la technologie dans le paysage agricole en détaillant ses atouts en matière de protection des cultures. Enfin, il analyse le cadre réglementaire français actuel et propose une route à suivre pour garantir un développement pérenne de l’agrivoltaïsme dans nos territoires.

Points clés

Domaine : Agrivoltaïsme

Degré de diffusion de la technologie : Croissance

Technologies impliquées : Production agricole, panneaux photovoltaïques, IA

Domaines d’application : Agriculture, production d’énergie renouvelable

Principaux acteurs français :

  • Pôles de compétitivité, Cluster : Capenergies, DERBI, AgrisudOuest Innovation, France Agrivoltaisme

  • Centres de compétence : INRAE, CIRAD

  • Industriels : TSE, Ombrea, REMTec (filiale française), AKUO

Autres acteurs dans le monde : Fraunhofer, Migal, NextoSun, Insolight

Contact : https://sunagri.fr/

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KEYWORDS

climate change   |   agriculture   |   agrivoltaics   |   solar energy

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-in254


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CLELAND (E.E.), CHUINE (I.), MENZEL (A.), MOONEY (H.A.), SCHWARTZ (M.D.) -   Shifting plant phenology in response to global change.  -  In :Trends in Ecology & Evolution, pp. 357‑365 (2007). 10.1016/j.tree.2007.04.003

  • (2) - LINKOSALO (T.), LECHOWICZ (M.J.) -   Twilight far-red treatment advances leaf bud burst of silver birch (Betula pendula).  -  In : Tree Physiology, pp. 1249‑1256 (2006). 10.1093/treephys/26.10.1249

  • (3) - FRANKLIN (K.A.) -   Shade avoidance.  -  In : New Phytologist, pp. 930‑944 (2008). 10.1111/j.1469-8137.2008.02507.x

  • (4) - CHAVES (M.M.), COSTA (J.M.), ZARROUK (O.), PINHEIRO (C.), LOPES (C.M.), PEREIRA (J.S.) -   Controlling stomatal aperture in semi-arid regions – The dilemma of saving water or being cool?  -  In : Plant Science: an International Journal of Experimental Plant Biology, pp. 54‑64 (2016). 10.1016/j.plantsci.2016.06.015

  • (5) - DARRIET (P.), PONS (A.), ALLAMY (L.), SCHUTTLER (A.), VAN LEEUWEN (K.), THIBON (C.) -   Quels impacts attendus du changement climatique sur les composés...

1 Normes et standards

AFNOR Label « Projet Agrivoltaïque » (2020) https://certification.afnor.org/energie/label-agrivoltaique-positif

Charte Cultivons Demain : https://cultivons-demain.fr/wp-content/uploads/2020/10/Charte-Cultivons-Demain-LD.pdf

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2 Brevets

WO2015145351A1 : Procédé de production d’énergie électrique adapté aux cultures (accordé en Europe, aux États-Unis, en Chine, en Afrique du Sud et en Australie).

FR1850890 : Système agrivoltaïque et procédé de culture de végétaux (porte sur des idées prospectives permettant de mieux cibler l’ombrage au sol ; rendu public en août 2019).

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3 Annuaire

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