Multitâche en magenta : des panneaux solaires colorés pourraient permettre aux exploitations de cultiver des plantes et de produire de l'électricité

Des panneaux solaires colorés permettent aux exploitations de récolter des cultures et de l'électricité en même temps

Les agriculteurs qui souhaitent ajouter de l'énergie renouvelable à leurs terres sont depuis longtemps confrontés à un compromis délicat : les panneaux opaques qui produisent le plus d'électricité projettent aussi l'ombre la plus profonde. De nouvelles recherches suggèrent que des panneaux solaires semi-transparents personnalisés, teintés d'un magenta vif, peuvent trouver un juste milieu, en produisant de l'électricité tout en orientant les portions les plus utiles du spectre lumineux vers les cultures qui poussent en dessous.

L'étude, dont la publication est prévue le 2 octobre dans Cell Reports Physical Science, porte sur du brocoli cultivé sous les panneaux sur un site expérimental de la ferme Kärrbo Prästgård en Suède. Selon les résultats, le brocoli a absorbé la lumière du soleil plus efficacement que les plantes cultivées à l'air libre, et les têtes récoltées ont finalement atteint la même taille que le brocoli cultivé de manière conventionnelle — bien qu'elles aient nécessité 25 jours supplémentaires pour mûrir.

Ces travaux indiquent un outil potentiel pour les agriculteurs qui souhaitent produire de l'électricité renouvelable sans renoncer à la productivité des terres situées sous leurs installations.

Comment fonctionnent les panneaux magenta

Le concept sous-jacent est simple, selon Silvia Ma Lu de l'Université de Mälardalen à Västerås, en Suède, coauteure de l'article. Les panneaux interceptent une partie de la lumière solaire entrante et la convertissent en électricité renouvelable, tout en laissant le reste passer vers les cultures en dessous. L'ambition plus large, explique-t-elle, est de déterminer si la lumière du soleil peut être utilisée plus efficacement en répartissant le spectre solaire entre deux fonctions à la fois : nourrir les plantes et alimenter le réseau.

Le magenta n'est pas un choix esthétique arbitraire. Au lieu de bloquer la lumière de manière indiscriminée comme le fait un panneau opaque, la conception semi-transparente filtre le spectre solaire afin que les longueurs d'onde bleues et rouges — les bandes sur lesquelles les plantes s'appuient le plus — soient renforcées pour la canopée des cultures.

• Transmission partielle : une part de la lumière solaire entrante traverse le panneau pour atteindre les plantes.
• Production d'électricité : la lumière captée par le panneau est convertie en électricité renouvelable.
• Réglage spectral : les longueurs d'onde bleues et rouges sont renforcées pour soutenir le développement des cultures.
• Abri physique : l'installation de panneaux au-dessus d'un champ peut aussi protéger les plantes d'un ensoleillement excessif et de conditions météorologiques extrêmes comme la grêle ou de fortes pluies.

Ce que l'essai sur le brocoli a révélé

Les chercheurs ont choisi le brocoli comme culture test, le cultivant sous les panneaux colorés semi-transparents sur le site expérimental suédois. Le résultat principal a été une augmentation de 4,5 fois de l'efficacité avec laquelle les plantes utilisaient la lumière du soleil disponible par rapport au brocoli cultivé à l'air libre. En termes pratiques, ce gain d'efficacité s'est manifesté dans la récolte : le brocoli produit sous les panneaux magenta a atteint une taille aussi importante que le brocoli traditionnel en plein champ.

Il y avait toutefois un bémol. Les plantes abritées ont mis 25 jours de plus que leurs homologues en plein soleil pour atteindre la maturité. Ce retard compte pour les producteurs travaillant avec des calendriers de plantation serrés, des récoltes séquentielles ou des contrats dépendant de fenêtres de marché précises. Il suggère aussi que l'environnement lumineux sous les panneaux, bien que favorable en termes spectraux, n'est pas un substitut parfait à la lumière solaire non entravée à tous égards.

Même ainsi, la combinaison d'une récolte de taille normale et d'une production d'électricité sur place est le résultat qui rend cette approche digne d'intérêt. Plutôt que de demander à un champ de choisir entre nourriture et énergie, le système lui demande de faire les deux.

Pourquoi l'agrivoltaïsme suscite l'intérêt

L'installation de panneaux solaires conventionnels sur des terres agricoles offre déjà aux agriculteurs un moyen de produire de l'électricité renouvelable sur des terres disponibles et spacieuses, tout en protégeant simultanément les cultures d'un ensoleillement direct excessif et de conditions météorologiques dommageables. La difficulté est que les panneaux photovoltaïques bleu foncé standard sont généralement opaques. Placés au-dessus d'un champ, ils peuvent créer plus d'ombre que beaucoup de cultures ne peuvent en tolérer, ce qui fait chuter les rendements.

C'est précisément le problème que les panneaux semi-transparents et colorés sont conçus pour atténuer. En laissant passer une fraction contrôlée de lumière et en façonnant les longueurs d'onde qui y parviennent, ils visent à maintenir une production d'électricité significative tout en laissant suffisamment de lumière utilisable pour les plantes en dessous. L'essai suédois sur le brocoli est un point de données dans cet effort, testant si un filtre magenta peut être réglé pour servir une culture spécifique plutôt que de simplement réduire la lumière de manière globale.

Aucune conception unique ne convient à toutes les exploitations

Ma Lu prend soin de ne pas présenter le résultat comme une recette universelle. Selon elle, il n'existe pas de configuration agrivoltaïque unique qui sera optimale dans tous les lieux. Ce qui fonctionne pour le brocoli dans une ferme suédoise peut ne pas se transposer directement à une autre culture, une autre latitude ou un autre climat.

Elle soutient que davantage de recherches sont nécessaires pour comprendre comment diverses cultures réagissent à différents agencements de systèmes et à des conditions climatiques variées, et pour concevoir des installations qui équilibrent véritablement la production agricole et la production d'électricité renouvelable. L'objectif n'est pas de désigner un gagnant parmi les couleurs de panneaux ou les niveaux de transparence, mais de constituer un ensemble de preuves permettant aux producteurs d'assortir un système à leurs terres, leur culture et leurs objectifs énergétiques.

Ce qui reste à régler

Plusieurs questions ouvertes subsistent avant que les panneaux colorés ne deviennent une vision courante au-dessus des terres agricoles en activité. L'écart de maturation de 25 jours chez le brocoli soulève la question de savoir comment d'autres cultures — en particulier celles ayant des saisons de croissance plus courtes ou des échéances de récolte plus strictes — réagiraient à la même lumière filtrée. L'économie de l'installation de panneaux semi-transparents, qui produisent généralement moins d'électricité par unité de surface que les alternatives entièrement opaques, devra également être mise en balance avec la valeur de la culture protégée en dessous.

Les chercheurs veulent aussi savoir comment les systèmes se comportent sur plusieurs saisons et dans l'éventail des conditions météorologiques que connaissent les vraies fermes, depuis la grêle et les fortes pluies que les panneaux peuvent aider à dévier jusqu'aux périodes plus nuageuses où la lumière est déjà rare. Chacune de ces variables peut modifier l'équilibre entre la quantité d'électricité qu'un champ produit et la quantité de nourriture qu'il fournit.

Points clés à retenir

• Des panneaux solaires magenta semi-transparents personnalisés ont produit de l'électricité tout en renforçant les longueurs d'onde bleues et rouges pour le brocoli cultivé en dessous sur un site expérimental suédois.
• Le brocoli abrité a montré une augmentation de 4,5 fois de l'efficacité d'utilisation de la lumière solaire et a atteint une taille aussi importante que le brocoli cultivé à l'air libre.
• Le compromis : les plantes sous les panneaux ont mis 25 jours de plus à mûrir.
• Les panneaux colorés semi-transparents sont étudiés comme un moyen d'éviter l'ombrage excessif causé par les panneaux bleu foncé opaques sur les terres agricoles.
• Les auteurs de l'étude affirment qu'aucune conception agrivoltaïque unique ne conviendra à toutes les cultures, configurations ou climats, et que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour équilibrer la production alimentaire et la production d'électricité renouvelable.

Cet article est basé sur un reportage de Phys.org. Lire l'article original.