Smart Agrar : Agriculture verticale et intérieure – Espaces intérieurs pour la culture de produits agricoles – Système automatisé de sélection végétale

🌱🚜🤖 L'économie agricole est confrontée à une transformation fondamentale. Les innovations technologiques telles que l’agriculture intérieure et verticale révolutionnent la façon dont nous produisons des aliments. Ces techniques promettent non seulement une plus grande efficacité et durabilité, mais pourraient également apporter une solution aux défis urgents du 21e siècle, notamment en ce qui concerne l’alimentation d’une population mondiale croissante.

🌆🌿 L'avenir de l'agriculture urbaine

L’agriculture intérieure et verticale, c’est-à-dire la culture de plantes dans des espaces fermés et en couches disposées verticalement, est passée d’une niche à un secteur sérieux ces dernières années. Selon les prévisions, le marché de l’agriculture verticale pourrait atteindre un volume pouvant atteindre 24 milliards de dollars d’ici 2030. Ces prévisions de croissance mettent en évidence le potentiel de ces technologies à apporter une contribution significative à la production alimentaire mondiale.

🏙️🍽️ Urbanisation et insécurité alimentaire

D’ici 2050, environ les deux tiers de la population mondiale devraient vivre dans des zones urbaines. Cette évolution pose des défis majeurs pour l’agriculture mondiale : comment nourrir durablement une population urbaine aussi nombreuse ? L’agriculture verticale pourrait ici apporter une réponse en réduisant le besoin de terres agricoles et en raccourcissant la distance entre le point de production et le consommateur. « L’agriculture verticale pourrait constituer un moyen durable de nourrir cette population urbaine croissante », estiment les experts.

Résoudre l’urbanisation et l’insécurité alimentaire avec l’agriculture verticale et intérieure ? – Image symbole : Xpert.Digital

Raccourcir les chaînes d'approvisionnement en se développant dans les zones urbaines présente de nombreux avantages : les produits frais peuvent passer presque directement de la ferme au consommateur, ce qui non seulement augmente la qualité mais réduit également considérablement l'empreinte carbone de la production alimentaire. L’intégration de ces méthodes agricoles dans les infrastructures des villes modernes pourrait également créer une nouvelle dimension dans la qualité de vie urbaine.

🌳🔋 Focus sur le développement durable : efficacité énergétique et conservation des ressources

Malgré tous les avantages, la question de l’efficacité énergétique reste un enjeu majeur pour l’agriculture verticale. Le fonctionnement des systèmes d’éclairage et de climatisation nécessaires est énergivore. Cependant, ces coûts énergétiques pourraient être compensés par plusieurs facteurs : l’élimination des produits agrochimiques, la réduction des coûts de transport et la minimisation de la détérioration et du gaspillage contribuent tous à garantir que l’agriculture verticale reste économiquement viable.

Dans le contexte de crise énergétique actuelle, la production durable d’électricité devient un facteur clé du succès de l’agriculture verticale. Le recours aux énergies renouvelables, telles que l’énergie solaire ou éolienne, pourrait réduire la dépendance aux combustibles fossiles et maintenir les coûts d’approvisionnement énergétique stables. Les progrès de la technologie des batteries et l’amélioration de l’efficacité des lampes LED jouent également un rôle crucial. « Une production d’électricité durable et un stockage amélioré de l’énergie seront essentiels à la viabilité économique de l’agriculture verticale », ont déclaré les analystes du secteur.

🤖📈 Automatisation et numérisation : l'avenir de la sélection végétale

Un autre aspect important de l’agriculture moderne est l’automatisation et la numérisation croissantes des processus de production. Les systèmes automatisés de sélection végétale qui surveillent et contrôlent la culture, l’entretien et la récolte des plantes permettent une utilisation précise et efficace des ressources. Ces systèmes peuvent non seulement optimiser l’utilisation de l’eau et des engrais, mais également réduire les coûts de main-d’œuvre et maximiser les rendements.

En utilisant l'intelligence artificielle (IA) et l'apprentissage automatique, ces systèmes peuvent analyser en continu les données et ajuster leurs paramètres de fonctionnement pour garantir des conditions de croissance optimales. « L’intégration de l’IA dans l’agriculture permettra d’obtenir une production plus précise et plus efficace », indique une étude. Cette évolution pourrait contribuer à réduire la dépendance au travail humain tout en augmentant la production.

🏔️🚧 Défis et perspectives

Malgré l’énorme potentiel de l’agriculture intérieure et verticale, il reste encore quelques défis à relever. Les investissements initiaux élevés et les coûts d'exploitation permanents représentent un obstacle pour de nombreuses entreprises. De plus, l'acceptation de ces nouvelles technologies dans la société n'est pas encore totale. Davantage de recherche et d'éducation sont nécessaires pour surmonter les préjugés et les préoccupations concernant ces méthodes agricoles.

La collaboration entre les gouvernements, le secteur privé et le monde universitaire sera cruciale pour faire progresser le développement et la diffusion de l’agriculture verticale. Des programmes de financement et des cadres politiques soutenant l’agriculture durable pourraient ouvrir la voie à ces technologies.

L’agriculture verticale est une manière prometteuse de relever les défis mondiaux de la production alimentaire du 21e siècle. Avec le soutien technologique et politique approprié, cette méthode agricole innovante pourrait non seulement contribuer à nourrir une population mondiale croissante, mais également apporter une contribution importante à la protection du climat et au développement durable.

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🌱🌍 L'agriculture verticale – un moyen de garantir l'approvisionnement en protéines d'une population mondiale croissante

Les défis mondiaux dans le domaine de l’approvisionnement alimentaire sont encore exacerbés par le changement climatique, les pressions environnementales croissantes et les conditions météorologiques imprévisibles. Face à ces menaces, les scientifiques recherchent des solutions innovantes pour assurer l’approvisionnement futur en protéines alimentaires. Une technologie particulièrement prometteuse est l’agriculture verticale, qui permet de produire de la nourriture dans des espaces intérieurs urbains contrôlés. Dans le cadre du projet phare de Fraunhofer « FutureProteins », six instituts Fraunhofer travaillent au développement et à l'optimisation de systèmes agricoles en intérieur capables de cultiver des sources de protéines alternatives telles que l'agropyre, la luzerne et les pommes de terre. La question centrale est la suivante : comment ces plantes peuvent-elles être cultivées efficacement sans sol et sous un éclairage artificiel pour garantir non seulement une durabilité écologique mais aussi une viabilité économique ?

🌆🌿 L'importance de l'agriculture verticale pour l'agriculture urbaine

L'agriculture verticale offre une méthode révolutionnaire pour déplacer la production agricole des zones agricoles traditionnelles vers des espaces urbains verticaux. Cette technologie permet de cultiver des plantes dans des environnements multicouches et contrôlés, quelles que soient les conditions météorologiques extérieures. Un excellent exemple de l'application de cette technologie est le système automatisé de sélection végétale OrbiPlant®, développé au Fraunhofer IME. Grâce à un système de bande transporteuse innovant et ondulé, OrbiPlant® maximise l'utilisation d'un espace au sol limité dans les environnements urbains, permettant de cultiver une variété d'espèces végétales dans un petit espace, quelle que soit la saison ou l'heure de la journée.

💰⚡ Perspectives économiques et efficacité énergétique dans l'agriculture verticale

Malgré les immenses avantages qu’offre l’agriculture verticale, la viabilité économique de cette technologie reste l’un des plus grands défis. Les prévisions indiquent que le marché de l’agriculture verticale pourrait atteindre un volume pouvant atteindre 24 milliards de dollars d’ici 2030. Pour réaliser ce potentiel, il est crucial de réduire les coûts d’exploitation élevés, notamment les coûts de climatisation et d’éclairage. Bien que ces systèmes permettent une production continue et indépendante des conditions météorologiques, ils entraînent également des émissions de CO2 et des coûts énergétiques importants. Le choix de l’emplacement et la conception du système d’approvisionnement en énergie jouent donc un rôle crucial dans la viabilité économique des systèmes.

Fraunhofer IWU apporte au projet « FutureProteins » sa vaste expertise en matière de production économe en énergie et d’intégration des énergies renouvelables. Le développement de solutions d'approvisionnement énergétique sur mesure pour différents sites garantit que l'agriculture verticale est à la fois écologiquement durable et économiquement viable.

🔋🌍 Optimisation énergétique grâce à des scénarios sur mesure pour différents sites

Les conditions de localisation de l'agriculture verticale peuvent varier considérablement selon les régions, ce qui nécessite une adaptation flexible de la technologie. Au Fraunhofer IWU, des scénarios énergétiques ont été élaborés pour divers sites, notamment à Berlin, en Islande, au Burkina Faso et en Inde. Ces endroits représentent un large éventail de défis climatiques : des hivers longs et sombres de Dalvík, en Islande, aux conditions chaudes et sèches de Kongoussi, au Burkina Faso, et aux pénuries d'eau de Chennai, en Inde.

Chacun de ces scénarios nécessite des solutions d’approvisionnement énergétique individuelles. À Berlin, une combinaison d’énergie solaire et de stockage par batterie pourrait être la solution la plus efficace, tandis qu’en Islande, l’utilisation de l’énergie géothermique serait judicieuse. Dans les régions aux réseaux électriques instables, comme le Burkina Faso, le stockage de l’énergie sous forme d’hydrogène constitue une solution prometteuse. L’énergie excédentaire est convertie en hydrogène par électrolyse, qui peut être réutilisé dans les systèmes de piles à combustible si nécessaire.

🏭🌬️ Avancées technologiques sur le site de Chemnitz : La centrale H2

La centrale électrique H2 de Chemnitz est un exemple remarquable de mise en œuvre réussie de telles technologies. Cette centrale à hydrogène compacte permet de stocker jusqu'à 2,5 MWh d'énergie verte, soit suffisamment pour alimenter une installation agricole verticale de 1 500 m² en électricité continue pendant une journée entière. Ce type de technologie est particulièrement important dans les régions où les prix de l’énergie sont élevés ou où les réseaux électriques ne sont pas fiables et pourrait être la clé de l’optimisation économique et environnementale des systèmes agricoles verticaux.

🌱📈 Perspectives d'avenir et importance mondiale de l'agriculture verticale

Le développement et l’optimisation continus des technologies agricoles verticales, soutenus par des projets comme FutureProteins, ont le potentiel de révolutionner l’agriculture mondiale. En utilisant des technologies économes en énergie et en s’adaptant aux conditions locales, l’agriculture verticale peut non seulement contribuer à garantir l’approvisionnement mondial en protéines, mais également relever les défis écologiques et économiques de l’agriculture moderne. L'intégration des énergies renouvelables et des systèmes de stockage innovants, tels que ceux développés au Fraunhofer IWU, revêtent une importance cruciale.

L’agriculture verticale n’est pas seulement une réponse aux défis du changement climatique et de la croissance démographique mondiale, mais ouvre également de nouvelles opportunités pour une agriculture urbaine durable. À mesure que la technologie progresse et que la société est de plus en plus acceptée, l’agriculture verticale pourrait devenir un élément central de notre sécurité alimentaire mondiale dans un avenir proche.

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💡 Et si on cultivait les plantes verticalement ?

D’ici 2050, les deux tiers de la population mondiale devraient vivre en zone urbaine. L’agriculture verticale pourrait constituer un moyen durable de nourrir cette population urbaine croissante en réduisant le besoin de terres agricoles et en raccourcissant la distance entre la production alimentaire et la consommation.

L'agriculture verticale est la pratique consistant à produire des aliments en couches empilées verticalement ou sur des surfaces en pente sans sol ni lumière du soleil. La nourriture cultivée se compose principalement de légumes à feuilles, de fruits et d’herbes telles que : B. Laitue, épinards, chou frisé, tomates, poivrons, fraises et basilic, mais pas de céréales ou de légumineuses comme le blé, le riz, le maïs ou le soja. Les plantes sont cultivées dans des systèmes hydroponiques ou aéroponiques, ce qui signifie qu'elles sont en suspension dans l'eau ou dans l'air/brouillard et reçoivent tous les nutriments via ce milieu. Les systèmes aquaponiques combinent la culture hydroponique et l'aquaculture. Les méthodes d'agriculture en environnement contrôlé (CEA) sont utilisées pour contrôler l'humidité, la température, les gaz, la lumière (quantité et longueur d'onde), les nutriments, l'acidité, le dioxyde de carbone, l'eau et les agents pathogènes.

Les promesses de l’agriculture verticale sont multiples : une production prévisible tout au long de l’année, quels que soient la météo, la saison ou le climat (et donc le changement climatique), et donc sans fluctuations saisonnières majeures des prix. Une chaîne courte entre le producteur et le consommateur réduirait considérablement les kilomètres parcourus pour la nourriture et conduirait à des produits plus frais et plus nutritifs. L’agriculture verticale pourrait permettre d’obtenir des rendements plus élevés avec une consommation d’eau nettement inférieure et moins de pesticides ou d’herbicides. Il est même possible de modifier le contenu nutritionnel et la saveur des plantes en contrôlant le substrat de culture.

Les goulots d'étranglement qui ralentissent l'adoption complète des fermes verticales sont les besoins énergétiques élevés et les problèmes environnementaux associés, l'efficacité de l'utilisation de la lumière par l'usine et les coûts élevés de démarrage et de mise à l'échelle. La culture alimentaire verticale sera-t-elle une caractéristique distinctive de l’architecture urbaine du futur ?

🌍 Impacts et évolutions potentiels

L'agriculture verticale est liée aux initiatives d'agriculture urbaine. L'idée de cultiver des aliments en couches empilées est testée dans le monde entier, du New Jersey (États-Unis) à la Belgique en passant par Dubaï et le Japon. Les chercheurs étudient également l’efficacité de l’agriculture verticale. Les développements futurs pourraient conduire à des fermes verticales de la taille d’armoires de cuisine pour les jardiniers amateurs ou à des départements de culture verticale dans les supermarchés locaux. À plus grande échelle, l’agriculture verticale pourrait jouer un rôle dans la reconversion des zones industrielles grâce à la réutilisation d’entrepôts, d’usines et d’usines vides, ce qui nécessiterait peut-être d’abord la réhabilitation des terres contaminées.

Bien qu'il soit théoriquement possible de cultiver pratiquement n'importe quelle plante verticalement, les cultures à croissance rapide, comportant peu ou pas de parties non comestibles telles que les racines et les tiges et ayant une valeur marchande élevée, sont les plus rentables. Les technologies qui permettent une telle culture hors sol dans des environnements strictement contrôlés comprennent les systèmes d’éclairage, d’irrigation et de gestion des déchets, l’utilisation d’énergies renouvelables, des capteurs de toutes sortes et d’autres dispositifs intelligents pour le contrôle autonome et le réglage fin des paramètres environnementaux. L'apprentissage automatique et l'automatisation sont utilisés pour optimiser les conditions de croissance et gérer les installations. Par exemple, l’entreprise Infarm, en partie financée par l’UE, a connecté ses nombreuses fermes « de point de vente » à une plateforme centrale qui apprend des données de croissance de chaque ferme pour ajuster les conditions et optimiser la croissance.

Les fermes verticales sont énergivores. Certains coûts énergétiques peuvent être compensés par des économies liées à la non-utilisation de produits chimiques agricoles, une réduction significative des coûts de transport, de stockage et de distribution et une réduction de la détérioration et des déchets. Mais la crise énergétique actuelle pourrait avoir de graves conséquences pour le secteur. La production d’énergie durable, l’amélioration du stockage par batterie et l’efficacité de l’éclairage LED seront essentielles à la durabilité et à la viabilité économique de l’agriculture verticale.

🌆 Élaboration de politiques anticipatives

L’agriculture urbaine, y compris l’agriculture verticale, a le potentiel de contribuer à une production alimentaire durable, à une gestion durable des ressources naturelles, à l’action climatique et à un développement territorial équilibré. En mars 2020, la Commission européenne a adopté un nouveau plan d'action pour une économie circulaire, dont l'alimentation, l'eau et les nutriments constituent l'une des chaînes de valeur clés. L’agriculture verticale pourrait contribuer à ces objectifs en réduisant l’utilisation de produits agrochimiques et d’eau dans l’agriculture et en luttant contre la dégradation des sols, la déforestation et l’eutrophisation de l’eau (charge accrue de nutriments).

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