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

🌱🚜🤖 L'agriculture connaît une transformation profonde. Les innovations technologiques, telles que l'agriculture verticale et en intérieur, révolutionnent nos méthodes de production alimentaire. Ces techniques promettent non seulement une efficacité et une durabilité accrues, mais pourraient également apporter une solution aux défis majeurs du XXIe siècle, notamment celui de nourrir une population mondiale croissante.

🌆🌿 L'avenir de l'agriculture urbaine

L'agriculture verticale, qui consiste à cultiver des plantes dans des espaces clos et sur des niveaux superposés, est passée d'un marché de niche à un secteur important ces dernières années. Selon les prévisions, le marché de l'agriculture verticale pourrait atteindre 24 milliards de dollars d'ici 2030. Cette croissance souligne le potentiel de ces technologies à contribuer significativement à la production alimentaire mondiale.

🏙️🍽️ Urbanisation et insécurité alimentaire

D’ici 2050, on estime que près des deux tiers de la population mondiale vivront en zone urbaine. Cette évolution pose des défis majeurs à l’agriculture mondiale : comment nourrir durablement une population urbaine aussi importante ? L’agriculture verticale pourrait apporter une solution en réduisant les besoins en terres agricoles et en raccourcissant la distance entre production et consommation. « L’agriculture verticale pourrait constituer une solution durable pour nourrir cette population urbaine croissante », affirment les experts.

L’urbanisation et l’insécurité alimentaire peuvent-elles être résolues grâce à l’agriculture verticale et en intérieur ? – Image symbolique : Xpert.Digital

Le raccourcissement des circuits courts grâce à l'agriculture urbaine offre de nombreux avantages : les produits frais peuvent transiter quasiment directement du producteur au consommateur, ce qui améliore non seulement leur qualité, mais réduit aussi considérablement l'empreinte carbone de la production alimentaire. De plus, l'intégration de ces méthodes agricoles dans l'infrastructure des villes modernes pourrait créer une nouvelle dimension de la qualité de vie urbaine.

🌳🔋 Priorité au développement durable : efficacité énergétique et préservation des ressources

Malgré tous ses avantages, l'efficacité énergétique demeure un défi 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 divers facteurs : l'élimination des produits agrochimiques, la réduction des coûts de transport et la minimisation des pertes et du gaspillage contribuent à rendre l'agriculture verticale économiquement viable.

Dans le contexte de la crise énergétique actuelle, la production d'électricité durable devient un facteur clé de succès pour l'agriculture verticale. Le recours aux énergies renouvelables, comme le solaire ou l'éolien, pourrait réduire la dépendance aux énergies fossiles et stabiliser les coûts énergétiques. Les progrès réalisés dans le domaine des batteries et l'amélioration de l'efficacité de l'éclairage LED jouent également un rôle crucial. « La production d'électricité durable et l'amélioration du stockage de l'énergie seront essentielles à la viabilité économique de l'agriculture verticale », affirment 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 culture des plantes, qui surveillent et contrôlent la culture, l'entretien et la récolte, permettent une utilisation précise et efficace des ressources. Ces systèmes permettent non seulement d'optimiser la consommation d'eau et d'engrais, mais aussi de réduire les coûts de main-d'œuvre et de maximiser les rendements.

Grâce à l'intelligence artificielle (IA) et à l'apprentissage automatique, ces systèmes peuvent analyser en continu les données et ajuster leurs paramètres de fonctionnement afin de garantir des conditions de croissance optimales. « L'intégration de l'IA dans l'agriculture permettra d'atteindre une production plus précise et plus efficace », indique une étude. Cette évolution pourrait contribuer à réduire la dépendance à la main-d'œuvre tout en augmentant la production.

🏔️🚧 Défis et perspectives

Malgré l'énorme potentiel de l'agriculture verticale et en intérieur, plusieurs défis persistent. Les investissements initiaux élevés et les coûts d'exploitation continus constituent un frein pour de nombreuses entreprises. De plus, l'acceptation sociale de ces nouvelles technologies n'est pas encore totale. Des efforts supplémentaires en matière de recherche et de sensibilisation sont nécessaires pour surmonter les préjugés et les inquiétudes entourant ces méthodes de culture.

La collaboration entre les gouvernements, le secteur privé et le monde universitaire sera essentielle pour favoriser le développement et la généralisation de l'agriculture verticale. Des programmes de soutien et des cadres politiques promouvant une agriculture durable pourraient ouvrir la voie à ces technologies.

L'agriculture verticale représente une solution prometteuse aux défis mondiaux de la production alimentaire au XXIe siècle. Avec un soutien technologique et politique adéquat, cette méthode de culture innovante pourrait non seulement contribuer à nourrir la population mondiale croissante, mais aussi jouer un rôle important dans la protection du climat et le développement durable.

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🌱🌍 L’agriculture verticale – un moyen de garantir l’approvisionnement en protéines pour la population mondiale croissante

Les défis mondiaux en matière de sécurité alimentaire sont exacerbés par le changement climatique, la pollution environnementale croissante et l'imprévisibilité des conditions météorologiques. Face à ces menaces, les scientifiques recherchent des solutions innovantes pour garantir l'approvisionnement futur en protéines alimentaires. L'agriculture verticale, qui permet la production alimentaire dans des environnements urbains intérieurs contrôlés, représente une technologie particulièrement prometteuse. Dans le cadre du projet phare Fraunhofer « FutureProteins », six instituts Fraunhofer travaillent au développement et à l'optimisation de systèmes d'agriculture verticale capables de cultiver des sources de protéines alternatives telles que l'herbe de blé, la luzerne et les pommes de terre. La question centrale est la suivante : comment cultiver efficacement ces plantes hors-sol et sous éclairage artificiel afin de garantir non seulement la durabilité écologique, mais aussi la viabilité économique ?

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

L'agriculture verticale offre une méthode révolutionnaire pour transférer la production agricole des champs traditionnels vers les espaces urbains verticaux. Cette technologie permet de cultiver des plantes dans des environnements contrôlés et multicouches, indépendamment des conditions météorologiques extérieures. Un exemple éloquent est le système automatisé de culture de plantes OrbiPlant®, développé au Fraunhofer IME. Grâce à son système innovant de convoyeurs ondulés, OrbiPlant® optimise l'utilisation des surfaces limitées en milieu urbain, permettant la culture d'une grande variété d'espèces végétales dans un espace très réduit, quelle que soit la saison ou l'heure de la journée.

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

Malgré les immenses avantages de l'agriculture verticale, sa viabilité économique demeure l'un de ses principaux défis. Les prévisions indiquent que le marché de l'agriculture verticale pourrait atteindre 24 milliards de dollars d'ici 2030. Pour concrétiser ce potentiel, il est crucial de réduire les coûts d'exploitation élevés, notamment ceux liés à la climatisation et à l'éclairage. Si ces systèmes permettent une production continue et indépendante des conditions météorologiques, ils génèrent également d'importantes émissions de CO2 et des coûts énergétiques considérables. Par conséquent, le choix du site et la conception du système d'alimentation énergétique sont déterminants pour la viabilité économique de ces installations.

L’institut Fraunhofer IWU apporte son expertise pointue en matière de production écoénergétique et d’intégration des énergies renouvelables au projet « FutureProteins ». En développant des solutions d’approvisionnement énergétique sur mesure pour différents sites, le projet garantit une agriculture verticale à la fois écologiquement durable et économiquement viable.

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

Les conditions de culture verticale varient considérablement selon les régions, ce qui exige une adaptation flexible de la technologie. À l'institut Fraunhofer IWU, des scénarios énergétiques ont été élaborés pour différents sites, notamment Berlin, l'Islande, le Burkina Faso et l'Inde. Ces sites présentent une grande diversité de défis climatiques : des hivers longs et sombres de Dalvík (Islande) aux conditions chaudes et sèches de Kongoussi (Burkina Faso), en passant par la pénurie d'eau à Chennai (Inde).

Chacun de ces scénarios requiert des solutions d'approvisionnement énergétique spécifiques. À Berlin, une combinaison d'énergie solaire et de stockage par batteries pourrait constituer la solution la plus efficace, tandis qu'en Islande, le recours à l'énergie géothermique serait judicieux. Dans les régions où les réseaux électriques sont instables, comme au Burkina Faso, le stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène offre une solution prometteuse. Dans ce cas, l'énergie excédentaire est convertie en hydrogène par électrolyse, lequel peut ensuite être réutilisé dans des systèmes de piles à combustible en cas de besoin.

🏭🌬️ Progrès technologiques sur le site de Chemnitz : la centrale à hydrogène

Un exemple probant de la mise en œuvre réussie de ces technologies est la centrale à hydrogène de Chemnitz. Cette centrale compacte permet de stocker jusqu'à 2,5 MWh d'énergie verte, soit suffisamment pour alimenter en électricité, pendant une journée entière, une installation d'agriculture verticale de 1 500 m². Ce type de technologie est particulièrement important dans les régions où le prix de l'énergie est élevé ou les réseaux électriques peu fiables, et pourrait s'avérer essentiel pour l'optimisation économique et environnementale des installations d'agriculture verticale.

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

Le développement et l'optimisation continus des technologies d'agriculture verticale, soutenus par des projets tels que « 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 sécuriser l'approvisionnement mondial en protéines, mais aussi relever les défis écologiques et économiques de l'agriculture moderne. L'intégration des énergies renouvelables et de systèmes de stockage innovants, comme ceux développés à l'institut Fraunhofer IWU, est cruciale à cet égard.

L'agriculture verticale n'est pas seulement une réponse aux défis du changement climatique et de la croissance démographique mondiale, mais elle ouvre également de nouvelles perspectives pour une agriculture urbaine durable. Grâce aux progrès technologiques et à une acceptation sociale croissante, 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 une solution durable pour nourrir cette population urbaine croissante, en réduisant les besoins en terres agricoles et en raccourcissant la distance entre production et consommation alimentaires.

L'agriculture verticale désigne la production alimentaire sur des surfaces inclinées ou superposées verticalement, sans terre ni lumière directe du soleil. Les cultures se composent principalement de légumes-feuilles, de fruits et d'herbes aromatiques, comme la laitue, les épinards, le chou frisé, les tomates, les poivrons, les fraises et le basilic, mais pas de céréales ni de légumineuses telles que le blé, le riz, le maïs ou le soja. Les plantes sont cultivées en hydroponie ou en aéroponie : elles sont suspendues dans l'eau ou dans un brouillard d'air et reçoivent tous leurs nutriments par ce biais. Les systèmes aquaponiques combinent hydroponie et aquaculture. Les méthodes de l'agriculture en environnement contrôlé (AEC) permettent de gérer l'humidité, la température, les gaz, la lumière (quantité et longueur d'onde), les nutriments, le pH, le dioxyde de carbone, l'eau et les agents pathogènes.

L'agriculture verticale offre de multiples promesses : une production prévisible tout au long de l'année, indépendante des conditions météorologiques, des saisons et du climat (et donc du changement climatique), et par conséquent sans fortes fluctuations saisonnières des prix. Un circuit court entre producteur et consommateur réduirait considérablement l'empreinte carbone des aliments et permettrait d'obtenir des produits plus frais et plus riches en nutriments. L'agriculture verticale pourrait permettre d'atteindre des rendements plus élevés avec une consommation d'eau et un recours aux pesticides et herbicides nettement inférieurs. Il est même possible de modifier la teneur en nutriments et la saveur des plantes en contrôlant le substrat de culture.

Les principaux obstacles à la généralisation des fermes verticales sont leur forte consommation énergétique et les préoccupations environnementales qui en découlent, l'efficacité de l'utilisation de la lumière par les plantes, ainsi que les coûts élevés de démarrage et d'expansion. La culture verticale des aliments deviendra-t-elle un élément incontournable de l'architecture urbaine de demain ?

🌍 Impacts et développements potentiels

L'agriculture verticale est liée aux initiatives d'agriculture urbaine. Le concept de culture de plantes en couches superposées est expérimenté 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. À l'avenir, on pourrait imaginer des fermes verticales miniatures, de la taille d'un placard de cuisine, pour les jardiniers amateurs, ou des espaces dédiés à l'agriculture verticale dans les supermarchés. À plus grande échelle, l'agriculture verticale pourrait contribuer à la reconversion des zones industrielles en réutilisant les entrepôts, usines et autres installations vacantes, même si cela nécessite au préalable la dépollution des sols.

Bien qu'il soit théoriquement possible de cultiver pratiquement n'importe quelle plante en hauteur, les cultures à croissance rapide, avec peu ou pas de parties non comestibles comme les racines et les tiges, et à forte valeur marchande, sont les plus rentables. Les technologies permettant cette culture hors-sol dans des environnements strictement contrôlés comprennent des 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 précis des paramètres environnementaux. L'apprentissage automatique et l'automatisation sont utilisés pour optimiser les conditions de culture et gérer les installations. Par exemple, Infarm, une entreprise partiellement financée par l'UE, a connecté ses fermes de vente réparties sur un vaste réseau à une plateforme centrale qui analyse les 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 les économies réalisées grâce à l'absence de produits agrochimiques, à la réduction significative des coûts de transport, de stockage et de distribution, ainsi qu'à la diminution des pertes et du gaspillage. Cependant, la crise énergétique actuelle pourrait avoir de graves conséquences pour ce secteur. La production d'électricité durable, l'amélioration du stockage par batteries et l'efficacité de l'éclairage LED seront essentielles à la pérennité et à la viabilité économique de l'agriculture verticale.

🌆 Élaboration de politiques anticipatives

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

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