Fermes verticales et agriculture en environnement contrôlé : apports, défis et recherches essentielles

Le concept de ferme verticale est une réponse aux menaces à la sécurité alimentaire causées par la diminution de la superficie de terres cultivables et par l’augmentation de la population. Adapté à l’urbanisation massive, le développement d’espaces de culture intérieure multiétages en zone urbaine est une solution offrant plusieurs avantages : une source écologique d’aliments, une protection contre les ravageurs et les aléas climatiques, une réduction du transport et de l’usage de combustibles fossiles.

Dans l’article Future food-production systems: vertical farming and controlled- environment agriculture, Kurt Berke de l’Université de Melbourne et Bruce Tomkins du Département du développement économique de l’État de Victoria (Australie) évaluent les promesses, le potentiel et les limites de l’agriculture verticale.[1]

Les auteurs considèrent que de nombreux défis persistent pour le développement des fermes verticales, mais que certains sont en voie d’être résolus et que l’agriculture verticale va continuer son développement dans les années à venir. Dans cette étude, ils identifient aussi les avenues de recherches essentielles pour le développement de cette filière, dont une quantification des aspects économiques de l’agriculture verticale, l’étude sur les espaces d’installation de l’agriculture verticale (toits, sous-sol, etc.) et l’identification des opportunités d’emplois créés par l’agriculture verticale (technologie, surveillance, maintenance, service client et recherche et développement).

L’agriculture verticale et en environnement contrôlé

En plus de pouvoir produire à l’année et de maximiser les rendements en optimisant les conditions de croissance (température, humidité, éclairage), la culture en environnement contrôlé nécessite beaucoup moins d’eau. Pour ces raisons, les auteurs pensent qu’elle sera d’abord adoptée à grande échelle dans les pays arides, fortement urbanisés ou aux prises avec des sols fortement contaminés. Bien qu’actuellement son développement se fasse avant tout en Amérique du Nord et en Asie.[2]

D’importantes améliorations de productivité sont envisageables avec le développement de l’éclairage DEL. En effet, en plus de consommer peu d’énergie, celui-ci permet l’ajustement précis du spectre de lumière et nous savons que les plantes réagissent différemment aux diverses longueurs d’onde. Le contrôle de l’intensité et de la durée d’illumination permet également une optimisation des rendements pour chaque espèce cultivée.

Pour les auteurs, les avantages de l’agriculture verticale peuvent être regroupés en quatre catégories : économique, environnemental, social et politique.

  • Économique: moins de pertes causées par les conditions climatiques, pas de pesticides et herbicides, pas de machinerie de ferme (tracteurs, épandeurs, récolteuses, etc.), moins de transport, production à l’année, prestige d’aliments « Clean Green Gourmet (CGG) » avec possibilité d’exportations.
  • Environnemental: aliments non contaminés par des produits chimiques, réduction de la consommation d’énergies fossiles, réduction de l’utilisation d’eau, libération d’espaces agricoles pour la renaturalisation.
  • Social : nouveaux emplois, opportunités en Recherche et Développement, requalification de quartiers industriels abandonnés, réduction éventuelle des coûts de l’alimentation, lutte contre l’isolement des communautés rurales en déclin par la requalification de la main-d’œuvre dans les technologies de fermes verticales dans les villes et villages.
  • Politique : La technologie des fermes verticales facilite l’atteinte des engagements en matière de changements climatiques et elle est compatible avec les mesures d’atténuation et d’adaptation à ces changements. De plus, un réseau de fermes verticales permet une redondance dans le système alimentaire afin de sécuriser l’accès à l’alimentation (en cas de panne électrique, attaque terroriste, etc.).

Les défis de l’agriculture verticale

Les innovations technologiques réduisent progressivement la pertinence des critiques formulées contre l’agriculture verticale dans la dernière décennie. La consommation énergétique de l’éclairage a grandement diminué, de même que le coût d’achat de celui-ci (éclairage DEL). Il en est de même pour l’efficacité des panneaux solaires photovoltaïques potentiellement utilisés comme source d’énergie de la ferme.

Toutefois certains défis demeurent : les coûts de démarrage élevés, la variété réduite des cultures possibles, les volumes de production inférieurs aux grandes cultures en champs, l’augmentation des coûts et de la complexité dans les installations à grande échelle, la difficulté d’obtenir les capitaux de démarrage, la formation d’une main-d’œuvre qualifiée et la gestion des perturbations du secteur agricole rural.

Analyse des indicateurs clés de performance

Les auteurs ont attribué une note à chaque indicateur, soit : insatisfaisant, partiel, ou satisfaisant.

Coûts de démarrage (insatisfaisant) : Il s’agit principalement du coût de l’immobilier dans les zones urbaines en comparaison aux zones rurales et à l’amortissement des installations (machines, matériel technologique). Les auteurs ont calculé que les coûts d’une ferme de dix étages dans la ville de Melbourne s’élèveraient à 349 $US par mètre carré cultivable (3491$ par m2 de terrain), en comparaison à 0,40$ par mètre carré dans les zones rurales de l’état de Victoria. Seule une productivité grandement supérieure permet de compenser cette différence de coûts. Dans le cas de Victoria, s’il est possible d’atteindre une productivité 50 fois supérieure à la culture en champs, le seuil de rentabilité d’une ferme verticale serait atteint en 6 à 7 ans.[3]

Consommation énergétique (partiel) : Les défis liés à la consommation énergétique varient selon que la ferme est connectée au réseau de distribution électrique ou si elle est autonome. Toutefois, les avancées technologiques en matière de panneaux photovoltaïques, d’éoliennes et de stockage de l’électricité rendent cette problématique de moins en moins importante.

Variété des cultures (partiel) : Selon les promoteurs de l’agriculture verticale, tel que Despommier, n’importe quelle plante pourrait en principe être cultivée en intérieur. Il serait également réalisable de cultiver des grains, des vignes et des arbres fruitiers. De plus, la culture du soja permettrait une production d’aliment protéiné. La culture de plantes pharmaceutiques et l’aquaculture sont également des options. Toutefois, la plupart des productions actuelles sont des légumes feuilles, des tomates et des fraises. Selon les auteurs, la popularité actuelle des légumes feuilles résiderait dans les marges de profit ainsi que dans la stratégie de ventes des fermes ciblant la vente de produits frais aux restaurants.

Volumes de production (insatisfaisant) et mise à l’échelle (partiel) : Pour l’instant, les volumes produits en ferme verticale ne concurrencent en rien les cultures en champs et cela ne devrait pas changer dans un futur proche. Les raisons de cette faible production résident dans les coûts élevés, rendant de nombreuses cultures économiquement non rentables. Cependant, cette situation pourrait changer avec la réduction de la disponibilité des terres arables et l’accroissement des changements climatiques.

Investisseurs en  capital-risque (partiel) : Du capital-risque peut être attiré localement ou de l’étranger, principalement en provenance de pays pollués ou possédant peu de terres disponibles. Dû à la nature et au potentiel des projets, ils pourraient également attirer du financement des gouvernements, industries ou universités.

Main-d’œuvre qualifiée pour les nouveaux emplois (partiel) : Les nouveaux emplois créés sont généralement plus qualifiés et diversifiés (génie logiciel, robotique, consultance, marketing, gestion des opérations, etc.). Ceci ne pose pas de problème dans les pays industrialisés, où la main-d’œuvre qualifiée est grandement disponible.

Perturbation du secteur rural (partiel) : À court terme, les coûts reliés à l’agriculture verticale limitent les perturbations causées au secteur rural. Cependant, ces coûts décroissent rapidement et une planification stratégique est nécessaire pour assurer une transition vers l’agriculture en environnement contrôlé, tel que l’éducation du personnel gouvernemental et des agriculteurs aux nouvelles technologies ainsi que du soutien au développement des infrastructures.

Économies sur le transport (satisfaisant) : La production locale limitant les besoins en transport est très attractive, réduisant les coûts ainsi que les émissions de gaz à effet de serre.

Aliments « Clean, green, and gourmet (CGG) » (satisfaisant) : La production d’aliments CGG est moins sensible aux prix élevés entraînés par l’agriculture verticale, en particulier lorsque la clientèle provient de pays à forte demande tel que la Chine. La croissance en environnement contrôlé permet d’éliminer les besoins en pesticides. Une inspection manuelle ou robotisée des cultures permet d’identifier rapidement un plant malade et de l’éliminer avant que la maladie se propage. Il est important que les fermes soulignent que les conditions de culture sont les mêmes que celles des installations hydroponiques conventionnelles afin d’éviter de perdre de la clientèle qui serait rebutée par des produits « artificiels ».

Tableau 1. Indicateurs pour la viabilité de l’agriculture verticale et niveau d’atteinte de l’objectif selon Benke et Tomkins (2017).

Indicateurs pour la viabilité de l’agriculture verticale

Évaluation du niveau d’atteinte de l’objectif

Coûts de démarrage 

Insatisfaisant

Consommation énergétique 

Partiel

Variété des cultures

partiel 

Volumes de production

Insatisfaisant

Problèmes de mise à l’échelle

Partiel

Investisseurs en  capital-risque 

Partiel

Main-d’œuvre qualifiée pour les nouveaux emplois 

Partiel

Perturbation du secteur rural 

Partiel

Économies sur le transport 

Satisfaisant

Aliments « Clean, green, and gourmet (CGG) »

Satisfaisant

Conclusion

L’agriculture verticale a été testée à l’échelle de projet pilote et à l’échelle commerciale.Elle présente des avantages sur l’agriculture rurale.Elle rassemble plusieurs technologies déjà utilisées en agriculture sous serre.Les auteurs estiment qu’avec le temps, le financement de la recherche en agriculture intérieure pourrait égaler celui de la recherche en science du sol ou en hydrologie, voir même celui dédié à l’agriculture « intelligente » extérieure, qui utilise l’internet des objets et les drones.L’industrie de la construction profiterait également du développement des fermes verticales par la mise en place d’infrastructures à grande échelle pour fournir les centres urbains.

Les auteurs présentent également quatre voies de recherches nécessaires. Premièrement, une quantification précise des aspects économiques de l’agriculture verticale comparée à l’agriculture traditionnelle, en incluant une analyse sur l’ensemble du cycle de vie. Ensuite, l’étude des dérivés de l’agriculture verticale, tel que sur un seul étage, sur les toits et en sous-sol.Puis, une exploration approfondie des conceptions superposées pivotantes selon le soleil.Finalement, l’identification des opportunités d’emplois créés par l’agriculture verticale (technologie, surveillance, maintenance, service client et recherche et développement).

Enfin, à la vue de ce qui précède, les auteurs suggèrent deux politiques à adopter par le gouvernement : augmenter le financement de l’optimisation des cultivars par la génétique végétale et développer une stratégie d’adaptation aux changements pour la transition des secteurs affectés de l’agriculture en plein champ.

Source

Benke, K. et Tomkins, B. (2017). Future food-production systems: vertical farming and controlled-environment agriculture. Sustainability: Science, Practice and Policy, DOI: 10.1080/15487733.2017.1394054

Notes

[1] Certains aspects de l’étude concernent spécifiquement la situation de Melbourne, en Australie. Le contexte québécois peut être différent, notamment en matière de coût des terrains en ville et en campagne ainsi qu’en ce qui concerne les coûts d’exploitations (chauffage en hiver, coûts de l’énergie, etc.).

[2] Cohen, A. et E. Duchemin. (2021). Portrait filière : états des lieux de la production maraîchage urbaine en intérieur au Québec, Canada et dans le monde. Carrefour de recherche, d’expertise et de transfert en agriculture urbaine/ Laboratoire sur l’agriculture urbaine. 32 p.

[3] Pour plus de détails sur cette question voir : Cohen, A., et E. Duchemin. (2021). Fiche économique : production maraîchage urbaine en intérieur dans une structure bâtie. Carrefour de recherche, d’expertise et de transfert en agriculture urbaine/ Laboratoire sur l’agriculture urbaine. 26 p



Citer ce billet
Olivier Chabal-Dragon (2021, 8 décembre). Fermes verticales et agriculture en environnement contrôlé : apports, défis et recherches essentielles. AgriUrbain. Consulté le 14 juin 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/auio

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