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L’agriculture en environnement contrôlé (AEC), qu’elle soit sous serre ou en milieu intérieur, promet d’importants bénéfices tels qu’un besoin en eau ou une utilisation de pesticide considérablement réduits. Si cette agriculture hors sol était pratiquée à grande échelle en milieu urbain, elle permettrait de réduire la pression exercée sur les terres arables et de ce fait contribuer à la préservation des habitats naturels et la biodiversité.Le World Wildlife Fund (WWF) a publié en mai 2020 une étude dans le cadre de son programme de recherche étudiant les tendances au niveau de la réduction de l’empreinte écologique du secteur agricole et désirant accompagner celui-ci dans la réduction de son impact écologique. L'étude Examining the industry and impacts of controlled environment agriculture (Phase 1) s'intègre dans un axe Indoor Soilless farming de ce programme de recherche.Le rapport se base sur une étude régionale dans la région de St Louis (Missouri, États-Unis). Il comprend une étude du secteur de l’AEC, une analyse de son impact environnemental et des avancées technologiques qui pourraient le réduire, ainsi qu’une étude du marché des produits issus de l’AEC. La ville de St Louis a été sélectionnée parce qu’elle dispose d’infrastructures sous-utilisées telles que des sous-sols et d’un contexte intéressant pour le développement de fermes ou d’un réseau de fermes d’intérieur.Impact environnemental de l’agriculture en environnement contrôlé : analyse de cycle de vie favorable au maraîchage extérieurLa modélisation effectuée montre que le système conventionnel a le plus faible impact environnemental, suivi du modèle hydroponique en serre et du modèle hydroponique vertical[1]. Selon les résultats, l’agriculture conventionnelle a le plus faible impact sur les changements climatiques, notamment parce qu’elle utilise moins d’électricité. En outre, l’électricité produite en Californie, génère moins de gaz à effet de serre que celle qui alimente la ville de St Louis.Les systèmes AEC ont tous un impact plus élevé sur la santé humaine et sur les écosystèmes que le système conventionnel. Les facteurs qui influencent le plus ce résultat sont la consommation en électricité pour l’éclairage et le mix énergétique de la région de St Louis. Les auteurs ont donc modélisé un scénario futur dans lequel l’efficacité énergétique des éclairages LED en système vertical serait augmentée pour réduire la consommation d’énergie de 20%. Toutefois, cette variable ne permet pas de réduire l’impact des modèles verticaux en dessous des modèles en serre.Les systèmes aquaponiques ont un impact supérieur sur la superficie d’occupation du sol par rapport aux autres systèmes en raison de l’apport d’alevins pour l’élevage. Les systèmes hydroponiques ont la plus faible consommation d’eau, devant les deux systèmes aquaponiques, alors que le système conventionnel a la plus grande consommation d’eau. Ainsi, le système hydroponique en serre est celui qui requiert le moins de superficies d’occupation du sol et le moins d’eau.Avec des sources d’énergie renouvelable : une analyse de cycle de vie favorable à l’agriculture en environnement contrôléLes auteurs indiquent que si l’agriculture conventionnelle a aujourd’hui un moindre impact sur l’environnement (en comparaison avec les systèmes de culture intérieure), il est important de noter que la production de légumes en Californie est vulnérable aux changements climatiques. Les systèmes de production AEC ne sont pas à rejeter, car ils peuvent protéger la production alimentaire d’évènements climatiques extrêmes. Une dernière modélisation, comparant l’impact des cinq systèmes de production en utilisant une source d’énergie verte, montre des résultats prometteurs. En outre, lorsque des panneaux photovoltaïques sont utilisés comme source d’électricité, l’hydroponie en serre et l’hydroponie verticale ont moins d’impact sur l’environnement que l’agriculture conventionnelle. Cette conclusion est particulièrement pertinente pour le Québec, considérant que presque l’entièreté de son portefeuille énergétique est composée d’énergie renouvelable. Alors que dire lorsque les systèmes de production utilisent de l’énergie résiduelle issue de rejet industriel ou encore de bâtiment.Avancées technologiques pour réduire l’empreinte écologique de l’AECLes auteurs de ce rapport de la WWF font aussi une liste d’avancées technologiques qui permettraient de réduire les coûts d’opération et diminuer l’impact environnemental de l’AEC dans le futur.Éclairage : Les avancées technologies sur les lumières LED ont permis de réduire les excès de chaleur dans les cultures en intérieur ainsi que les coûts en électricité jusqu’alors prohibitifs. L’efficacité des lumières LED a augmenté de 40% dans les cinq dernières années et certains experts ont déterminé qu’elle pourrait augmenter de manière exponentielle. L’efficacité actuelle est de 28%, alors qu’elle devrait atteindre entre 50% et 60% pour combler les besoins d’une diversité de cultures. Certaines expériences ont déjà produit des lumières LED d’une efficacité de 68%. Un autre type d’innovation pour l’éclairage inclut la récupération de chaleur couplée à des lumières LED.Fibres optiques : Bien que la technologie des fibres optiques soit encore peu explorée pour l’agriculture en intérieur, elle pourrait apporter des économies d’énergie dans le futur lorsque combinée à des lumières LED. Pour le moment, cette technologie qui permet d’acheminer la lumière naturelle extérieure vers une ferme d’intérieur est encore trop dispendieuse pour un usage commercial.Intelligence artificielle (IA) et apprentissage automatique : L’IA et l’apprentissage automatique sont des technologies utilisées en agriculture pour optimiser les conditions de culture dans le but d’établir de meilleurs rendements. En particulier, le Japan Research Institute travaille sur cette technologie encore dispendieuse et non prouvée pour augmenter la productivité des fermes d’intérieur du Japon qui sont encore majoritairement non rentables.Amélioration des plantes : Bien que ce soit un secteur encore nouveau, quelques semenciers commencent à développer des variétés optimisées pour l’AEC, et en particulier pour la culture sous lumière LED. Un certain nombre de partenariats internationaux se mettent en place entre les secteurs publics et privés.Énergie renouvelable : De nombreuses fermes expérimentent avec l’utilisation d’énergie renouvelable (panneaux photovoltaïques ou éoliennes). À l’heure actuelle, il est estimé que cinq acres de panneaux photovoltaïques seraient nécessaires pour alimenter une acre de culture d’intérieur. De plus, des systèmes thermiques sont étudiés pour permettre de récupérer la chaleur excédentaire et les échappements des systèmes de réfrigération d’entrepôts.Colocatisation, cogénération et systèmes symbiotiques : Très peu de fermes ont pu jusqu’à présent s’intégrer à des infrastructures urbaines sous-utilisées. Toutefois, cette opportunité commence à être explorée pour aider l’AEC à réduire ses coûts énergétiques. Notamment, des systèmes d’échange énergétique peuvent être considérés entre des serres équipées de cogénérateurs vers les réseaux électriques, ou entre cogénérateurs indépendants vers les serres. Cette opportunité s’applique moins aux productions en intérieur qui sont souvent excédentaires en chaleur à l’inverse des serres. La capture de dioxyde de carbone peut également s’inscrire dans cette démarche symbiotique.Culture en sous-sol : La culture d’intérieur peut bénéficier d’une installation en sous-sol, là où les températures sont naturellement plus fraiches. Ces installations pourraient consommer moins d’énergie dans des lieux urbains sous-utilisés ou d’anciennes caves.Déchet et recyclage : Plusieurs types de déchets de l’AEC font l’objet de recherche. C’est le cas du recyclage des eaux riches en nutriments ou celui de la biomasse non comestible comme les tiges et les racines. Le recyclage peut se faire par l’utilisation de biodigesteurs qui pourrait générer de l’énergie. Pour le moment cette technologique est coûteuse et inefficiente, mais de nombreux projets de recherche sont en cours pour améliorer ses résultats.Ces nombreuses innovations ne sont qu’une fraction des technologies étudiées aujourd’hui qui pourrait rendre l’AEC plus performante et plus intégrée dans le maillage des villes. En 2020, la WWF conduira un groupe de travail pour développer un projet pilote basé sur les conclusions de cette première étude.Note [1] Par une analyse de cycle de vie, l’étude compare l’impact environnemental de l’agriculture conventionnelle en sol avec celui de quatre systèmes de production en environnement contrôlé (hydroponie en serre, aquaponie en serre, hydroponie verticale en intérieur et aquaponie verticale en intérieur). La comparaison se base, pour chaque système de production, sur une unité fonctionnelle de production représentée par un kilo de laitues produites, emballées et transportées vers un supermarché. Le modèle d’agriculture conventionnelle considère que les laitues sont transportées depuis Monterey County en Californie, alors que les laitues des systèmes AEC sont considérées comme produites à St Louis et mises en marché localement.L’évaluation exclut les composantes du cycle de vie étant universelles à tous les systèmes analysés (en amont : infrastructures, équipements, graines/semis; en aval : consommation et déchets post-consommation). Étant donné que les systèmes aquaponiques de l’étude cumulent l’impact environnemental inséparable de deux produits (laitue et tilapia), un ratio de 75% a été attribué à la laitue en se basant sur la valeur économique comparée des deux productions.L’évaluation du cycle de vie se base sur la littérature pour considérer l’apport de nutriments idéal pour chaque système de production, la superficie d’occupation du sol, la consommation énergétique, la consommation d’eau, l’utilisation de pesticides, l’alimentation des tilapias (pour le système aquaponique), les rejets dans l’atmosphère et dans l’eau, les pertes alimentaires, les emballages et le transport (incluant le retour à vide des camions).Par la suite, l’étude a quantifié, pour les différents systèmes, la contribution au changement climatique, l’occupation du sol et l’utilisation d’eau. Les résultats sont ensuite convertis en scores comparables (en milipoints) pour une unité fonctionnelle (1 kg de laitues) sur un an et à travers six thèmes : la santé humaine, les écosystèmes, les ressources, la demande cumulative d’énergie, le changement climatique et l’utilisation de l’eau.SourceWorld Wildlife Fund. (2020). Indoor soilless farming: Phase I: Examining the industry and impacts of controlled environment agriculture.  