L’agrivoltaïsme dans le Pima County : un levier pour la transition énergétique ?

Auteurs : Laetitia BALARESQUE et Gabriela de CARVALHO BEZERRA

L’agrivoltaïsme à Biosphère 2

À l’occasion de la visite d’une délégation du CNRS à Tucson début mars, nous avons pu explorer le site de Biosphère 2 de l’Université d’Arizona créé en 2011, où différents écosystèmes ont été recréés artificiellement pour mener des expérimentations scientifiques, dans le désert de Sonora. Chercheur et Professeur à l’université d’Arizona, membre du programme Energon, Greg Barron-Gafford y travaille sur l’agrivoltaïsme.

Des chercheurs y expérimentent également sur la production solaire à concentration (Photo 2). 

L’agrivoltaïsme, mot-valise issu de la fusion d’« agriculture » et de « photovoltaïque », renvoie à une pratique consistant à couvrir certaines productions agricoles de panneaux photovoltaïques. Ces panneaux ont à la fois un rôle protecteur des cultures contre les intempéries et l’exposition au soleil, afin de maximiser le rendement des cultures, et de production d’énergie renouvelable. Il s’agit d’optimisant au mieux l’espace en évitant l’artificialisation de terres arables pour installer des centrales photovoltaïques, généralement très consommatrices d’espace. 

Pourquoi en Arizona ?

L’Arizona, situé dans le sud-ouest des États-Unis, est considéré comme un territoire idéal pour la mise en œuvre des énergies renouvelables en raison de son ensoleillement important toute l’année. Dans les parties Sud et Ouest de l’État, l’irradiation solaire permet de produire plus de 6 kWh/m² par jour. L’environnement du Pima County est semi-aride et se caractérise par des températures atmosphériques supérieures à 40 C°, et des températures à la surface du sol dépassant les 45 C° en été, avec des précipitations moyennes annuelles inférieures à 30 cm. Ces dernières années, ces conditions se sont intensifiées en raison du réchauffement climatique. L’environnement n’est donc optimal ni pour l’agriculture, ni pour la production d’énergie solaire, puisque l’efficacité des panneaux décroît avec l’augmentation des températures.

En rejetant pendant la nuit la chaleur stockée sous forme de chaleur sensible pendant la journée, les centrales photovoltaïques créent également un effet d’îlot de chaleur (Photovoltaic heat-island effect) à grande échelle, nuisant aux écosystèmes et à la santé humaine. Greg Barron-Gafford et son équipe de chercheurs ont montré que les températures nocturnes autour des centrales photovoltaïques étaient de 3 à 4 C° plus élevées que dans les zones sauvages (Barron-Gafford, 2016).

L’agrivoltaïsme permet de fournir de l’ombre aux cultures, en augmentant ainsi leurs rendements, tout en réduisant l’évapotranspiration, ce qui permet de réduire les besoins en eau. En retour, les cultures refroidissent aussi les panneaux, ce qui accroît leur efficacité et leur longévité, qui atteint environ 25 ans dans ces conditions.

Les limites du développement de l’agrivoltaïsme

Pour l’instant, le développement de l’agrivoltaïsme semble se restreindre à quelques initiatives isolées, comme par exemple dans un bâtiment de l’Université d’Arizona (Photo 3), et fait face à de nombreux défis, tels que les conflits autour de l’usage des terres, ou encore l’acceptation sociale des panneaux. Il est également étroitement lié aux stratégies commerciales des fournisseurs de services essentiels (utilities). De plus, les réglementations assez strictes de l’usage des terres agricoles ne permettent pas non plus la production simultanée de cultures et d’électricité. L’installation des panneaux représente également un coût important, or leur rentabilité n’est pas immédiate et le retour sur investissement peut prendre plusieurs années. En outre, ces installations gênent le passage des engins agricoles, et il est donc compliqué d’étendre le dispositif sur de très grandes surfaces. Enfin, un aspect essentiel doit être considéré, étant donné la prééminence du secteur privé aux États-Unis : le déploiement de l’agrivoltaïsme dépend de la volonté et du soutien des fournisseurs d’énergie. Dans le Pima County, ces acteurs laissent peu de place à l’expérimentation, et ne permettent pas aux chercheurs scientifiques d’accéder facilement aux installations photovoltaïques, et de réaliser des mesures (changements de température,  production d’électricité…). Greg Barron-Gafford a été contraint de mener ses observations dans un comté voisin, le Pinal County, ainsi que dans d’autres États, comme le Colorado, de même qu’à l’étranger.

Bibliographie

Barron-Gafford Greg A., Rebecca L. Minor, Nathan A. Allen, Alex D. Cronin, Adria E. Brooks et Mitchell A. Pavao-Zuckerman, « The Photovoltaic Heat Island Effect: Larger solar power plants increase local temperatures », Scientific Reports, vol. 6, n^o 1, Nature Publishing Group, 2016.

Barron-Gafford Greg A., Mitchell A. Pavao-Zuckerman, Rebecca L. Minor, Leland F. Sutter, Isaiah Barnett-Moreno, Daniel T. Blackett, Moses Thompson, Kirk Dimond, Andrea K. Gerlak, Gary P. Nabhan et Jordan E. Macknick, « Agrivoltaics provide mutual benefits across the food–energy–water nexus in drylands », Nature Sustainability, vol. 2, n^o 9, Nature Publishing Group, 2019, pp. 848-855.

Pascaris Alexis S., Chelsea Schelly, Laurie Burnham et Joshua M. Pearce, « Integrating solar energy with agriculture: Industry perspectives on the market, community, and socio-political dimensions of agrivoltaics », Energy Research and Social Science, vol. 75, 2021.

Pasqualetti Martin J. et Susan Haag, « A solar economy in the American Southwest: Critical next steps », Energy Policy, vol. 39, n^o 2, coll. « Special Section on Offshore wind power planning, economics and environment », 2011, pp. 887-893.

Simon Matt, « Growing Crops Under Solar Panels? Now There’s a Bright Idea », Wired, rubrique « tags », 2021 (en ligne : https://www.wired.com/story/growing-crops-under-solar-panels-now-theres-a-bright-idea/ ; consulté le 17 mars 2022).

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