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La révolution des fermes verticales

Propres, rationnelles et écologiques, les nouvelles exploitations verticales permettront de cultiver des fruits et des légumes sans soleil et à moindre coût. Explications.

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Des géants de l’électronique comme Toshiba ou Fujitsu qui transforment des salles stériles en usines à salade? La reconversion semble improbable. Elle est pourtant bien réelle. Là où ces entreprises fabriquaient autrefois des puces en silicium, des ingénieurs en combinaison blanche cultivent désormais des légumes dans des rangées de bacs hydroponiques s’élevant jusqu’au plafond. Pour ajouter au mystère, le tout baigne dans une étrange lumière rosâtre.

Bienvenue dans le monde de l’«agriculture verticale». Selon ses partisans, ce nouveau modèle d’horticulture, peu énergivore et à faible émission de CO2, pourrait améliorer la sécurité alimentaire pour une population mondiale qui devrait atteindre 9 milliards en 2050. La méthode consiste à cultiver des fruits et légumes dans des immeubles en zone urbaine et ce, quelle que soit la saison. Comme tout se passe à l’intérieur, les nuisibles habituels ne peuvent accéder aux cultures. Par conséquent, pesticides et OGM deviennent inutiles.

Le principe consiste à reproduire, grâce à des LEDs à basse consommation, les longueurs d’onde rouge et bleue de la lumière solaire, essentielles à la croissance des plantes. C’est ce qui confère aux fermes verticales leur singulière lueur rose. Des logiciels permettent de gérer l’irrigation, la qualité de l’air, la température ou encore la nutrition des plantes. En reproduisant ce modèle sur tous les étages d’un immeuble ou d’une usine abandonnée, on obtient une ferme verticale qui peut, en principe, fonctionner dans n’importe quel environnement urbain.

Traditionnellement, les fruits et les légumes sont cultivés dans des champs ou sous serre dans des zones rurales, où l’immobilier est bon marché et où le soleil permet d’optimiser la photosynthèse, si toutefois la météo le permet. Mais l’agriculture rurale nécessite que les récoltes soient acheminées par camions, un mode de transport polluant, vers la ville, souvent située à des centaines de kilomètres des champs.

Toujours plus de citadins

Ce modèle traditionnel finira par atteindre ses limites. En effet, selon les chiffres des Nations Unies, la population mondiale, en augmentation, vivra de plus en plus dans les villes. En 2014, la moitié de celle-ci résidait déjà en zone urbaine, contre 30% en 1950. En 2050, cette proportion grimpera à 66%, et atteindra même 86% dans certains pays.

«Cela signifie que les méthodes actuelles de production agricole ne peuvent plus continuer», explique Dickson Despommier, de l’Université Columbia à New York. Cet écologiste a inventé l’agriculture verticale en 1999 au cours d’une séance de réflexion avec
ses étudiants.

«Mes étudiants ont voulu calculer combien de personnes ils pourraient nourrir en cultivant la surface des toits de la ville de New York», se rappelle Dickson Despommier. Les résultats étaient décevants. «En réalisant que cela ne nourrirait que 2% de Manhattan, il y a eu une certaine déception. Même avec les meilleures intentions, les contraintes étaient telles qu’ils ont eu l’impression d’avoir échoué. C’est en imaginant la possibilité de transposer leur idée à l’intérieur des immeubles, sur plusieurs étages, que nous avons réalisé qu’il était alors possible de nourrir 12% de Manhattan.»

Cette idée est née lors du dernier jour de cours et le groupe s’est dispersé. Néanmoins, Dickson Despommier a continué à développer le concept et a publié un livre intitulé Vertical Farm: Feeding The World In The 21st Century («L’agriculture verticale: comment nourrir le monde au XXIe siècle») en 2010. Depuis, il parcourt le monde pour défendre son projet auprès d’investisseurs et d’entrepreneurs.

Des usines ultra-propres

La méthode est déjà appliquée, aux Etats-Unis comme en Europe, en Inde ou encore au Japon. «Le Japon compte des centaines de fermes verticales, qu’ils appellent aussi ’usines à plantes’», confie Dickson Despommier. Certaines sont des filiales de conglomérats de l’électronique, pour qui la gestion d’une ferme verticale, dans un environnement contrôlé et dénué de pathogènes, est semblable à celle d’une usine automatisée ultra-propre produisant des puces électroniques ou des ordinateurs.

Toshiba, fabricant d’ordinateurs et de télévisions, a ainsi transformé la salle stérile d’une ancienne usine de disquettes à
Yokosuka, près de Tokyo, en une ferme verticale de 2ʼ000 m² produisant choux, épinards et laitues. A Aizu Wakamatsu, dans la préfecture de Fukushima, Fujitsu, fabricant d’ordinateurs et de téléphones, a fait de même, produisant 3ʼ500 laitues par jour sur 2ʼ000 m². Fujitsu utilise également des services de cloud pour transmettre des données en temps réel aux équipes de la ferme verticale, qui peuvent ainsi diagnostiquer les problèmes à distance grâce à des applications portables.

Ces résultats sont prometteurs, mais le réel potentiel de l’agriculture verticale est à chercher du côté d’une société appelée Mirai Co à Miyagi, au Japon, qui a racheté une ancienne usine de puces électroniques de Sony. En étroite collaboration avec le fabricant américain de LED General Electric, Mirai a construit 18 bacs hydroponiques. Très longs et comportant chacun 15 niveaux, ces bacs sont éclairés par 17’500 LEDs et permettent de produire 10’000 laitues par jour, battant Fujitsu à plate couture.

L’effet Fukushima

Selon Dickson Despommier, si le Japon est précurseur en la matière, c’est à cause de la demande croissante de fruits et légumes non contaminés suite à la catastrophe nucléaire de la centrale de Fukushima, provoquée par le tsunami du 11 mars 2011. Depuis cette tragédie, les gens craignent la présence de particules radioactives dans la nourriture cultivée en extérieur.

D’autres acteurs s’impliquent à Singapour, comme par exemple une ferme appelée SkyGreens, une serre de huit étages contrôlée électroniquement dans laquelle sont produits épinards et laitues en utilisant la lumière solaire plutôt que des LEDs. Le Japonais Panasonic y a également démarré sa première ferme verticale à LEDs, qui fournit une chaîne de grands restaurants en herbes, moutarde, radis et laitue rouge.

Aux Etats-Unis, l’agriculture verticale est également en ébullition. Green Sense Farms, à Portage, dans l’Indiana, possède la plus grande exploitation à ce jour. Mais avec l’arrivée des LEDs à basse consommation, Green Spirit Farms à New Buffalo, dans le Michigan, croît rapidement – l’entreprise construit dans l’Ohio et la Virginie-Occidentale. Récemment, Dickson Despommier a célébré, en compagnie de Milan Kluko, le fondateur de Green Spirit Farms, et de ses collègues, leur première «fête de la récolte hivernale», un événement propre à l’agriculture verticale.

Le défi de l’intégration

Pour que de telles initiatives se multiplient dans le monde entier, il faut développer des LEDs toujours moins chères et affichant un meilleur rendement énergétique. Celui-ci est actuellement d’environ 28%, mais peut grimper jusqu’à 68% pour des prototypes. Les autres technologies indispensables à l’agriculture verticale – climatisation, hydroponie, humidificateurs, mesures de stérilité, ainsi que les ordinateurs qui contrôlent le processus – sont déjà relativement perfectionnées. Toutefois, leur utilisation dans le cadre de cette nouvelle méthode reste un défi.

Les propriétaires de fermes verticales espèrent également que leurs systèmes fermés empêcheront l’intrusion de nuisibles et de maladies, à condition que le personnel applique des protocoles stricts de biosécurité, comme changer de vêtements et de chaussures afin de ne pas apporter de pathogènes dans la ferme. Un jour, des LEDs ultraviolettes pourraient également servir à supprimer des bactéries telles que l’Escherichia coli, qui se transmet aux cultures via des mains mal lavées.

Mais ces problèmes ne devraient pas inquiéter bien longtemps les grandes fermes verticales. Contrairement aux petites infrastructures, elles seront probablement entièrement automatisées dans le futur, à l’instar des entrepôts d’Amazon.com, à cela près que les robots cueilleront des légumes plutôt que des DVD ou des livres. «Les employés ne pourront jamais accéder à des cultures sur dix niveaux, explique Martin McPherson, le directeur scientifique du Stockbridge Technology Centre, au Royaume-Uni. L’automatisation sera indispensable.»

Pour Dickson Despommier, la montée fulgurante de l’agriculture verticale au Japon représente une victoire contre ses détracteurs. Son concept lui a en effet valu beaucoup de critiques et a même été qualifié de «folie des hauteurs». «Les opposants n’ont pas vu le long terme, affirme le chercheur. Ils n’étaient pas ouverts aux progrès technologiques, tels que l’amélioration du rendement des LEDs. Les ingénieurs sont capables de trouver une solution à n’importe quel problème.»
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ENCADRE

Les promesses des LEDs froides

Reproduire des conditions propices à la photosynthèse, à l’intérieur et à moindre coût: voilà le défi de l’agriculture verticale. Différentes technologies sont testées dans la ferme de 200 m² du Stockbridge Technology Centre (STC). Selon Martin McPherson, directeur scientifique de ce laboratoire de recherche appliquée près de Leeds, au Royaume-Uni, «les LEDs sont la clé. Avant leur développement il y a cinq ans, on ne savait pas décomposer la lumière solaire en longueurs d’onde individuelles.» De plus, explique-t-il, contrairement aux lampes fluorescentes ou au sodium, les LEDs ne chauffent pas. C’est cela qui permet la verticalité des fermes. «Les LEDs sont assez froides pour permettre d’empiler les cultures.»

Les LEDs utilisées dans l’agriculture verticale sont des variantes des LEDs semi-conductrices qui remplacent progressivement les lampes à incandescence et fluorescentes dans les habitations. Néanmoins, en ajustant les composants chimiques et les couches géométriques des LEDs, on peut produire une lumière de n’importe quelle longueur d’onde. Le minimum requis pour la photosynthèse est la combinaison de lumière bleue (450 nm) et rouge (670 nm), les deux extrémités du spectre visible.

Les serres conventionnelles sont encore équipées de lampes au sodium à haute pression, qui ont un rendement bas et sont très énergivores. De plus, leur lumière jaune n’est pas adaptée à la croissance des plantes. «Il est plus simple de produire les longueurs d’onde adéquates grâce à des LEDs», explique Udo van Slooten, expert en agriculture verticale chez Philips LED Horticulture Solutions à Eindhoven, aux Pays-Bas
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Une version de cet article est parue dans le magazine Technologist (no 5).

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