Vers des systèmes agrivoltaïques conciliant production agricole et production d’électricité

Les énergies renouvelables constituent un des piliers de la lutte contre le réchauffement climatique. Le marché du photovoltaïque connaît un fort taux de croissance, mais l’implantation des centrales est soumise à des contraintes environnementales, leur implantation étant limitée à des zones non arables ou bien en intégrant une mixité des usages.

C’est pour répondre à l’enjeu de ces conflits d’usage des sols qu’est né le projet de recherche Sun’Agri. Initié en 2009 par un partenariat entre INRAE et la société Sun‘R, ce projet  vise à développer des systèmes agrivoltaïques, qui combinent production agricole et production d’électricité en simultané sur une même parcelle.

De la preuve du concept à la conception de systèmes agrivoltaïques dynamiques

Les systèmes agrivoltaïques s’inspirent du principe des cultures étagées et de l’agroforesterie, où plusieurs espèces sont cultivées sur différents niveaux, créant ainsi une synergie entre elles. L’étage du haut est ici constitué de panneaux photovoltaïques.

Une première étape du projet, associant Sun’R et l’Inra, a permis d’évaluer la faisabilité de ce système sur un dispositif expérimental associant panneaux photovoltaïques fixes et différentes cultures. Les travaux ont démontré qu’il était possible, sous certaines conditions de culture et d’espacement de panneaux, de maintenir des rendements agricoles comparables à ceux des cultures en plein champ, et ce malgré une réduction du rayonnement disponible pour les plantes. Ces travaux ont aussi permis d’objectiver les limites d’un dispositif d’ombrage fixe.

S’appuyant sur ces résultats, une nouvelle étape du projet a vu le jour. Elle a permis de développer un système agrivoltaïque dynamique, avec des panneaux mobiles permettant de moduler l’ombre portée au niveau de la culture.
La conception de ce système a nécessité la définition de solutions techniques innovantes à différents niveaux, et par conséquent a mobilisé de nouveaux partenaires : Optimum Tracker, Photowatt et le CEA pour la conception des modules photovoltaïques, Irstea pour traiter les aspects eau et irrigation.
Dans cette deuxième étape du projet, les chercheurs de l’Inra se sont mobilisés sur la dimension écophysiologique du système. En effet, le pilotage de l’ombrage et la définition d’algorithmes adaptés pour le contrôle de l’orientation des panneaux posent des questions nouvelles. La plupart des connaissances détaillées sur les modifications entraînées par des ombrages sur les plantes ont été acquises dans le cas d’ombrages fixes et continus ou sous l’effet de pics de rayonnement de courte durée tels que ceux observés dans les sous-bois.
Les travaux ont porté sur les réponses d’une culture annuelle aux modifications microclimatiques générées par la présence des panneaux mobiles à l’aide d’un dispositif expérimental sur trois saisons. Cela a permis de modéliser l’impact de l’orientation des panneaux sur la biomasse produite et d’optimiser le pilotage des panneaux en fonction des scénarios climatiques et des objectifs de production.

Un dispositif à déployer en phase préindustrielle

A l’issue de cette deuxième étape, le projet Sun’Agri se prolonge aujourd’hui grâce au financement  investissements d’avenir (PIA3). Il s’agit maintenant d’évaluer la faisabilité, à grande échelle et en conditions réelles, des effets de l’agrivoltaïsme dynamique sur différentes productions à haute valeur ajoutée (grandes cultures, maraichage, arboriculture, viticulture). Des sites expérimentaux et des démonstrateurs vont être mis en place en situation d’exploitation réelle pour aboutir à une phase de commercialisation de ces systèmes agrivoltaïques, dont la maturité est envisagée en 2022.