Les fermes verticales avec leurs hors-sol, les environnements contrôlés par ordinateur peuvent ressembler à de la science-fiction. Mais il y a de plus en plus de raisons environnementales et économiques pour eux, selon de nouvelles recherches exposant des manières radicales de mettre de la nourriture dans nos assiettes.

L'étude interdisciplinaire alliant biologie et ingénierie pose des étapes pour accélérer la croissance de cette branche de l'agriculture de précision, y compris l'utilisation de l'aéroponie qui utilise des aérosols enrichis en nutriments à la place du sol.

Réalisé par le Centre John Innes, l'Université de Bristol et le fournisseur de technologie aéroponique LettUs Grow, l'étude identifie les futurs domaines de recherche nécessaires pour accélérer la croissance durable de l'agriculture verticale utilisant des systèmes aéroponiques.

Dr Antony Dodd, un chef de groupe au John Innes Center et auteur principal de l'étude, dit : « En apportant des connaissances biologiques fondamentales dans le contexte de la physique des plantes en croissance dans un aérosol, nous pouvons aider l'entreprise agricole verticale à devenir plus productive plus rapidement, tout en produisant des aliments plus sains avec moins d'impact environnemental."

Jack Farmer, Directeur scientifique de LettUs Grow et l'un des auteurs de l'étude, ajoute :« Le changement climatique ne fera qu'augmenter la demande pour cette technologie. Les changements prévus dans les conditions météorologiques régionales et la disponibilité de l'eau sont susceptibles d'avoir un impact sur la productivité agricole bientôt. L'agriculture verticale offre la possibilité de cultiver des cultures nutritives à haute valeur ajoutée d'une manière résistante au climat. toute l'année, prouvant une source de revenus fiable pour les producteurs. »

L'agriculture verticale est un type d'agriculture d'intérieur où les cultures sont cultivées dans des systèmes empilés avec de l'eau, éclairage et sources de nutriments soigneusement contrôlés.

Il fait partie d'un secteur en croissance rapide soutenu par l'intelligence artificielle dans lequel les machines apprennent à gérer les tâches horticoles quotidiennes. L'industrie devrait croître de 21 % par an d'ici 2025 selon une prévision commerciale (Grand View Research, 2019).

Les avantages verts comprennent une meilleure utilisation de l'espace, car les fermes verticales peuvent être implantées dans des zones urbaines, moins de kilomètres de nourriture, isolement des agents pathogènes, réduction de la dégradation des sols et de la récupération et du recyclage des éléments nutritifs et de l'eau.

Les fermes verticales permettent également la cohérence des produits, stabilisation des prix, et la culture à des latitudes incompatibles avec certaines cultures comme le désert ou l'arctique.

« Les systèmes verticaux nous permettent d'étendre la plage de latitude sur laquelle les cultures peuvent être cultivées sur la planète, des déserts de Dubaï aux journées d'hiver de 4 heures en Islande. En réalité, si vous faisiez pousser des cultures sur Mars, vous auriez besoin d'utiliser ce genre de technologie car il n'y a pas de sol, " dit le Dr Dodd.

L'étude, qui paraît dans le journal Nouveau phytologue , présente sept étapes – des domaines stratégiques de recherche future nécessaires pour étayer l'augmentation de la productivité et la durabilité des fermes verticales aéroponiques.

Ceux-ci cherchent à comprendre :

Pourquoi la culture aéroponique peut être plus productive que la culture hydroponique ou en sol.

La relation entre la culture aéroponique et les rythmes circadiens de 24 heures des plantes.

Développement racinaire d'une gamme de cultures en conditions aéroponiques.

La relation entre la taille et le dépôt des gouttelettes d'aérosol et la performance de la plante.

Comment pouvons-nous établir des cadres pour comparer les technologies agricoles verticales pour une gamme de cultures.

Comment les méthodes aéroponiques affectent les interactions microbiennes avec les racines des plantes.

La nature du recyclage des exsudats racinaires (liquides sécrétés par les racines des plantes) au sein des solutions nutritives des systèmes aéroponiques fermés.

Le rapport soutient qu'un moteur de l'innovation technologique dans les fermes verticales est de minimiser les coûts d'exploitation tout en maximisant la productivité et que l'investissement dans la recherche biologique fondamentale a un rôle important.

Le domaine de recherche du Dr Dodd couvre les rythmes circadiens, des horloges biologiques qui alignent la physiologie végétale et les processus moléculaires sur le cycle quotidien de la lumière et de l'obscurité. Il a récemment terminé une bourse d'un an de la Royal Society Industry Fellowship avec LettUs Grow.

Cela impliquait de combiner l'expertise du Dr Dodd dans les rythmes circadiens et la physiologie des plantes avec le travail de l'équipe de biologistes et d'ingénieurs de LettUs Grow pour concevoir des régimes de culture aéroponiques optimaux. Il s'agit d'un domaine d'investigation clé, car ces minuteries moléculaires internes fonctionneront différemment dans les fermes verticales.

Les plates-formes aéroponiques sont souvent utilisées pour cultiver des cultures à haute valeur ajoutée telles que des salades, pak-choï, herbes, petites cultures de brassicacées, pousses de pois et pousses de haricot. LettUs Grow travaille également sur des schémas de croissance pour les cultures fructifères et enracinées telles que les fraises et les carottes, ainsi que la propagation aéroponique des arbres pour les fruits et la foresterie.

Les chercheurs du John Innes Center ont sélectionné une lignée de brocoli adaptée pour pousser à l'intérieur pour un grand supermarché et l'un des objectifs de la recherche sera de tester comment nous pouvons ajuster génétiquement plus de cultures pour pousser dans l'espace contrôlé des fermes verticales.

Bethany Eldridge, un chercheur de l'Université de Bristol étudiant les interactions racines-environnement et premier auteur de l'étude ajoute :« Étant donné que 80 % des terres agricoles dans le monde auraient une érosion modérée ou sévère, la capacité de faire pousser des cultures dans un système sans sol avec un minimum d'engrais et de pesticides est avantageuse car elle offre la possibilité de faire pousser des cultures dans des zones confrontées à l'érosion des sols ou à d'autres problèmes environnementaux tels que les proliférations d'algues dans les plans d'eau locaux qui peuvent avoir été entraînés par des cultures traditionnelles, à base de sol, agriculture."

Lilly Manzoni, Le responsable de la recherche et du développement chez LettUs Grow et l'un des auteurs de l'étude ont déclaré :"Cet article est unique car il est plus large qu'un article de recherche sur les plantes typique, il associe l'expertise d'ingénieurs, scientifiques des aérosols, biologistes végétaux et horticulteurs. Ce qui est merveilleux avec l'agriculture en environnement contrôlé et l'aéroponie, c'est qu'elle est vraiment interdisciplinaire"