Le renforcement de la résilience dans les énergies renouvelables et la production alimentaire est un défi fondamental dans le monde en mutation d'aujourd'hui, surtout dans les régions sensibles à la chaleur et à la sécheresse. Agrivoltaïque, la co-implantation de l'agriculture et des panneaux solaires photovoltaïques, propose une solution possible, avec une nouvelle recherche dirigée par l'Université de l'Arizona faisant état d'impacts positifs sur la production alimentaire, les économies d'eau et l'efficacité de la production d'électricité.

Agrivoltaïque, également connu sous le nom de partage solaire, est une idée qui a fait son chemin ces dernières années; cependant, peu d'études ont suivi tous les aspects de l'aliment associé, systèmes d'énergie et d'eau, et aucun ne s'est concentré sur les zones arides - des régions qui connaissent des problèmes de production alimentaire et des pénuries d'eau, mais ont une surabondance d'énergie solaire.

"Beaucoup d'entre nous veulent plus d'énergies renouvelables, mais où placez-vous tous ces panneaux? Au fur et à mesure que les installations solaires se développent, ils ont tendance à être à la périphérie des villes, et c'est historiquement là où nous avons déjà cultivé notre nourriture, " a déclaré Greg Barron-Gafford, professeur agrégé à l'École de géographie et de développement et auteur principal de l'article publié aujourd'hui dans Durabilité de la nature .

Une récente étude très médiatisée sur La nature ont constaté que les terres cultivées actuelles sont les « couverts terrestres avec le plus grand potentiel d'énergie solaire photovoltaïque » sur la base d'une analyse approfondie de la lumière solaire entrante, température de l'air et humidité relative.

« Alors, quelle utilisation des terres préférez-vous – production alimentaire ou énergétique ? Ce défi se situe à l'intersection des liens humains-environnement, et c'est là que brillent les géographes !" dit Barron-Gafford, qui est également chercheur à Biosphère 2. « Nous avons commencé à nous demander :« Pourquoi ne pas produire les deux au même endroit ? » Et nous avons fait pousser des cultures comme des tomates, poivrons, bettes, chou frisé, et des herbes à l'ombre des panneaux solaires depuis.

En utilisant le solaire photovoltaïque, ou PV, panneaux et légumes régionaux, l'équipe a créé le premier site de recherche agrovoltaïque à Biosphère 2. Professeurs et étudiants, à la fois en licence et en licence, tout mesuré depuis le moment où les plantes ont germé jusqu'à la quantité de carbone que les plantes aspiraient de l'atmosphère et de l'eau qu'elles libéraient, à leur production alimentaire totale tout au long de la saison de croissance.

L'étude s'est concentrée sur le piment Chiltepin, des plants de jalapenos et de tomates cerises qui ont été placés sous un panneau photovoltaïque. Tout au long de la saison de croissance estivale moyenne de trois mois, les chercheurs surveillaient en permanence les niveaux de lumière entrante, température de l'air et humidité relative à l'aide de capteurs montés au-dessus de la surface du sol, et la température et l'humidité de la surface du sol à une profondeur de 5 centimètres. La zone de plantation traditionnelle et le système agrivoltaïque ont reçu des taux d'irrigation égaux et ont été testés à l'aide de deux scénarios d'irrigation :l'irrigation quotidienne et l'irrigation tous les deux jours.

Ils ont découvert que le système agrivoltaïque avait un impact significatif sur trois facteurs qui affectent la croissance et la reproduction des plantes :les températures de l'air, la lumière directe du soleil et la demande atmosphérique en eau. L'ombre fournie par les panneaux photovoltaïques a entraîné des températures diurnes plus fraîches et des températures nocturnes plus chaudes que les températures traditionnelles, système de plantation à ciel ouvert. Il y avait aussi un déficit de pression de vapeur plus faible dans le système agrivoltaïque, ce qui signifie qu'il y avait plus d'humidité dans l'air.

"Nous avons constaté que beaucoup de nos cultures vivrières se portent mieux à l'ombre des panneaux solaires car elles sont épargnées du soleil direct, " dit le baron-Gafford. " En fait, la production totale de chiltepins était trois fois supérieure sous les panneaux photovoltaïques dans un système agrivoltaïque, et la production de tomates était deux fois plus importante !"

Les jalapenos ont produit une quantité similaire de fruits à la fois dans le système agrivoltaïque et dans la parcelle traditionnelle, mais l'a fait avec 65% de perte d'eau par transpiration en moins.

"À la fois, nous avons constaté que chaque événement d'irrigation peut soutenir la croissance des cultures pendant des jours, pas seulement des heures, comme dans les pratiques agricoles actuelles. Cette découverte suggère que nous pourrions réduire notre consommation d'eau tout en maintenant des niveaux de production alimentaire, " ajouta Barron-Gafford, notant que l'humidité du sol est restée environ 15 % plus élevée dans le système agrivoltaïque que dans la parcelle témoin lors de l'irrigation tous les deux jours.

En plus des avantages pour les plantes, les chercheurs ont également découvert que le système agrivoltaïque augmentait l'efficacité de la production d'énergie. Les panneaux solaires sont intrinsèquement sensibles à la température - lorsqu'ils se réchauffent, leur efficacité diminue. En cultivant des cultures sous les panneaux photovoltaïques, les chercheurs ont pu réduire la température des panneaux.

"Ces panneaux solaires en surchauffe sont en fait refroidis par le fait que les cultures en dessous émettent de l'eau par leur processus naturel de transpiration, tout comme les brumisateurs sur la terrasse de votre restaurant préféré, " dit Barron-Gafford. " Tout compte fait, c'est un gagnant-gagnant en termes d'amélioration de notre façon de cultiver notre nourriture, utiliser nos précieuses ressources en eau, et produire de l'énergie renouvelable.

Les recherches de Barron-Gafford sur l'agrovoltaïque se sont étendues pour inclure plusieurs installations solaires sur Tucson Unified School District, ou TUSD, terre. Moïse Thompson, qui partage son temps entre le TUSD et la UA School of Geography and Development, note que l'équipe utilise également les installations solaires TUSD pour dialoguer avec les élèves de la maternelle à la 12e année.

"Ce qui m'attire dans ce travail, c'est ce qui arrive à l'apprenant de la maternelle à la 12e année lorsque son implication est conséquente et que la recherche vit dans sa communauté, ", a déclaré Thompson. "Ce changement de dynamique crée des étudiants qui se sentent capables de relever de grands défis tels que le changement climatique."

Les auteurs disent que davantage de recherches avec des espèces végétales supplémentaires sont nécessaires. Ils notent également l'impact actuellement inexploré que l'agrovoltaïque pourrait avoir sur le bien-être physique et social des ouvriers agricoles. Les données préliminaires montrent que la température de la peau peut être d'environ 18 degrés Fahrenheit plus froide lorsque l'on travaille dans une zone agrivoltaïque que dans l'agriculture traditionnelle.

"Le changement climatique perturbe déjà la production alimentaire et la santé des travailleurs agricoles en Arizona, " a déclaré Gary Nabhan, un agroécologue au UA Southwest Center et co-auteur de l'article. "Le sud-ouest des États-Unis voit beaucoup de coups de chaleur et de décès liés à la chaleur parmi nos ouvriers agricoles; cela pourrait avoir un impact direct là-bas, trop."

Barron-Gafford et l'équipe travaillent maintenant avec le National Renewable Energy Lab du département américain de l'Énergie pour évaluer dans quelle mesure une approche agrovoltaïque peut fonctionner dans d'autres régions du pays et comment les politiques régionales peuvent promouvoir l'adoption de nouvelles approches pour résoudre ces problèmes omniprésents.

« C'est l'innovation UA ​​à son meilleur :une équipe interdisciplinaire de chercheurs travaillant pour résoudre certains de nos dilemmes environnementaux les plus difficiles, " a déclaré la co-auteur Andrea Gerlak, professeur à l'École de géographie et de développement du Collège des sciences sociales et comportementales. "Imaginez l'impact que nous pouvons avoir dans notre communauté - et dans le monde entier - en pensant de manière plus créative à l'agriculture et à la production d'énergie renouvelable."