Agrivoltaïsme surélevé : une protection optimale des cultures face au gel et à la canicule selon EDF

L’agrivoltaïsme, une solution prometteuse pour concilier production d’énergie et agriculture

Face au changement climatique et à la nécessité de développer les énergies renouvelables, l’agrivoltaïsme s’impose comme une approche innovante. En combinant panneaux solaires et cultures sur une même parcelle, ces systèmes permettent de produire de l’électricité tout en protégeant les plantes des aléas météorologiques. Une nouvelle étude menée par une équipe de recherche du groupe énergétique français EDF apporte un éclairage précis sur l’efficacité de différentes configurations agrivoltaïques pour protéger les cultures.

L’étude d’EDF sur la protection des cultures : des résultats éclairants

Publiée dans la revue scientifique Agricultural and Forest Meteorology sous le titre « Designing agrivoltaic systems for crop protection », l’étude dirigée par Joseph Vernier, chercheur chez EDF R&D, analyse l’impact de six configurations géométriques de systèmes agrivoltaïques sur la réponse thermique des cultures. Les chercheurs ont simulé trois scénarios météorologiques extrêmes : canicule, printemps venteux et gel blanc. Résultat : les installations surélevées offrent la meilleure protection contre le gel et les fortes chaleurs, surpassant les systèmes bas ou verticaux.

« Notre objectif était de comprendre les mécanismes sous-jacents et d’identifier les systèmes agrivoltaïques les plus efficaces pour protéger les cultures », explique Joseph Vernier dans un entretien à pv magazine. « Nous avons utilisé des outils de modélisation numérique pour prédire le microclimat créé par les installations agrivoltaïques et calculer les échanges d’énergie, d’eau et de gaz entre les plantes et l’air dans trois scénarios météorologiques – canicule, printemps venteux et gel blanc – ainsi que pour six configurations géométriques. Nous avons ensuite comparé les températures calculées des plantes sous les panneaux et dans une zone témoin sans panneaux afin de déterminer quels systèmes protégeaient le plus efficacement les cultures. »

Méthodologie : modélisation CFD validée sur le terrain

Les chercheurs ont utilisé le logiciel libre de mécanique des fluides numérique (CFD) code_saturne pour simuler l’influence des panneaux sur le microclimat local. Le modèle associe une représentation des panneaux photovoltaïques à un modèle SPAC (Soil–Plant–Atmosphere Continuum), qui simule les échanges d’énergie, d’eau et de chaleur entre le sol, la végétation et l’atmosphère. Cette approche permet d’estimer la température des plantes, la vitesse du vent, l’humidité et le rayonnement.

La validation a été réalisée sur la centrale agrivoltaïque pilote d’EDF R&D, mise en service en 2019 sur le site des Renardières, en Seine-et-Marne. Le site comprend une structure composée de trois rangées de 16 ensembles photovoltaïques, chacun mesurant 25 mètres sur 4 mètres et installé à 4,5 mètres de hauteur. Les modules bifaciaux de 300 W fournis par Photowatt (filiale d’EDF) totalisent une puissance installée de 115 kW, avec un coefficient de couverture au sol (GCR) de 0,37 pour les panneaux horizontaux.

Résultats : les systèmes surélevés en tête

Les simulations montrent des différences marquées selon la configuration :

• Systèmes bas : ils réduisent efficacement les contraintes convectives (vent), mais sont moins performants face au rayonnement thermique nocturne (gel).
• Systèmes verticaux : ils diminuent la vitesse du vent et la turbulence, limitant les risques de verse des cultures et améliorant la photosynthèse en conditions venteuses.
• Systèmes surélevés : ils offrent la meilleure protection globale, notamment en favorisant les échanges infrarouges et en limitant les températures extrêmes des plantes. Ils sont particulièrement efficaces contre le gel blanc et les canicules.

Les écarts de température entre les plantes sous panneaux et le témoin sont significatifs : l’étude rapporte des erreurs de prédiction inférieures à 1 °C lors des nuits de gel et à 3 °C lors des journées chaudes, ce qui valide la robustesse du modèle.

Implications pour la conception des centrales agrivoltaïques

Ces résultats ont des conséquences directes pour les développeurs de projets agrivoltaïques. « Globalement, la réduction du stress subi par les plantes pourrait devenir aussi importante que l’augmentation du rayonnement photosynthétiquement actif pour favoriser leur croissance », soulignent les chercheurs. Cela signifie que l’optimisation des systèmes ne doit pas seulement viser le rendement électrique, mais aussi intégrer des indicateurs de bien-être des cultures.

En pratique, les installations surélevées (hauteur supérieure à 4 mètres) permettent une meilleure circulation de l’air et une gestion thermique plus efficace. Elles sont recommandées pour les régions sujettes aux gelées tardives ou aux vagues de chaleur, comme le sud de la France ou les zones méditerranéennes. Les systèmes verticaux, quant à eux, trouvent leur intérêt dans les zones venteuses où la verse des céréales est un problème récurrent.

Perspectives et recherches futures

Les scientifiques souhaitent désormais coupler leur cadre de simulation CFD avec des modèles de croissance des cultures, en utilisant des approches de substitution (surrogate models) pour réaliser des simulations sur le long terme. Les développements futurs porteront également sur :

• Une meilleure représentation des structures végétales complexes.
• La modélisation de la redistribution des précipitations sous les panneaux.
• Les échanges thermiques des panneaux photovoltaïques eux-mêmes.
• Les effets structurels des ombrages et de la hauteur.

Ces travaux s’inscrivent dans un contexte où la France ambitionne de multiplier par dix ses capacités agrivoltaïques d’ici 2030, comme le prévoit la programmation pluriannuelle de l’énergie. Des entreprises comme l’INES (Institut National de l’Énergie Solaire) ou l’association France Agrivoltaïsme travaillent également à standardiser les bonnes pratiques.

Conclusion : l’agrivoltaïsme surélevé, un investissement d’avenir

L’étude d’EDF démontre que l’agrivoltaïsme n’est pas seulement un moyen de produire de l’électricité décarbonée : il peut aussi devenir un outil précieux d’adaptation des cultures au changement climatique. En choisissant une configuration surélevée, les exploitants agricoles et les énergéticiens peuvent à la fois améliorer la résilience des plantes face au gel et à la chaleur, et maintenir un rendement électrique compétitif.

Pour en savoir plus, consultez l’article original dans Agricultural and Forest Meteorology ou le communiqué de presse d’EDF R&D. L’agrivoltaïsme surélevé s’impose comme une solution clé pour l’agriculture de demain.

Source : pv magazine France, mars 2025

Aurélien CHAPUIS

Aurélien Chapuis est diplômé du Master Management et Gestion de l’Énergie de l’ESCP Business School. Expert en stratégie photovoltaïque et business developer pour PV Solaire Énergie depuis 2019, il accompagne les professionnels du secteur dans leur croissance et vulgarise les enjeux de la transition énergétique pour le grand public.

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