Agrivoltaïsme et pomme de terre : entre baisse de rendement et optimisation de l’eau

L’agrivoltaïsme, pratique qui combine production agricole et production d’électricité solaire sur une même parcelle, suscite un intérêt croissant pour sa promesse de synergie. Une étude italienne récente, publiée dans la revue Applied Energy, s’est penchée sur son impact concret pour une culture majeure : la pomme de terre. Les résultats révèlent un équilibre complexe entre des pertes de rendement et des bénéfices agronomiques inattendus, ouvrant la voie à une gestion plus fine de ces systèmes.

Une étude de modélisation à haute résolution

Des chercheurs de l’Université de Florence ont développé un modèle sophistiqué pour évaluer les effets d’une installation agrivoltaïque sur un champ de pommes de terre. Plutôt que de réaliser une campagne de mesures sur site, l’équipe, dirigée par Andrea Ademollo, a opté pour une modélisation géométrique détaillée. Cette approche a permis de simuler l’ombrage porté par les panneaux solaires sur la culture avec une précision spatiale extrême (13 cm x 6,5 cm), et ce toutes les 5 minutes, en s’appuyant sur 18 années de données météorologiques.

Le système simulé était une centrale de 1 MW surélevée à 3 mètres du sol, occupant 40% de la surface d’une parcelle à Sesto Fiorentino. La cohérence des résultats a été validée en les comparant avec des données expérimentales publiées sur des cultures en conditions d’ombrage similaire sous climat tempéré.

L’impact de l’ombrage sur le microclimat de la culture

Le principal effet de la structure photovoltaïque est, sans surprise, la réduction de l’ensoleillement direct. Les simulations indiquent une baisse de l’irradiance pouvant atteindre 55% sous les panneaux. Cette réduction de lumière se traduit directement par une diminution du rendement en tubercules, estimée en moyenne à 15% par rapport à une culture en plein champ.

Cependant, cet ombrage n’a pas que des effets négatifs. Il modifie profondément le microclimat au niveau du sol et de la plante :

• Réduction de l’évapotranspiration : Un couvert végétal et un sol moins chauffés diminuent la demande en eau de la culture.
• Prolongation du cycle végétatif : Le stress hydrique étant retardé, les plantes conservent plus longtemps un bon statut physiologique, ce qui retarde la sénescence et prolonge la période d’accumulation de biomasse.
• Amélioration de l’efficience de l’utilisation de l’eau (WUE) : La plante produit plus de matière sèche par unité d’eau consommée.

Un compromis entre énergie, agriculture et économie

L’analyse économique intégrée de l’étude met en lumière la viabilité relative des différents scénarios. Le Coût Actualisé de l’Énergie (LCOE) de l’installation agrivoltaïque s’élève à 0,084 €/kWh, contre 0,061 €/kWh pour une centrale photovoltaïque au sol classique sur le même terrain. L’écart s’explique par les coûts de structure plus élevés des systèmes surélevés.

La rentabilité du projet agrivoltaïque est fortement tributaire du taux d’autoconsommation de l’électricité produite. Sur des terres agricoles déjà exploitées, le système présente un taux de rentabilité interne (TRI) de 13% (retour sur investissement en 10 ans), contre 21% (retour en 6 ans) pour le solaire au sol. La valorisation de la production agricole atténue donc l’écart de rentabilité avec le photovoltaïque conventionnel.

Malgré la baisse de rendement agricole, l’étude calcule un Coefficient d’Équivalence des Terres (Land Equivalent Ratio – LER) de 1,58. Cette valeur supérieure à 1 démontre que la production combinée (énergie + agriculture) sur une même surface est plus efficace que si les deux activités étaient séparées, confirmant l’intérêt fondamental de l’agrivoltaïsme pour l’optimisation de l’usage des sols.

Perspectives et recherches futures

Les auteurs soulignent que leurs travaux ouvrent des pistes pour optimiser la conception des systèmes. Un ombrage modéré et stratégique, notamment en début de saison, pourrait maximiser les bénéfices hydriques tout en minimisant les pertes de rendement. Ils préconisent que les recherches futures intègrent des modèles de micrométéorologie pour mieux prédire les variations de température de l’air et du sol sous les panneaux, des paramètres clés pour affiner les prévisions de croissance.

Cette étude, en quantifiant finement les trade-offs, contribue à une vision plus nuancée de l’agrivoltaïsme. Elle montre qu’au-delà de la simple coexistence, il s’agit de concevoir des systèmes qui créent des conditions agro-climatiques nouvelles, pouvant apporter des solutions dans un contexte de stress hydrique accru. Pour en savoir plus sur les politiques et les avancées de l’agrivoltaïsme en Europe, vous pouvez consulter les ressources du Directoire Général de l’Énergie de la Commission Européenne.