Comment aller vers la souveraineté alimentaire locale dans une approche fondée sur la sobriété énergétique ?
C’est le défi que relève le projet GéoGIMYC, un projet de recherche financé par le Carnot ISIFoR. Porté par Stéphane Gibout, enseignant-chercheur au LaTEP (UPPA), ce projet vise à concevoir des serres agricoles quasi autonomes en énergie. En combinant intelligemment un système solaire photovoltaïque à concentration innovant et le potentiel thermique du sous-sol, GéoGIMYC optimise les flux d’énergie au bénéfice d’une croissance optimale du végétal.
Voilà qui ouvre la voie à une production locale en circuit court, résiliente face aux crises climatiques, énergétiques et adaptable à des environnements divers. Stéphane Gibout nous parle aujourd’hui de ce projet qui lui tient particulièrement à cœur.
À l’origine le projet GIMYC est né d’une volonté d’optimiser l’énergie des serres pour relocaliser la production alimentaire. Quel est son principe et pourquoi y avoir intégré un « bloc » géothermie dans le cadre du projet GéoGIMYC actuel ?
[Stéphane Gibout] En cherchant à intégrer des énergies renouvelables dans les serres, nous avons buté sur un problème tout bête : les panneaux solaires classiques fixes font de l’ombre aux cultures, ce qui peut diminuer une production de tomates de 50 %. Pourtant, en été, les serres ont un excédent de rayonnement solaire et de chaleur préjudiciable aux plantes. Nous avons donc pris le problème à l’envers : au lieu de couvrir la serre de panneaux, nous installons des miroirs mobiles très légers (films tendus) pilotés par un logiciel que nous avons conçu. Pour 10 m² de miroirs, nous n’utilisons qu’un seul mètre carré de panneau photovoltaïque à concentration. Les miroirs capturent et concentrent le flux solaire vers ce panneau.
Comme ce panneau reçoit un flux énorme (jusqu’à 10 kW/m²), il faut impérativement le refroidir avec une circulation d’eau. C’est une opération gagnant-gagnant : on maintient le rendement du panneau et on produit de l’eau chaude (jusqu’à 65 °C). Voici ce à quoi s’est consacré le projet GIMYC.
Le système des miroirs mobiles concentrant le rayonnement solaire vers les panneaux photovoltaïques
Partant de cette réalisation, on a réfléchi à ce que l’on pouvait faire avec cette eau chaude en utilisant le sous-sol. C’est de cette manière qu’est né le projet GéoGIMYC. En discutant avec une ancienne collègue, nous avons réalisé que la géothermie de surface sort souvent de l’eau à 15 °C, ce qui est insuffisant pour l’utiliser dans les serres. Notre système solaire permet de remonter cette température à 45 °C ou 65 °C. De plus, le sous-sol offre une opportunité fantastique : le stockage intersaisonnier. L’énorme excédent de chaleur généré d’avril à octobre peut être injecté et piégé dans le sol (si la géologie s’y prête, comme dans des argiles) pour être récupéré en hiver. Avec ce couplage, nous touchons du doigt à l’autonomie énergétique.
Dans le cadre de la phase de maturation de votre projet, gérée par la SATT Aquitaine, un partenariat a été noué très tôt avec Richel Group, le premier fabricant de serres en France. Quel a été le rôle de cette entreprise dans votre projet ?
[Stéphane Gibout] Lorsque nous avons déposé notre brevet, la SATT Aquitaine a immédiatement prospecté des industriels afin de le valoriser et, à terme, licencier notre technologie. Richel s’est montré intéressée dès le départ par notre idée.
Leur expertise technique nous a énormément apporté pour structurer notre cadre de recherche. Une serre est une structure légère calculée au plus juste mécaniquement (pour résister au vent, à la neige…) et déjà très encombrée d’équipements. Même si nos miroirs sont ultra-légers (moins de 100g/m²), le fait qu’ils soient tendus génère des efforts mécaniques sur la structure de la serre. Richel nous a challengés sur ces contraintes, sur les espaces disponibles et sur l’emplacement des ouvrants. Ils nous servent de garde-fous pour que notre invention ne soit pas juste une belle idée de laboratoire, mais un outil techniquement intégrable dans une vraie exploitation.
Intégrer du photovoltaïque sur des serres n’est pas totalement nouveau. Où en est le marché aujourd’hui et en quoi votre approche se distingue-t-elle ?
[Stéphane Gibout] Dans les années 2010, il y a eu un engouement en France pour le photovoltaïque. Des énergéticiens ont sauté sur l’occasion pour utiliser les surfaces des serres. Ces dernières produisaient très bien de l’électricité, mais le masquage excessif de la lumière les rendait agronomiquement inutilisables. L’État a fini par légiférer pour limiter drastiquement le taux de couverture des panneaux solaires sur ces surfaces agricoles.
Aujourd’hui, tout le monde cherche la solution idéale, mais pour l’instant elle n’a pas été trouvée. C’est là que notre technologie peut apporter une vraie rupture. Grâce à nos miroirs, même si nous couvrons une grande surface pour capter l’excédent radiatif, nous ne masquons physiquement la lumière qu’avec un dixième de panneaux solaires. Surtout, le système est dynamique. Demain, avec des prix d’électricité variables, on pourra piloter le système pour « effacer le soleil » pendant deux heures si le prix de rachat est attractif, sans perturber la plante qui « croira » simplement à un passage nuageux. Le système de miroirs pourra également être tourné vers le sol la nuit et limiter ainsi les déperditions d’énergie en réfléchissant le rayonnement infrarouge qu’émettent les cultures pendant ces heures-là.
Notre concept remet l’agronomie au centre : l’énergie doit être au service du végétal, et non l’inverse.
Vous collaborez étroitement avec l’École de Technologie Supérieure (ETS) de Montréal. Quels sont les objectifs de vos prochains travaux là-bas ?
[Stéphane Gibout] Historiquement, nous travaillons avec Didier Haillot (co-inventeur de la technologie et ancien chercheur au LaTEP, sans oublier Cédric Arrabie, ingénieur d’étude à l’ENSGTI) sur le stockage de l’énergie. Cette collaboration nous a conduit à installer des systèmes de stockage et de pilotage « low-tech » dans des serres communautaires au Nunavik (Canada), à la frontière du cercle polaire. Grâce à cela, des communautés isolées et dépendantes du fioul ont pu étendre leur saison de culture de 3 à 4 mois et faire pousser de vraies tomates locales, une vraie révolution.
Le déplacement au Canada dans le cadre de GéoGIMYC va nous permettre de franchir deux nouvelles étapes. D’abord, nous intégrons dans l’encadrement du projet Louis Lamarche, chercheur à l’ETS et grand spécialiste de la géothermie de surface. Il va nous apporter son expertise indispensable pour modéliser précisément le comportement thermique du sol lors du stockage intersaisonnier.
Ensuite, le grand défi actuel est le couplage du modèle énergétique avec le modèle biologique du végétal. La plante réagit en continu à la lumière, à l’humidité et à la température. Les équipes québécoises sont très avancées sur cette modélisation complexe. Ce voyage permettra ainsi d’affiner nos approches sur cet aspect.
©Images illustrant cet article – captures issues de la vidéo GIMYC réalisée par KapturE productions => voir la vidéo GIMYC