Pour l'instant, l'agriculture verticale ne se prête pas à toutes les cultures. On ne verra par exemple pas de sitôt des citronniers pousser dans un hangar à Amsterdam et les tomates ne semblent pas non plus pressées de déménager de la serre au conteneur. Pour la laitue et les herbes aromatiques, cela fonctionne déjà bien. Pourtant, ces produits sont encore largement cultivés en plein champ à Murcia, avant d'arriver sur les étals des pays du nord de l'Europe. Mais lequel de ces deux produits - la culture en milieu fermé aux Pays-Bas ou celle en plein air en Espagne - est le plus durable au niveau émissions de carbone ?
L'agriculture verticale, qui consiste à faire pousser des cultures en couches superposées dans un environnement contrôlé, présente des avantages considérables par rapport à la culture en plein air. Elle utilise moins d'eau grâce à des systèmes de recirculation fermés, nécessite beaucoup moins de terrain et peut être installée n'importe où : dans les villes, les déserts ou les climats froids, à proximité du consommateur. La culture étant entièrement climatisée, le temps ne joue plus aucun rôle et la production est stable tout au long de l'année. L'environnement fermé rend les produits de protection quasiment inutiles et garantit un produit plus propre. Et grâce à des conditions de croissance optimales, les rendements par m² et le nombre de cycles de récolte par an sont plus élevés.
© ID 370287371 © Artitwpd | Dreamstime
Cependant, l'agriculture verticale n'est pas une panacée : sa consommation d'énergie est sa plus grande faiblesse. L'éclairage artificiel et le contrôle du climat coûtent énormément d'électricité. En outre, les coûts d'investissement sont élevés et, comme indiqué plus haut, la méthode ne convient encore qu'aux légumes-feuilles, aux herbes aromatiques et aux petits fruits.
Sur la culture de la laitue en particulier, toutes les études existantes sur l'impact environnemental comportent l'abréviation ACV dans leur titre. L'analyse du cycle de vie est une méthode qui permet de cartographier l'impact environnemental d'un produit sur l'ensemble de son cycle de vie, de la culture à l'assiette, et souvent même avant (intrants agricoles) et après (élimination des déchets).
Équivalent CO₂
Les impacts environnementaux sont divers. La culture et la commercialisation des fruits et légumes peuvent - dans une mesure plus ou moins grande - avoir des répercussions qui sont essentiellement liées à la pollution et à l'épuisement de l'eau, du sol et de l'environnement. Il suffit de penser à la surconsommation d'eau dans les zones arides, à l'application d'engrais ou de produits phytosanitaires, ainsi qu'à la pollution par les matières plastiques. Cet article examine la différence d'équivalent CO₂ (CO₂-eq) pour les cultures d'intérieur et d'extérieur, une unité utilisée pour résumer l'impact sur le climat des différents gaz à effet de serre - non seulement le dioxyde de carbone, mais aussi le méthane, l'oxyde nitreux et d'autres gaz.
Selon certaines études consultées, le CO₂-eq de la culture, du stockage, transport et de l'utilisation dans un restaurant néerlandais de laitues provenant d'une ferme verticale à Amsterdam peut être comparable à celui du même produit récolté dans un champ de Murcia. « Logique », pourrait-on dire d'emblée, « car on économise un trajet en camion de plus de 2 000 km. « Pourtant, les choses ne sont pas si simples.
Distances de transport
Le transport entre l'Espagne et les Pays-Bas ne représente qu'une partie de l'empreinte totale, qui selon plusieurs études, reste inférieure à la moitié, de la culture à l'étal. En considérant une consommation moyenne de diesel de 40 l/100 km pour une cargaison réfrigérée de 15 t lors du transport de laitues par camion depuis Murcia jusqu'à Amsterdam (soit 2 100 km) correspondant à une émission de CO₂-eq de 3,468 par litre de carburant, les émissions de gaz à effet de serre du transport sont de 0,20 kg de CO₂-eq par kg de produit. Pour l'instant, le transport par camion depuis l'Espagne est basé sur un moteur à combustion, mais si l'électrification s'installe dans ce secteur, les émissions de CO₂ liées au transport pourraient diminuer de manière substantielle.
Plusieurs études estiment que les émissions de CO₂-eq par kg de produit pour la laitue cultivée en plein air en Espagne sont de l'ordre de 0,20 à 0,25 kg. Elles proviennent entre autres de la production et de l'application d'engrais, de produits phytosanitaires et de l'irrigation. Ensemble, la culture et le transport vers les Pays-Bas produisent environ 0,45 kg CO₂-eq par kg de produit. Casey et al. (2022) citent des émissions de 0,68 kg CO₂-eq jusqu'au centre de distribution au Royaume-Uni, ce qui, converti en un centre de distribution néerlandais, donne 0,58 kg CO₂-eq. Dans cette étude, l'emballage est inclut.
Pour la même culture de laitue dans une ferme verticale, utilisant de l'énergie provenant du réseau (l'étude de Casey et al. se réfère au réseau électrique britannique, où un mélange de combustion de gaz, de centrales nucléaires et de sources renouvelables fournit de l'énergie), les émissions sont jusqu'à 15 fois plus élevées : 8,9 kg de CO₂-eq par kg de laitue. L'étude suppose une consommation d'électricité de 15 kWh par kg de produit (éclairage, climatisation, irrigation) et une culture jouxtant le lieu de consommation ou à proximité.
© ID 245300940 © Hilda Weges | Dreamstime
Culture d'iceberg en Murcia
Culture en plein champ, en serre ou en ferme verticale
L'étude de Blom et al. (2022) utilise des chiffres similaires. Elle compare la culture de laitues en plein champ, celle protégée mais en pleine terre, la culture hydroponique sous serre et l'agriculture verticale - dans chaque cas sur le territoire néerlandais et prenant en compte en amont le cycle de vie au niveau de l'exploitation (notamment les matériaux et le transport pour réaliser la construction d'un hangar agricole, d'une serre ou d'une ferme verticale) et en aval la fin de vie du cycle : des intrants agricoles au transport jusqu'à la destination finale. L'emballage n'y est pas inclus.
Cette étude quantifie les émissions pendant la culture elle-même à 0,36 kg CO₂ -eq par kilo de laitue, un chiffre légèrement plus élevé que la moyenne de 0,25 kg CO₂-eq pour la culture espagnole. Pour l'ensemble du processus, il est établi à 0,49 kg CO₂-eq. La culture en pleine terre sous serre représente alors 1,21 kg, la culture hydroponique sous serre 1,45 kg et la culture dans une ferme verticale - comme dans Casey et al. en supposant 15 kWh par kilo de produit et de l'électricité provenant du réseau - 8,18 kg de CO2-eq par kilo de laitue.
L'ordre de grandeur est donc similaire dans les deux études : les émissions liées à la culture dans une ferme verticale sont plusieurs fois supérieures à celles de la laitue cultivée en plein air (ou dans des serres), qu'elle soit cultivée aux Pays-Bas ou en Espagne.
Consommation d'électricité
Dans chacune des méthodes culturales étudiées, la majeure partie des émissions est due aux intrants agricoles et à la consommation de carburant et d'électricité pendant la culture elle-même. Pour l'agriculture verticale, cela signifie qu'il y a de nombreux avantages à utiliser des sources renouvelables pour le contrôle du climat et la consommation d'énergie. Blom et al. ont étudié les résultats de l'agriculture verticale avec un approvisionnement en énergie basé sur des panneaux solaires et une pompe à chaleur géothermique. La culture protégée en pleine terre entraîne des émissions d'environ 0,60 kg de CO₂-eq par kilo de laitue, la culture hydroponique de 0,75 kg et en ferme verticale d'environ 2,40 kg. Dans ce scénario, la culture en serre approcherait ou égalerait le niveau de durabilité de la laitue importée de Murcie. L'agriculture verticale resterait à la traîne.
Cependant, Casey et al. ont étudié l'énergie éolienne comme source en plus de l'énergie solaire pour l'agriculture verticale. Ainsi, l'étude avance le chiffre de 1,33 kg de CO₂-eq par kilo de laitue si l'énergie est fournie par une batterie de 85 kWh chargée par des panneaux solaires (hors réseau). Malgré la différence de chiffres avec l'étude de Blom et al., la tendance est claire : la source d'énergie est un facteur important. Si l'énergie éolienne permet de charger la batterie, l'étude de Casey et al. estime que l'équivalence en CO₂ peut atteindre 0,56 kg de CO₂-eq par kilo de laitue.
© image generated by Claude
Cette émission serait comparable à la culture sous serre qui utilise de l'énergie propre ou à la culture en Espagne et au transport vers les Pays-Bas. En outre, les perspectives montrent que le développement rapide des technologies solaires, combiné à la réutilisation circulaire des matériaux en fin de vie, pourraient considérablement réduire ces émissions au fil du temps, pour atteindre les niveaux d'émission associés aux systèmes éoliens.
Des sources énergétiques plus propres
De nombreuses études suggèrent ainsi que la laitue provenant d'une ferme verticale a une empreinte carbone plus importante que la laitue importée d'Espagne. Mais si l'agriculture verticale utilise la (bonne) source d'énergie renouvelable, elle pourrait s'en rapprocher en termes d'émissions de gaz à effet de serre. En outre, en raison des préoccupations climatiques et géopolitiques, l'approvisionnement d'électricité sur le réseau des pays européens évolue de plus en plus vers une part plus importante de sources d'énergie renouvelables. Alors que le gaz naturel et le charbon assuraient encore ensemble 60 % de l'approvisionnement en énergie aux Pays-Bas en 2022, cette part était tombée à 48 % en 2024, au profit de l'énergie éolienne et solaire. Et d'ici 2030, 70 % de l'électricité devrait être produite de manière durable.
La source d'énergie joue un rôle évident, mais l'efficacité énergétique également : plus l'éclairage et le contrôle climatique sont efficaces, plus le rendement des cultures par m² est élevé et plus la méthode de culture est durable. Sans oublier que l'efficacité énergétique varie d'un lieu de culture à l'autre : une ferme verticale située dans un pays au climat extrême consommera plus d'énergie qu'une installation de culture située dans un climat tempéré.
Avantages supplémentaires
L'agriculture verticale présente un autre atout au niveau de l'empreinte carbone : la réduction des déchets alimentaires. Dans les cultures en plein air, les mauvaises conditions météo peuvent endommager les cultures. L'empreinte carbone d'une tête de laitue qui finit par servir d'aliment pour animaux n'est pas négligeable. Et comme les exploitations verticales sont généralement situées à proximité du consommateur, il est moins nécessaire de prévoir des entrepôts frigorifiques pour la conservation car la laitue est directement utilisée, ce qui entraîne moins de gaspillage dans les magasins et chez le consommateur. Cela compte : chaque tête qui finit dans la poubelle représente des émissions de CO₂ qui n'ont servi à rien. Certaines études tiennent compte de ce fait et utilisent donc comme unité de compte non pas chaque kilo produit, mais chaque kilo effectivement consommé.
L'agriculture verticale a d'autres bénéfices environnementaux : elle réduit fortement le besoin en produits phytosanitaires, ce qui réduit la pollution chimique du sol, de l'eau et de l'air. Ensuite, elle consomme beaucoup moins d'eau que la culture conventionnelle en plein air : l'étude de Casey et al. l'évalue à 1,6 litre d'eau par kilo de laitue, contre 58,2 l/kg pour la culture en plein air e Espagne.
Il est toutefois important de considérer l'impact de la rareté de l'eau, un concept qui va au-delà de la simple mesure du volume d'eau et prend en compte la rareté relative de l'eau dans la région où elle est consommée. Casey et al. ont calculé un impact de la rareté de l'eau de 111 m³ pour l'agriculture verticale basée sur des panneaux solaires, de 18 m³ pour l'énergie éolienne et de 13 m³ pour l'agriculture en plein air en Espagne. Étant donné que la plupart des cellules solaires sont fabriquées en Chine, dans des régions où l'eau peut être relativement rare, et qu'elles nécessitent de grandes quantités d'eau ultrapure pour le nettoyage des plaquettes de silicium, l'approvisionnement en énergie basé sur les panneaux solaires obtient un score élevé dans cet indice. L'étude souligne que les scores d'impact de la pénurie d'eau ne sont pas encore tout à fait fiables. Pourtant, la tendance semble indéniable.
Enfin, l'agriculture verticale nécessite beaucoup moins de terres que la culture traditionnelle en plein air. Si ces terres sont utilisées pour le reboisement, la conversion contribue à la séquestration du carbone - processus par lequel les forêts absorbent et stockent le CO₂ atmosphérique, contribuant ainsi à atténuer le changement climatique. Cependant, selon Blom et al., cet impact n'est pas très important : seulement 0,09 kg de CO₂-eq par kilo de produit, si le champ où la laitue est cultivée cède la place à une forêt.
En conclusion : l'agriculture verticale n'est pour l'instant adaptée qu'à la culture de légumes-feuilles, d'herbes aromatiques, de pousses et d'autres cultures qui ne prennent pas beaucoup de place. Une autre limite de ces méthodes est la rentabilité. Seules les cultures qui poussent rapidement, qui ont une valeur marchande élevée et qui nécessitent peu d'énergie par kilo de rendement restent actuellement éligibles.
