Des parcelles agricoles protégées par des panneaux photovoltaïques, tout en produisant de l’électricité d’origine solaire ? Un pari qui a donné lieu à un programme de recherche scientifique : en 2019, est construit le démonstrateur Agri-PV sur le site de recherche d’EDF Lab les Renardières pour étudier l'agrivoltaïsme, une pratique qui consiste à associer une production agricole et une production d'électricité d’origine photovoltaïque sur une même surface et d’en analyser les impacts sur les cultures. Des recherches en partenariat avec l’INRAE et EDF power solutions.
Il est essentiel d’apporter des connaissances scientifiques pour quantifier l’impact de ces structures photovoltaïques sur la croissance des cultures. D’où la création d’un programme de recherche et l’encadrement de thèses, en partenariat avec l’Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE), avec l’appui d’EDF power solutions.
L’agrivoltaïsme est la combinaison, sur une même surface, d’une production agricole (élevage ou culture) et d'une production d’électricité photovoltaïque c’est-à-dire à base d'énergie solaire.
Qu’a-t-on cultivé sous ces panneaux PV pour étudier l’agrivoltaïsme ?
Tout d’abord de la luzerne. À la R&D, on a d’abord expérimenté la culture de luzerne sous ce dispositif d'agri-PV. Pourquoi la luzerne ? Parce que c'est la plante fourragère par excellence et la mieux documentée d'un point de vue agronomique !
+10%, c’est l’augmentation moyenne de la production de luzerne sous les panneaux PV.
Une première publication scientifique dans la revue Applied Energy présente ces résultats expérimentaux obtenus sur une culture de luzerne menée durant deux années sous un dispositif agrivoltaïque, en comparaison avec une situation témoin en plein soleil. Dans ces conditions expérimentales, la production de luzerne a été, en moyenne, augmentée de 10% sous le démonstrateur Agri-PV, situé sur le site EDF Lab les Renardières. La présence des panneaux a entraîné une réduction de l'évapotranspiration et donc une meilleure efficacité de l'utilisation de l'eau par la luzerne en raison de la faible épaisseur du sol. Par ailleurs, les qualités nutritionnelles de la luzerne ont été préservées et sa morphologie s'est adaptée avec un allongement des tiges et un élargissement des feuilles. En contrepartie, la production photovoltaïque a diminué de 15 % en raison du suivi optimisé pour la croissance des plantes.
Et pourquoi pas, des vignes ? L'agrivoltaïsme au service du vignoble est l’ambition d’un programme de recherche avec la construction, dans le bordelais, d’un démonstrateur Vitisolar doté de panneaux photovoltaïques bifaces orientables.
Tous ces travaux sont menés avec de nombreux partenaires et s’appuient sur le retour d’expérience acquis avec le démonstrateur Agri-PV sur le site de recherche des Renardières. Les équipes R&D travaillent notamment sur le développement d’algorithmes de pilotage des panneaux PV. L’objectif étant d’accélérer la transition énergétique sur le territoire et limiter l’impact du changement climatique sur les vignes.
Caractéristiques du démonstrateur Agri-PV à la R&D
3 000 m2, c’est la surface de l’installation Agri-PV complète.
5 m de hauteur. Les panneaux sont situés à environ 5 mètres sur une structure composée de poteaux tendus par des câbles et haubanés, pour laisser passer les engins agricoles, principalement des tracteurs.
Un système de tracking 2-axes permet d’orienter les panneaux dans quasiment toutes les directions.
Toutes les 10 minutes, les panneaux calculent la meilleure orientation possible pour optimiser la culture tout en produisant de l’énergie solaire.
115 kW, c’est la puissance installée soit la puissance de consommation de 8 maisons.
La surface sous panneaux est d’environ 1 700 m2.
La surface témoin hors panneaux PV, située à proximité directe du démonstrateur a la même composition de sol, et de cultures. Cette zone témoin est très importante pour pouvoir rigoureusement analyser l'impact de l'installation solaire sur la production agricole.
D’autres résultats intéressants
Peut-on prévoir le microclimat sous les centrales agrivoltaïques ?
La R&D a développé un modèle numérique robuste capable de simuler le microclimat dans les centrales agrivoltaïques, et plus largement dans les centrales photovoltaïques. Derrière ce concept, la mécanique des fluides appliquée à l’agrivoltaïsme !
Publiés dans la revue Solar Energy, les travaux montrent que la géométrie des panneaux photovoltaïques influence le vent, la turbulence, le rayonnement solaire, et le rayonnement infrarouge. Les chercheurs ont modélisé les effets des panneaux PV, avec code_saturne, un logiciel de simulation développé par la R&D qui résout les équations de la mécanique des fluides, de la thermique, et des transferts radiatifs. L’évaluation de ce modèle a notamment été permise par des mesures terrain réalisées sur le démonstrateur Agri-PV, à EDF Lab les Renardières.
La méthode prédit avec précision :
- La diminution du rayonnement solaire direct et diffus
- L'augmentation du rayonnement infrarouge par temps ensoleillé
- Les baisses et augmentations locales du vent et la génération de turbulence selon l’orientation des panneaux
La règlementation, en bref
En France, la réglementation (décret agrivoltaïsme de 2023 n° 2023-1408, puis décret de 2024 n° 2024-318) garantit que la production d'énergie solaire reste secondaire tout en protégeant le potentiel agronomique :
Surface autorisée : les panneaux photovoltaïques ne doivent pas couvrir plus de 40 % de la superficie totale du terrain (exception faite pour les infrastructures déjà existantes qui ont prouvé leur efficacité), avec une zone témoin proche d’au moins 5 % de la surface de l’installation PV.
Réversibilité : les installations PV doivent pouvoir être démontées sans dommage pour l’environnement.
Priorité à l’agriculture : l’installation de panneaux solaires doit améliorer la qualité du sol et ne pas réduire les activités agricoles, cultures et élevages.
FAQ sur l'agrivoltaïsme
