AgriPV-Climat : Modélisation de l’environnement microclimatique des PV en milieu agricole pour une meilleure synergie des productions
Programme : Appel à projets de recherche - Énergie Durable : production, gestion et utilisation efficaces
Mots-clés : Energie / Sols / Agriculture / Forêt
Contexte : L’agrivoltaïsme suit une dynamique de forte croissance. Alors que cette pratique était cantonnée au statut de prototype et totalisait 5MW il y a une dizaine d’années, elle représenterait plusieurs dizaines de GW dans le monde actuellement. Cette tendance haussière devrait s’inscrire dans la durée et son potentiel technique de développement pourrait représenter à terme une part majoritaire des projets photovoltaïques (Harry Wirth, Fraunhofer ISE, 2021). La filière se structure à l’international autour de la conférence annuelle Agrivoltaics et de groupes d’échanges (AiDO); et de manière semblable en France avec la création d’associations (France Agrivoltaïsme) et d’un observatoire dédié. En France, l’agrivoltaïsme est défini dans la loi d’accélération des énergies renouvelables. L’article L.314-36 du code de l’énergie précise : “une installation agrivoltaïque est une installation de production d’électricité utilisant l’énergie radiative du soleil et dont les modules sont situés sur une parcelle agricole où ils contribuent durablement à l’installation, au maintien ou au développement d’une production agricole.” Cette définition est complétée par un ensemble de critères caractérisant le statut agrivoltaïque de l’installation, qui doit notamment : être réversible, apporter directement à la parcelle agricole au moins l’un des services suivants : L’amélioration du potentiel et de l’impact agronomiques ; L’adaptation au changement climatique ; La protection contre les aléas ; L’amélioration du bien-être animal garantir à un agriculteur actif une production agricole significative et un revenu durable en étant issu disposer d’un avis conforme de la commission départementale de préservation des espaces naturels, agricoles et forestiers. Afin de mieux caractériser ces projets, l’ADEME a proposé une catégorisation des couplages photovoltaïque/agriculture selon des niveaux de services, dénommée “gradient de qualification”. De son côté, l’AFNOR met en place un label d’évaluation spécifique encadrant le développement, la mise en service et l’exploitation des projets. Justifier de la pertinence des projets agrivoltaïques appelle à une capacité à prédire le comportement résultant de la cohabitation entre l’installation solaire et l’exploitation agricole.
Description : En s’appuyant sur une expertise interdisciplinaire, le projet AgriPV-Climat se donne pour objectif, de développer les connaissances et méthodes nécessaires au développement d’outils opérationnels permettant d’évaluer et d'optimiser les installations agrivoltaïques, pour une meilleure synergie entre productions agricole et électrique. Le travail portera sur le développement d’un modèle détaillant bien tous les phénomènes climatiques et thermiques (transferts radiatifs, transferts de chaleur et d’eau dans le continuum sol-plantes-atmosphère, thermique des modules solaires) et permettant ainsi d’étudier les interactions entre phénomènes et de chercher les meilleurs leviers d'action pour optimiser les rendements solaires et agricoles. Les résultats de ce modèle de connaissance permettront d’identifier des représentations simplifiées de l’environnement agriPV, qui seront implémentées dans un outil de conception, lequel permettra non seulement d'évaluer les impacts climatiques de modules solaires sur la production agricole mais aussi les impacts des cultures sur la production solaire, et de proposer des optimisations dans le pilotage des panneaux. La conciliation d’une bonne précision tout en gardant une adaptation à plusieurs conditions climatiques, de culture et configurations spatiales représente un enjeu scientifique. Une telle prise en compte complète des co-bénéfices est très novatrice notamment par le fait qu’elle mobilise différentes disciplines pour une bonne prise en compte des phénomènes radiatifs, du fonctionnement des modules solaires, de la phénologie et de la physiologie des plantes, de la disponibilité en eau des sols et de la microclimatologie. Par ailleurs, par ces outils et les données de terrain acquises, l’équipe de projet construit les premières briques d’un projet ambitieux d’un jumeau numérique appliqué à l’agrivoltaïsme au sein duquel mesures en temps réel et modèles numériques contribuent à un suivi et pilotage des cultures et de la valorisation solaire.
Objectifs et résultats attendus : Trois objectifs complémentaires fondent ce projet : Le premier, qui est un objectif scientifique est d’apporter une clarification aux mécanismes pilotant la création du microclimat recherché dans les projets agrivoltaïques, dans les différents compartiments : sol, plantes, atmosphère, rayonnement, modules solaires. Pour cela, le projet partira d’un modèle détaillé, par la suite appelé modèle de connaissance, qui sera amélioré afin de donner accès au comportement physique de l’ensemble des compartiments (sol – plantes – atmosphère – modules solaires), grâce auquel ces mécanismes pourront être simulés dans différentes configurations. Le second qui est un objectif technique est de concevoir une approche simplifiée de modélisation, par la suite appelé modèle de conception, permettant de représenter les conditions thermiques et hydriques dans plusieurs conditions climatiques, agronomiques et pour des technologies variées. Les connaissances obtenues avec un modèle détaillé permettront de faire des choix de simplification. Ce modèle doit à terme pouvoir tourner en temps réel et permettre au sein d’un jumeau numérique la prise en compte de mesure de terrain pour un meilleur pilotage des installations solaires. Le troisième objectif est de comparer les modèles (de conception et de connaissance) avec des mesures in-situ. Les résultats attendus sont : une meilleure connaissance des interactions entre les phénomènes physiques qui ont lieu au sein de l’environnement AgriPV et surtout une hiérarchisation de ces phénomènes, selon les contextes climatiques et culturaux, qui permettra de mieux cibler les enjeux (par exemple maîtrise des écoulements d’air ou maîtrise de la dynamique l’ombrage…) ; un outil de connaissance qui permettra de déployer des études fines de ces interactions dans de nombreuses configurations et qui pourra servir de base à de nouvelles études ; un outil de conception permettant une optimisation des nouvelles installations ou une adaptation (pilotage) des installations existantes aux changements de cultures ; des données de mesures qui pourront être versées à une base de données nationale dans le cadre du PNR AgriPV et du futur Observatoire de l'Agrivoltaïsme. Ces travaux constituent les briques de la construction d’un projet de jumeau numérique associant simulations et mesures pour le pilotage en temps réel des installations AgriPV.
Bénéficiaire : INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE POUR L'AGRICULTURE L'ALIMENTATION ET L'ENVIRONNEMENT
Localisation : Paris 7e Arrondissement, Île-de-France, FRANCE
Début : 01/09/2024 — Durée : 36 mois
Budget total : 788778.3 € — Aide ADEME : 295953.81 €
Statut : Suivi du projet