Quantitative review of environmental life cycle assessments of vertical farms – aligning reported impacts, and energy outlook for 2050
Cette étude présente le premier examen quantitatif des analyses de cycle de vie environnemental pour les fermes verticales de production de laitue, révélant que les larges variations d'impacts rapportés découlent de l'incohérence du reporting des données et des limites du système, tout en démontrant que l'harmonisation de ces évaluations et la transition vers des réseaux électriques décarbonés d'ici 2050 pourraient réduire les impacts environnementaux de 30 à 70 %.
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Dans la quête pour nourrir une population croissante tout en protégeant la planète, un nouveau type d'agriculture a émergé de l'ombre des entrepôts et des conteneurs maritimes. Il s'agit des fermes verticales, des installations intérieures où des cultures comme la laitue poussent en couches superposées sous des lumières électriques, loin du soleil et du sol des champs traditionnels. La promesse est séduisante : ces systèmes peuvent produire de la nourriture toute l'année, utiliser beaucoup moins d'eau que les champs ouverts et apporter des produits frais directement au cœur des villes. Cependant, la machinerie nécessaire pour maintenir ces plantes en vie — lumières, ventilateurs et contrôle climatique — fonctionne presque entièrement à l'électricité. Cela crée une tension centrale dans le débat sur leur durabilité : bien qu'elles économisent l'eau et les terres, consomment-elles tellement d'énergie que leur empreinte carbone l'emporte sur les bénéfices ? Pour répondre à cela, les scientifiques s'appuient sur une méthode appelée analyse du cycle de vie, un outil de comptabilité complet qui suit chaque impact environnemental d'un produit, de l'extraction des matières premières pour la construction de la ferme jusqu'à l'élimination des déchets après que la nourriture a été consommée. Sans une manière standardisée de comparer ces systèmes complexes, le public et les décideurs politiques se sont retrouvés face à un mélange confus d'affirmations, certaines vantant des émissions quasi nulles et d'autres mettant en garde contre des coûts énergétiques massifs.
Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de dissiper cette confusion en rassemblant et en réexaminant onze études existantes sur les fermes verticales cultivant de la laitue. Au lieu d'accepter les résultats de ces études pour argent comptant, l'équipe a agi comme des auditeurs, reprenant les données brutes de chaque installation et recalculant les impacts environnementaux en utilisant un ensemble de règles unique et cohérent. Ils ont standardisé la façon dont ils mesuraient la taille des fermes, la quantité d'eau utilisée et, plus crucial encore, la source d'électricité alimentant les lumières et les ventilateurs. Ce faisant, ils pouvaient voir comment la même ferme se comporterait si elle était alimentée par le réseau électrique actuel des Pays-Bas, ou si elle était alimentée par un futur réseau en 2050 reposant largement sur l'énergie éolienne et solaire. Cette approche leur a permis de séparer la performance de la technologie agricole elle-même de la composition énergétique spécifique du pays où la ferme se trouvait.
L'enquête a révélé que la performance de ces fermes varie considérablement selon la manière dont elles sont gérées et où elles sont construites. Les fermes de l'étude ont produit entre 7 et 97 kilogrammes de laitue par mètre carré d'espace de culture chaque année, une ferme typique produisant environ 62 kilogrammes. Pour produire cette quantité, les fermes ont utilisé entre 10 et 3ys de kilowattheures d'électricité par kilogramme de laitue, la médiane étant de 18 kilowattheures. L'utilisation de l'eau était également incohérente, variant de 1,4 à 52 litres par kilogramme, bien qu'une ferme typique en ait utilisé environ 15 litres. Les chercheurs ont constaté que ces larges différences n'étaient pas seulement dues à la technologie, mais aussi à la façon dont les données étaient rapportées dans les études originales. Certaines études ne précisaient pas si elles mesuraient la surface totale au sol du bâtiment ou seulement la zone couverte par les plantes, tandis que d'autres omettaient des détails sur le nettoyage de l'eau ou la durée de vie de l'équipement. Ces lacunes rendaient difficile la comparaison d'une ferme à l'autre jusqu'à ce que les chercheurs harmonisent les données.
Lorsque l'équipe a recalculé les émissions de carbone pour les onze fermes en utilisant la même source d'électricité — le réseau néerlandais de 2020 — les résultats sont devenus beaucoup plus clairs. Les émissions variaient de 4,8 à 16 kilogrammes d'équivalent dioxyde de carbone par kilogramme de laitue, avec une médiane de 7,6 kilogrammes. Cette conclusion a mis en évidence que le choix de la source d'énergie est le principal moteur de l'impact environnemental d'une ferme verticale. Lorsque les chercheurs ont examiné ce qui se passerait si ces fermes étaient alimentées par différents types d'électricité, les différences étaient frappantes. Les fermes alimentées par le charbon généraient les émissions les plus élevées, tandis que celles alimentées par l'énergie nucléaire ou l'énergie éolienne produisaient les plus faibles. En fait, la différence d'émissions entre une ferme alimentée par le charbon et une ferme alimentée par l'énergie nucléaire était si grande qu'elle pouvait représenter un facteur de plus de cent pour certaines installations spécifiques. Cela a confirmé qu'une ferme verticale n'est pas intrinsèquement « bonne » ou « mauvaise » pour le climat ; son impact dépend presque entièrement de la propreté du réseau électrique auquel elle est branchée.
En regardant vers l'avenir, les chercheurs ont modélisé ce qui se passerait si des pays majeurs comme la Chine, les Pays-Bas et les États-Unis atteignaient leurs objectifs ambitieux de décarbonation de leurs réseaux électriques d'ici 2050. Les projections étaient optimistes. Si ces fermes étaient alimentées par les réseaux plus propres de 2050, leurs impacts sur le changement climatique pourraient chuter de 30 à 70 % par rapport aux niveaux de 2020. La demande cumulée en énergie et l'utilisation des terres diminueraient également de manière significative. Cependant, l'étude a aussi mis au jour un arbitrage caché. À mesure que le monde délaisse les combustibles fossiles au profit des énergies renouvelables, la demande de minéraux et de métaux nécessaires à la construction des éoliennes, des panneaux solaires et des batteries augmente de façon spectaculaire. Les chercheurs estiment que ce changement entraînerait une augmentation de plus de 200 % de l'utilisation des minéraux et des métaux. Cela suggère que, bien que les bénéfices pour l'air et le climat de l'agriculture verticale puissent s'améliorer massivement dans un monde décarboné, la pression sur les ressources minérales de la Terre s'intensifierait.
L'étude conclut que l'agriculture verticale détient un potentiel significatif, mais seulement si l'industrie améliore la manière dont elle rapporte ses données et si les réseaux énergétiques qui l'alimentent continuent de se nettoyer. Les chercheurs ont souligné que pour que ces fermes soient véritablement durables, elles doivent être plus efficaces. La ferme la plus performante de leur examen utilisait 10 kilowattheures par kilogramme, mais des modèles théoriques suggèrent qu'avec une meilleure technologie et une meilleure gestion, ce chiffre pourrait éventuellement descendre à seulement 3,3 kilowattheures. D'ici là, le verdict environnemental sur l'agriculture verticale reste une question de contexte. Une ferme verticale dans un pays doté d'un réseau riche en charbon peut avoir une empreinte carbone plus élevée qu'une serre traditionnelle, mais cette même ferme dans un pays doté d'un réseau riche en éolien pourrait être une solution climatique. La voie à suivre nécessite non seulement une meilleure technologie agricole, mais aussi un engagement mondial pour une électricité plus propre et un reporting plus transparent de la part des entreprises qui construisent ces fermes intérieures.
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