WO2021198627A1 - Unite de production combinee de matiere animale et d'electricite et procede afferent - Google Patents
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Abstract
L´invention concerne une unité (1, 1´) de production combinée de produits agricoles et d´électricité, à partir d´une parcelle (2, 2´) agroforestière de pleine terre, ladite unité (1, 1´) de production comprenant un système (3, 3´) de production agricole de matière végétale ou animale implanté sur ladite parcelle (2, 2´), ledit système (3, 3´) de production agricole étant associé à des arbres (4, 4´) plantés sur ladite parcelle (2, 2´) agroforestière, ladite unité de production (1, 1´) comprenant également un système (5, 5´) de conversion d´énergie solaire en énergie électrique lui aussi implanté sur ladite parcelle (2, 2´) agroforestière. Production combinée de produits agricoles et d´électricité
Description
UNITE DE PRODUCTION COMBINEE DE MATIERE ANIMALE ET D’ELECTRICITE
ET PROCEDE AFFERENT
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine technique général de l'agriculture ainsi que celui de la production électrique à partir d’énergie solaire.
La présente invention se rapporte plus particulièrement à une unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité, ainsi qu'à un procédé d'optimisation d'une unité de production de produits agricoles.
TECHNIQUE ANTERIEURE On connaît des systèmes dits « agrivoltaïques » qui permettent de cultiver des végétaux tout en permettant la production d'électricité au moyen de panneaux photovoltaïques disposés au-dessus des cultures en question pour ombrager ces dernières.
Ces systèmes agrivoltaïques connus, s'ils donnent globalement satisfaction, peuvent néanmoins être optimisés. En particulier, les systèmes connus mettent en œuvre des structures ombrières relativement complexes et encombrantes, qui produisent un impact significatif sur le paysage, ce qui peut dans de nombreuses situations représenter un inconvénient important.
Ensuite, la conception des systèmes agrivoltaïques connus vise avant tout à optimiser les cultures par l’ombrage apporté à ces dernières, mais pas à optimiser le processus de production d'électricité en tant que tel.
En outre, si les systèmes agrivoltaïques connus permettent, par l’ombre apportée, de minimiser l'évaporation au niveau du sol, les caractéristiques intrinsèques (fertilité par
exemple) de ce dernier n'en sont pas pour autant améliorée, et le sol n’est pas non plus protégé efficacement contre des phénomènes naturels néfastes comme l’érosion.
De la même façon, les systèmes agrivoltaïques connus n'ont pas non plus nécessairement d'impact significatif sur la qualité de l'eau et en particulier ne permettent pas de réduire drastiquement les traitements phytosanitaires.
De plus, les installations agrivoltaïques connues ne sont pas forcément optimales en matière de stockage de dioxyde de carbone. De manière plus générale, l’impact positif sur la biodiversité et le climat des systèmes agrivoltaïques connus est relativement mesuré.
Enfin, les systèmes agrivoltaïques précités sont exclusivement dédiés aux cultures de végétaux, à l'exclusion d'autres productions agricoles.
EXPOSE DE L’INVENTION
Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à remédier aux différents inconvénients énumérés précédemment et à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité, qui présente un caractère polyvalent ainsi qu’un bilan carbone optimal, et dont la conception permet en particulier d'optimiser la production agricole mais aussi la production d'énergie électrique, tout en limitant l'utilisation d'intrants, en préservant la qualité des cours d'eau environnants, en limitant l'érosion des sols et en améliorant leur fertilité.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité dont la conception permet de maximiser la production électrique.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité qui s'intégre harmonieusement dans le paysage tout en facilitant un travail agricole mécanisé.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité qui permet une production accrue de biomasse tout en favorisant la biodiversité et le bien-être animal.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité qui permet la génération d’une ombre optimale pour la production agricole.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité dont la conception permet d'obtenir d'excellentes performances en matière de production d'électricité tout en préservant les composants mécaniques de l’équipement de production électrique.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité facile et rapide à mettre en œuvre.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité dont la conception permet d’optimiser, de façon dynamique et évolutive dans le temps, à la fois la production agricole et la production électrique.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité qui repose sur une conception universelle capable de s'adapter à différents types de production agricole, et en particulier à de la production de matière végétale ou à de la production de matière animale.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité qui permet d'optimiser une activité de production agricole végétale, en préservant et en améliorant les caractéristiques pédologiques et microbiologiques des sols, en favorisant une moindre utilisation d’intrants et en protégeant les cultures et les animaux contre les aléas climatiques.
Un autre objet de l'invention vise à proposer une nouvelle unité de production combinée de produits agricoles et d'électricité qui permet d'optimiser une activité d’élevage, en assurant en particulier un meilleur confort physique et mental des animaux, une consommation minimale d'aliments exogènes et une moindre utilisation de traitements pharmaceutiques.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau procédé d'optimisation d'une unité de production de produits agricoles particulièrement simple, rapide, efficace et respectueux de l'environnement.
Les objets assignés à l’invention sont atteints à l’aide d’une unité de production combinée de produits agricoles et d’électricité, à partir d’une parcelle agroforestière de pleine terre, ladite unité de production comprenant un système de production agricole de matière animale implanté sur ladite parcelle et incluant un parcours d’élevage de volailles, ledit système de production agricole étant associé à des arbres plantés sur ladite parcelle agroforestière, ladite unité de production comprenant également un système de conversion d’énergie solaire en énergie électrique lui aussi implanté sur ladite parcelle agroforestière.
Les objets assignés à l’invention sont aussi atteints à l’aide d’un procédé d’optimisation d’une unité de production de produits agricoles à partir d’une parcelle agroforestière de pleine terre, ladite unité de production comprenant un système de production agricole de matière animale implanté sur ladite parcelle et incluant un parcours d’élevage de volailles, ledit système de production agricole étant associé à des arbres plantés sur ladite parcelle agroforestière, dans lequel un système de conversion d’énergie solaire en énergie électrique est lui aussi implanté sur ladite parcelle agroforestière.
DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront et ressortiront plus en détail à la lecture de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, dans lesquels :
- La figure 1 illustre, de façon schématique en vue de dessus, un exemple d'unité de production conforme à l'invention, qui met en œuvre un système de production agricole permettant de produire de la matière végétale et qui inclut en l'espèce un champ de plantes de grande culture, ledit système de production agricole pouvant en outre inclure un parcours d’élevage de volailles (non représenté) afin de former un système de production combinée de matière végétale et animale.
- La figure 2 illustre, selon une vue schématique en coupe, un détail de l'unité de production de la figure 1.
- La figure 3 illustre, de façon schématique en vue de dessus, un exemple d'unité de production conforme à l'invention, qui met en œuvre un système de production agricole de matière animale, qui inclut en l'espèce un parcours d'élevage de volailles.
MEILLEURE MANIERE DE REALISER L’INVENTION
L'invention concerne une unité 1 , T de production combinée de produits agricoles et d'électricité, à partir d'une parcelle 2, 2' agroforestière de pleine terre. La parcelle 2, 2' forme ainsi une portion de terrain qui fait partie du sol même, et n'est donc pas confiné par un contenant quelconque. Cela signifie en particulier que la parcelle 2, 2' n'est pas hors sol, au contraire par exemple d'une surface de terre qui pourrait recouvrir le toit d'un bâtiment.
L'unité 1 , T permet de produire à la fois des produits agricoles et plus précisément des produits agricoles initiaux ou primaires, c'est-à-dire non transformés, et de l'électricité (énergie électrique). Plus précisément, ladite unité 1 , T de production comprend au moins un système 3' de production agricole de matière animale, ainsi qu’éventuellement un système 3 de production agricole de matière végétale, implanté(s) sur ladite parcelle 2, 2'. Dans le cas de l'exemple des figures 1 et 2, le système de production agricole est un système 3 de production agricole de matière végétale qui peut inclure ou être associé à un système de production de matière animale, tandis que dans le cas de l'exemple de la figure 3 le système de production agricole est un système 3' de production agricole de matière animale. Il est ainsi possible de combiner sur une même parcelle production de
matière animale et production de matière végétale, auquel cas l’unité de production 1 , 1’ comprend non seulement le système 3’ de production agricole de matière animale mais également (optionnellement) un système 3 de production agricole de matière végétale, qui occupe par exemple une partie de la parcelle.
Comme évoqué précédemment, la parcelle 2, 2' est une parcelle agroforestière, c'est-à- dire une parcelle agricole qui associe arbres 4, 4’ d’une part, et cultures et/ou animaux d’autre part. Ainsi, le système 3, 3' de production agricole est associé à des arbres 4, 4' plantés sur ladite parcelle 2, 2' agroforestière, en bordure et/ou au cœur de cette dernière. Le terme « arbre » désigne avantageusement ici tout végétal ligneux ramifié, avec par exemple un tronc garni de branches, de taille et hauteur variables. Les arbres 4, 4’ de la parcelle 2, 2’ peuvent ainsi inclure des arbustes, des arbres fruitiers, des arbres de grande hauteur, des arbres tiges, des arbres ou arbustes à port érigé, arbustif, arborescent ou buissonnant, des feuillus, des conifères ou résineux, cette liste n’étant pas limitative.
La parcelle 2, 2' agroforestière peut être ainsi de différentes natures, et par exemple constituer un système agrosylvicole, ou bien un système sylvopastoral, ou encore un préverger, cette liste n'étant bien entendu pas limitative elle non plus.
De plus, conformément à l'invention, l'unité de production 1 , l' comprend également un système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique, ledit système 5, 5' de conversion étant lui aussi implanté sur ladite parcelle 2, 2' agroforestière, en association avec le système 3, 3’ de production agricole et les arbres 4, 4'.
Grâce à cette combinaison originale, qui allie technique d'agroforesterie et agrivoltaïsme en associant production agricole, arbres et système de conversion d'énergie solaire en énergie électrique, des bénéfices multiples et synergiques peuvent être obtenus.
Un premier avantage réside dans la diversification de la production de la parcelle 2, 2’, qui outre les productions agricoles (matières végétales agricoles et/ou matières animales agricoles) assure également :
- une production d'électricité (qui peut être réutilisée ou non par l’exploitation),
- ainsi qu’une production de matière végétale sylvicole, utile par exemple pour produire du bois d'œuvre, ou de la biomasse utilisable par exemple pour la fertilisation du sol (par exemple sous forme de bois raméal fragmenté ou BRF), ou bien de l'énergie thermique (bois énergie), ou encore pour produire de la litière pour les animaux d'élevage.
Les produits, services et revenus de l'exploitation sont ainsi diversifiés et sécurisés.
Grâce au caractère agroforestier de la parcelle 2, 2', le système 3, 3' de production agricole implantée sur la parcelle 2, 2' nécessite l'utilisation de moins d'intrants. En effet, la fertilité des sols est améliorée grâce à la biomasse des arbres (restituée au sol via les feuilles qui tombent et la décomposition des racines), qui est riche en lignine et contribue à former un humus particulièrement stable et fertile. La qualité de l'eau est également améliorée, avec une meilleure structuration du sol grâce aux systèmes racinaires des arbres qui non seulement facilitent l'activité biologique du sol, améliorent l'infiltration du ruissellement et limitent l'évaporation du sol, mais permettent aussi de réduire la pollution des nappes phréatiques et des cours d'eau en limitant la lixiviation des nitrates. La meilleure structuration du sol permet également de lutter contre l'érosion.
Le caractère agroforestier de la parcelle 2, 2' permet également de séquestrer du carbone, ce qui permet ainsi d'agir favorablement sur le climat. Cet effet bénéfique est accentué par la présence du système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique, qui conduit à un bilan carbone avantageux.
La présence des arbres 4, 4' permet également, dans le cas où le système de production agricole mis en œuvre est un système 3 de production agricole de matière végétale, de réduire les traitements phytosanitaires. Les arbres 4 contribuent en effet à une amélioration de la biodiversité, en structurant des habitats qui abritent une faune et une flore utiles à la production agricole. Le risque de verse est également réduit car les arbres 4, notamment lorsqu'ils sont organisés en haies, protègent les cultures du vent. De manière générale, les plantes subissent moins de stress de sorte que la productivité agricole est améliorée par la présence des arbres 4 et le caractère forestier de la parcelle.
De manière avantageuse, lesdits arbres 4, 4’ ne sont pas des arbres à vocation alimentaire. En particulier, lesdits arbres 4, 4’, quelle que soit leur implantation, ne font pas partie en tant que tels du système 3, 3’ de production agricole, et ne sont donc pas aptes et destinés à produire un aliment comestible et/ou une matière première destinée à l’industrie agroalimentaire (contrairement au système 3, 3’ de production agricole).
Selon une variante, ledit système 3, 3’ de production agricole comprend une ou plusieurs zones chacune délimitée par un périmètre respectif au sein duquel est réalisé la production agricole, et certains desdits arbres 4, 4’ sont planté(s) à l’intérieur dudit périmètre tandis que d’autres sont plantés à l’extérieur dudit périmètre et/ou sur ledit périmètre.
Lorsque le système de production agricole est un système 3' de production agricole de matière animale, par exemple un système d'élevage, les effets bénéfiques du caractère agroforestier de la parcelle 2’ constatés sont notamment les suivants :
- protection climatique (plus de confort et moins de stress pour les animaux, lesquels produisent donc moins de toxines ce qui permet une amélioration du produit fini) ;
- moins d'aliments exogènes consommés (une partie des besoins est couverte par les apports des arbres, notamment lorsqu'ils sont organisés en haie, et ou par une meilleure exploration de la parcelle par les animaux) ;
- besoins en traitements pharmaceutiques réduits (amélioration de la santé des animaux) ;
- et meilleure valeur nutritive du produit fini.
Quant à la présence du système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique sur la parcelle 2, 2', elle permet de générer de l'ombre, produite par les composants (et en particulier les panneaux photovoltaïques) du système 5, 5’ de conversion d'énergie solaire en énergie électrique, ce qui permet de protéger les sols et les animaux tout en générant un éventuel revenu lié à la vente de l'électricité ainsi produite. La productivité des terres agricoles composant la parcelle 2, 2' est ainsi améliorée par la production conjointe de produits alimentaires et d'énergie.
L'association des arbres 4, 4' et du système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique permet en outre d'obtenir des effets synergiques remarquables, et en particulier les effets bénéfiques exposés dans ce qui suit.
Tout d’abord, la présence des arbres 4, 4', en particulier lorsqu'ils contribuent à former ou forment des haies périphériques, augmente la «r rugosité » du site de la parcelle 2, 2’, ce qui permet de protéger le système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique des excès climatiques, notamment du vent En particulier, lorsque des trackers (ou suiveurs solaires) sont mis en œuvre par le système 5, 5’ de conversion, ces derniers seront moins souvent mis en position de sécurité (mise à plat), de sorte que la production d'électricité sera maximisée et les composants des trackers subiront moins de fatigue mécanique.
Un autre effet synergique intéressant réside dans le fait que les performances de production du système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique sont améliorées par le microclimat « culture + arbres » (lorsqu’un système 3 de production agricole de matière végétale est mis en œuvre) ou le micro-climat « prairie + arbres » (lorsqu’un système 3’ de production agricole de matière animale est mis en œuvre). En effet, la chaleur nuit généralement au rendement des cellules photovoltaïques. Le microclimat crée par la végétation, et en particulier par les arbres 4, 4' implantés sur la parcelle 2, 2' agroforestière, entraîne, via le phénomène d'évapotranspiration, une baisse locale de la température qui limite ainsi réchauffement des cellules photovoltaïques et améliore le rendement du système 5, 5’ de conversion.
Par ailleurs, l'association d'un aménagement sylvicole et d'un système de conversion d'énergie solaire en énergie électrique sur une même parcelle agroforestière permet de bénéficier d'une synergie dynamique dans le temps. En effet, durant les premières années suivant la création de l’unité 1 , T, alors que les arbres 4, 4’ peuvent être encore des jeunes sujets qui produisent peu ou pas d'ombre, le système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique permet d'apporter immédiatement une ombre suffisante pour notamment favoriser le développement des arbres et limiter le dessèchement local du sol. La surface d'ombre immédiatement disponible grâce à
l'implantation du système 5, 5' de conversion sur la parcelle 2, 2' permet également, lorsque le système de production agricole concerné est un système 3’ de production agricole de matière animale (mettant en œuvre par exemple un parcours d'élevage de volailles), d'apporter du confort et de la sécurité aux animaux, dans l'attente de la pousse suffisante des arbres, en les protégeant des prédateurs et du soleil. Par la suite, les deux entités (système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique d'une part et arbres 4, 4' d'autre part) viennent se compléter.
Par ailleurs, pour ne pas gêner le fonctionnement du système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique, en particulier lorsque ce système met en œuvre des modules photovoltaïques dont l'orientation spatiale varie automatiquement pour suivre le soleil (dispositif de type « tracker »), les arbres 4, 4' implantées au voisinage du système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique sont taillées pour limiter leur hauteur a une valeur (par exemple de l’ordre de 2 m) compatible avec la course des trackers, ce qui limite l'effet potentiellement négatif de l'ombre habituellement observée dans les systèmes agroforestiers classiques où les sujets sont beaucoup plus grands.
L’association, sur une même parcelle, d’un système 3, 3’ de production agricole de matière animale (et optionnellement de matière végétale), d’un système de production de matière végétale sylvicole et d’un système de production d’énergie solaire permet donc, comme exposé ci-avant, de générer des synergies particulièrement intéressantes pour l’exploitation elle-même, l’environnement et le climat.
Comme évoqué précédemment, le système de conversion 5, 5' comprend avantageusement un ou plusieurs dispositifs photovoltaïques 50, 50’ comprenant chacun un module photovoltaïque 51 , 51’, formé par exemple par un panneau photovoltaïque (qui peut lui-même être formé par la réunion de plusieurs panneaux élémentaires), dont l'orientation spatiale varie automatiquement en fonction d'un ou plusieurs paramètres de commande. Le ou les paramètre(s) de commande en question incluent avantageusement des paramètres astronomiques et/ou météorologiques, de façon que chaque module photovoltaïque puisse avantageusement suivre la course du soleil afin d'optimiser la
production d'électricité, puisse également adopter une position de repos la nuit (mise à plat) et puisse enfin adopter une position de sécurité en cas de phénomène météorologique violent (par exemple une mise à plat en cas de vent trop violent ou une mise à la verticale en cas de grêle). Le recours à des modules photovoltaïques 51 , 51’ à orientation spatiale variable s'avère également particulièrement avantageux en ce qui concerne l'ombre apportée par chaque module 51 , 51' sur la parcelle 2, 2’. Grâce à la mobilité des modules 51, 51’, l'ombre est en effet répartie sur la journée et les saisons, ce qui limite son potentiel impact négatif sur la production agricole de la parcelle 2, 2'. De préférence, chaque panneau photovoltaïque formant un module 51, 51’ présente une superficie qui est comprise entre environ 50 et 200 m2, de préférence entre 80 et 150 m2, de telles surfaces présentant un excellent compromis entre la production d'énergie électrique et l'ombrage induit sur la parcelle 2, 2'.
De tels modules photovoltaïques 51 , 51’ à orientation spatiale variable automatiquement sont connus en tant que tel, et sont couramment appelés « trackers », « trackers solaires » ou encore «r suiveurs solaires ». Les trackers solaires mettent généralement en œuvre une structure portante qui permet de faire progressivement varier l’orientation spatiale de panneaux photovoltaïques montés sur la structure portante, selon le principe de l'héliostat, afin d'en augmenter la productivité. Cette orientation est avantageusement opérée selon deux axes de rotation, savoir un axe vertical et un axe horizontal, ce qui permet aux panneaux photovoltaïques formant le module photovoltaïque 51, 51’ de suivre automatiquement la course du soleil en ajustant continûment ou à intervalles de temps réguliers l'élévation et l'azimut de façon contrôlée, en réaction à l'évolution des paramètres de commande.
Avantageusement, chaque dispositif photovoltaïque 50, 50' comprend un mât respectif 52 sur lequel est monté le module photovoltaïque 51, 51’ respectif. Grâce à cette caractéristique, l'emprise au sol du système 5, 5' de conversion est très limitée, ce qui facilite le travail agricole sur la parcelle 2, 2’. Avantageusement, chaque mât 52 et suffisamment haut pour libérer un passage sous chaque module photovoltaïque 51, 51’ afin de permettre notamment le passage de véhicules agricoles 10, du genre tracteur ou autre. Chaque mât 52 présente par exemple une hauteur comprise entre 4 et 10 m, le
module photovoltaïque 51, 51’ étant fixé au sommet du mât 52 correspondant, au moyen d'une liaison mécanique autorisant un pivotement selon un axe vertical et selon un axe horizontal. Ce positionnement en hauteur du module photovoltaïque contribue à la bonne ventilation de ce dernier, ce qui permet de limiter les effets d'un échauffement intempestif qui pourrait nuire au rendement du module photovoltaïque 51.
Avantageusement, chaque module photovoltaïque 51 , 51’ comprend un panneau avec une face endroit et une face envers opposée, lesdites faces endroit et envers étant toutes deux pourvus de cellules photovoltaïques. Grâce à cet agencement biface, chaque module photovoltaïque 51 , 51’ est en mesure non seulement de capter directement la lumière provenant du soleil au moyen de sa face endroit, mais également, grâce à sa face envers, de capter de la lumière réfléchie et de la lumière diffuse pour contribuer à la production d'électricité, ce qui permet de produire 10 à 25 % d'énergie supplémentaire par rapport à un agencement monoface.
Le mode de réalisation correspondant aux figures 1 et 2 va maintenant être décrit plus en détail. Dans cet exemple de réalisation, le système de production agricole de l'unité 1 est un système 3 de production agricole de matière végétale. Plus précisément, ledit système 3 de production agricole de matière végétale comprend avantageusement un champ de plantes de grandes cultures, par exemple des céréales, des oléagineux, des protéagineux et/ou des plantes de culture fourragères, du type prairies naturelles ou artificielles. Avantageusement, le système 3 de production agricole de matière végétale, formé par exemple par un champ 30 de plantes de grandes cultures, est implanté sur la surface de la parcelle 2 disponible hors les surfaces occupées par lesdits arbres 4 et le système 5 de conversion d'énergie solaire en énergie électrique.
De préférence et comme illustré aux figures 1 et 2, les dispositifs photovoltaïques 50 sont implantés en ligne et à distance les uns des autres sur la parcelle 2, de façon à former un ou plusieurs rangs 6, 7, 8, lesquels rangs 6, 7, 8 sont par exemple, comme illustré aux figures, identiques, sensiblement rectilignes, parallèles et distants les uns des autres (voir la figure 1).
Avantageusement, iesdits arbres 4 comprennent une première pluralité d'arbres 40 plantés en ligne pour former, ou contribuer à former, une première haie 9 qui occupe les espaces inter-dispositifs photovoltaïques 50 dans chaque rang 6, 7, 8 (lesquels sont au nombre de trois dans l’exemple illustré). La première haie 9 est ainsi composée de tronçons élémentaires sensiblement rectilignes qui s'étendent longitudinalement, dans chaque rang 6, 7, 8, entre chaque dispositif photovoltaïque 50, c'est-à-dire en l'espèce entre chaque mât 52. Par exemple, ladite première haie 9 présente une hauteur maximale H inférieure ou égale à environ 2 m, et de préférence de l'ordre de 1,5 à 2 m, de façon à pouvoir venir au plus près des dispositifs photovoltaïques 50, et plus précisément des mâts respectifs 52 de ces derniers, sans gêner la course des modules photovoltaïques 51 à orientation spatiale variable, tout en favorisant la production de biomasse et la présence de biodiversité utile à la productivité de la parcelle 2.
Avantageusement, ladite première haie 9 comprend en alternance des trognes 90 pour produire de la biomasse et des végétaux à port buissonnant 91 pour favoriser la biodiversité. Les trognes peuvent même être qualifiées de mini-trognes pour tenir compte des contraintes de hauteur liées au voisinage des trackers. La taille en « mini-trogne » permet de garder les arbres 4 en phase de croissance continuelle, ce qui permet ainsi de continuer de stocker du carbone tout au long de la vie de l’arbre (en l’absence de conduite en trogne, les arbres stockent du carbone pendant leur croissance et arrêtent de stocker une fois arrivés à maturité). Dans un même rang, les trognes 90 sont par exemple mutuellement espacés d’une distance D3 comprise entre 0,5 m et 5 m, par exemple de l’ordre en moyenne de 2 m. Avantageusement, les trognes 90 sont implantés selon une densité d’environ 4 trognes / m2. L'alternance de trognes 90 et d'essences favorisant la biodiversité 91 permet à la fois de produire, grâce aux trognes, du bois (par exemple du bois de chauffe) et/ou du fourrage, tout en apportant, grâce aux végétaux à port buissonnant 91 intercalés entre les trognes 90, des fleurs, des fruits et des refuges pour les animaux, favorisant ainsi la biodiversité et donc indirectement la productivité de la parcelle 2. La conduite en trognes des arbres 4 est particulièrement avantageuse. Elle permet en effet d’obtenir des hauteurs d’arbres compatibles avec la présence à proximité immédiate des dispositifs photovoltaïques 50 dont le module photovoltaïque 51 respectif
est disposé à une altitude supérieure à la hauteur de la première haie 9, grâce au montage sur mât 52, tout en optimisant la production de matière végétale sylvicole.
Avantageusement, lesdits rangs 6, 7, 8 sont espacés les uns des autres d'une distance DO sensiblement constante, par exemple au moins égale à 10 m, de préférence au moins égale à 30 m, et de façon encore plus préférentielle de l'ordre en moyenne de 40 m, afin de ménager entre les rangs 6, 7, 8, dans le sens de travail de la parcelle 2, des passages suffisants pour permettre le travail de l'agriculteur, y compris bien entendu avec des moyens mécanisés (tracteur 10 ou autre). La distance D0 est avantageusement mesurée entre deux alignements de trackers, ce qui laisse, lorsque la distance inter-rangs D0 est égale à 40 m, une largeur de travail D1 par exemple d'environ 36 m, suffisante pour laisser passer des engins agricoles 10.
Avantageusement, au sein de chaque rang 6, 7, 8, les dispositifs photovoltaïques 50 sont espacés les uns des autres d'une distance D2 (mesurée par exemple entre chaque mât 52) sensiblement constante, par exemple au moins égale à 10 m, de préférence au moins égale à 20 m, de façon encore plus préférentielle de l'ordre en moyenne de 35 m. Un tel agencement permet un bon compromis entre la production d'énergie électrique et les éventuels effets néfastes de l'ombre générée par les panneaux photovoltaïques sur les cultures.
Avantageusement, lesdits arbres 4 comprennent une deuxième pluralité d'arbres 41 plantés en périphérie de la parcelle 2 pour former, ou contribuer à former, une deuxième haie 11 périphérique, de type brise-vent, de préférence continue, et qui de préférence entoure ladite parcelle 2. Grâce à la présence de cette deuxième haie 11 , le risque de verse et de détérioration ou de mise en sécurité fréquente des dispositifs photovoltaïques 50 est minimisée, ce qui permet d'optimiser à la fois la production agricole et la production d'énergie électrique, tout en permettant également une production de biomasse additionnelle.
Avantageusement, le système 5 de conversion d’énergie solaire en énergie électrique comprend des câbles électriques reliés à chaque dispositif photovoltaïque 50 pour transporter l'énergie électrique produite par ces derniers. Lesdits câbles sont enfouis
dans le sol de la parcelle 2, et cheminent avantageusement le long de chaque rang 6, 7, 8 selon un ou plusieurs chemins qui s'étendent sensiblement parallèlement auxdits rangs
6, 7, 8, à une distance d'au moins 1 m, et de préférence d'environ 2 m, desdits rangs 6,
7, 8. Dans ce cas de figure avantageux, les câbles transportant l'énergie électrique produite par les dispositifs photovoltaïques 50 sont enfouis dans le sol de la parcelle 2 à une profondeur de préférence au moins égale à 30 cm et inférieure à 1 ,5 m, de préférence au moins égale à 40 cm et inférieure à 1 m, de façon encore plus préférentielle égale à en moyenne environ 60 cm. De façon particulièrement préférentielle, les câbles cheminent le long de chaque rang 6, 7, 8 selon des chemins rectilignes qui s'étendent à environ 2 m de la ligne des trackers formant avantageusement les dispositifs photovoltaïques 50, ce qui permet dans ce cas un enfouissement à 60 cm de profondeur, facile et rapide à réaliser. Un cheminement de câbles pourrait être envisagé sous la première haie 9, mais dans ce cas il faudrait prévoir une profondeur d'enfouissement d'au moins 2,5 m.
Dans le mode de réalisation préférentiel illustré aux figures 1 et 2, l'unité 1 permet de capter et de valoriser jusqu’à cinq fois plus d'énergie solaire qu'un système simple de grande culture, avec un stockage qui peut aller jusqu'à environ 7,32 t de éq.C02 par hectare et par an, voire même jusqu’à environ 9,15 t de éq.CCte par hectare et par an si des pratiques agro-écologiques complémentaires (par exemple des pratiques de semis direct et couverts végétaux en inter-culture) sont mises en oeuvre . Grâce à la mise en œuvre de modules photovoltaïques dont l'orientation spatiale varie automatiquement, de préférence pour suivre la course du soleil, l'ombre produite par le système 5 de conversion d'énergie solaire en énergie électrique n'a pas d'impact négatif sur le rendement de la culture, du fait de la répartition de l'ombre sur la journée et les saisons. Grâce au maintien de la première haie 9 à une hauteur n'excédant de préférence pas 2 m, afin ne pas gêner la course des trackers, un effet bénéfique additionnel est obtenu de limitation de l'impact de l'ombre produite par la haie, en particulier par rapport à un système agroforestier classique où les sujets sont habituellement beaucoup plus grands. Comme évoqué précédemment, le microclimat créé par la végétation (plantes de grandes cultures et arbres 4) entraîne, via l'évapotranspiration, une baisse locale de la température qui limite échauffement des cellules photovoltaïques ce qui favorise leur
fonctionnement optimal. La présence des trackers permet en outre, dans les premières années de création de l'unité 1 , de compenser la petite taille des arbres en apportant en particulier une ombre suffisante qui favorisera le développement des arbres et limitera le dessèchement local du sol. Par la suite les trackers 50 et les arbres 4 se complètent comme évoqué précédemment. Enfin, l'électricité produite par le système 5 de conversion d'énergie solaire en énergie électrique peut être utilisée localement, par exemple pour du pompage d'eau, de l'irrigation, ou encore de la brumisation par exemple.
L'invention n'est bien entendu pas limitée à une unité de production mettant en œuvre un système de production agricole de matière végétale comme dans l'exemple des figures 1 et 2. Il est en effet également possible que le système de production agricole de l'unité de production selon l'invention soit uniquement un système 3' de production agricole de matière animales comme illustré par la figure 3.
Selon l’invention et comme illustré par la figure 3, le système 3' de production agricole de matière animale inclut un parcours d'élevage de volailles. Ledit parcours d’élevage de volailles est donc avantageusement implanté sur la parcelle agroforestière 2'. De manière avantageuse, le système 3' de production agricole de matière animale comprend dans ce cas un poulailler 12 constitué en l'espèce par un bâtiment disposé sur la parcelle 2' et qui est muni de trappes permettant la sortie des volailles (matérialisée par les flèches 12A) à l'extérieur, en plein air, sur la parcelle 2'.
Dans ce mode de réalisation particulier, les dispositifs photovoltaïques 50' sont préférentiellement répartis de manière sensiblement homogène sur le parcours, en étant implanté par exemple à une distance comprise entre 20 et 40 mètres, de préférence d'environ 35 m, les uns des autres de toutes parts (axe nord-sud et axe est-ouest).
Avantageusement, les arbres 4' plantés sur la parcelle 2' forment, ou contribuent à former, au moins :
- des haies brise-vent 13,14, de préférence de hauteur au moins égale à 4 m, avantageusement implantés perpendiculairement au sens des vents dominants qui soufflent sur la parcelle 2',
- et/ou un aménagement sylvicole 15, incluant par exemple des arbres hautes tiges qui participeront à l'intégration paysagère de l'ensemble du système.
De préférence, lesdits arbres 4' forment, ou contribuent à former, des haies basses 16 et/ou des petits bosquets 17, de hauteur comprise par exemple entre 1 et 3 m (par exemple les haies basses 16 ont une hauteur comprise entre 2 et 3 m tandis que les petits bosquets 17 font environ 1,5 m de hauteur), qui font office d'éléments de liaison entre les dispositifs photovoltaïques 50' entre eux, et/ou entre les dispositifs photovoltaïques 50' et l'aménagement sylvicole 15.
La parcelle 2' est ainsi avantageusement pourvue d'éléments distants les uns des autres, qui font office de « point d'ancrage » pour les animaux qui peuvent y trouver de l'ombre, un abri contre les prédateurs et/ou de la nourriture (baies, fruits, insectes...). Ces éléments sont formés par les dispositifs photovoltaïques 50' dispersés sur le parcours établi sur la parcelle 2', ainsi que par les arbres 4' implantés sur la parcelle 2’ et qui se présentent sous la forme de sujets isolés et/ou de haies basses 16 et/ou de petits bosquets 17 par exemple. Les éléments en question sont avantageusement implantés de manière à être distants d'au moins un autre élément d'une distance qui n'excède pas 25 m (distance maximale qu’est capable de franchir en pratique une volaille entre deux abris, à découvert). Idéalement, la distance en question n'excédera pas 15 m pour favoriser l’exploration de l’ensemble du parcours par les animaux.
Le recours à des trackers pour constituer les dispositifs photovoltaïques 50' permet d'apporter une grande surface d'ombre disponible dès l'implantation, alors que les arbres 4' sont encore petits et ne fournissent que peu ou pas d'ombre. Puis les arbres 4’ vont grandir et contribuer à offrir à leur tour une ombre et un abri suffisants aux volailles, tout en optimisant la production électrique grâce à la création par la végétation d'un microclimat « prairie + arbres », par évapotranspiration, ce qui entraîne une baisse locale de la température limitant échauffement des cellules photovoltaïques. Bien entendu, une partie de l'électricité générée au niveau de la parcelle 2' peut être utilisée pour alimenter des équipements d'élevage.
L'invention permet en définitive d'optimiser l'exploitation du rayonnement solaire, en privilégiant la mise en œuvre combinée et synergique de différents mécanismes biologiques (photosynthèse...) et techniques (conversion photovoltaïque) avec une séquestration de CO2 efficace. Concernant ce dernier point, certaines exploitations peuvent grâce à l’invention passer d'un bilan négatif de stockage carbone à un bilan positif (l'exploitation stocke plus de carbone qu'elle n'en produit).
Par exemple, on peut estimer en première approche que pour une parcelle du type de celle illustrée par la figure 1 , qui associe : - un champ de grande culture 3,
- des trackers solaires 50 mettant en œuvre des panneaux biface, de type monocristallin bi-verre 315 Wc, chaque tracker présentant les caractéristiques exposées dans le tableau 1 ci-après,
- une haie périphérique 11 s’étendant sur 400 m linéaires, - et des mini-trognes 90 disposés en haie entre les trackers, alors une durée présentant un ordre de grandeur de 7,5 ans seulement serait requise pour compenser les émissions de CO2 générées par la mise en place des trackers (à raison de 6 trackers / hectare), en se basant sur un productible de 2000 kWh/kWc et un stockage par le système agroforestier de l’ordre de 7,32 t CCheq/ha/an. Tableau 1
L'invention permet en outre un déploiement dynamique qui conduit rapidement à des performances significatives, tout en aménageant le territoire de manière simple, rapide, efficace et harmonieuse. L'invention peut enfin être aisément mise en œuvre à partir d'unités de production de produits agricoles déjà existantes. L'invention concerne d'ailleurs également en tant que tel un procédé d'optimisation d'une unité de production de produits agricoles à partir d'une parcelle 2, 2' agroforestière de pleine terre, l'unité de production comprenant au moins un système 3' de production agricole de matière animale ainsi qu’éventuellement un système 3 de production agricole de matière végétale, implanté(s) sur ladite parcelle 2, 2', ledit système 3’ de production agricole de matière animale incluant un parcours d’élevage de volailles. Dans le cadre de la présente invention, le système 3, 3' de production agricole inclut donc au moins un système de production agricole de matière animale. Le système 3, 3' de production agricole est ainsi associé à des arbres 4, 4' plantés sur ladite parcelle 2, 2' agroforestière. Selon le procédé de l'invention, un système 5, 5' de conversion d'énergie solaire en énergie électrique est lui aussi implanté sur ladite parcelle 2, 2' agroforestière, afin d'obtenir les différents effets bénéfiques et synergiques évoqués dans ce qui précède. Le procédé permet ainsi d'obtenir une unité 1, l' de production combinée selon l'invention, conformément à la description qui précède,
laquelle description est applicable, mutatis mutandis, au procédé de l'invention et réciproquement.
APPLICATION INDUSTRIELLE
L’unité de production et le procédé d’optimisation de l’invention permettent de valoriser de manière particulièrement avantageuse les surfaces agricoles destinées à la production de matière animale (et optionnellement de matière végétale), en améliorant la productivité globale de ces dernières, tout en diversifiant les sources de revenus des agriculteurs et plus particulièrement des éleveurs.
Claims
1. Unité (1, 1’) de production combinée de produits agricoles et d’électricité, à partir d’une parcelle (2, 2’) agroforestière de pleine terre, ladite unité (1, 1’) de production comprenant un système (3, 3’) de production agricole de matière animale implanté sur ladite parcelle (2, 2’) et incluant un parcours d’élevage de volailles, ledit système (3, 3’) de production agricole étant associé à des arbres (4, 4’) plantés sur ladite parcelle (2, 2’) agroforestière, ladite unité de production (1, 1’) comprenant également un système (5, 5’) de conversion d’énergie solaire en énergie électrique lui aussi implanté sur ladite parcelle (2, 2’) agroforestière.
2. Unité de production (1, l') selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit système de conversion (5, 5’) comprend un ou plusieurs dispositif(s) photovoltaïque(s) (50, 50’) comprenant chacun un module photovoltaïque (51, 51’) dont l’orientation spatiale varie automatiquement en fonction d’un ou plusieurs paramètres de commande.
3. Unité de production (1 , 1’) selon la revendication précédente caractérisée en ce que chaque dispositif photovoltaïque (50, 50’) comprend un mât respectif (52) sur lequel est monté le module photovoltaïque (51, 51’) respectif.
4. Unité de production (1, 1’) selon la revendication précédente caractérisé en ce que chaque module photovoltaïque (51 , 51’) comprend un panneau avec une face endroit et une face envers opposée, lesdites faces endroit et envers étant toutes deux pourvues de cellules photovoltaïques.
5. Unité de production (1) selon l’une des revendications 2 à 4 caractérisée en ce que lesdits dispositifs photovoltaïques (50) sont implantés en ligne et à distance les uns des autres sur ladite parcelle (2), de façon à former un ou plusieurs rang(s) (6, 7, 8).
6. Unité de production (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdits arbres (4) comprennent une première pluralité d’arbres (40) plantés en ligne(s)
pour former, ou contribuer à former, une première haie (9) qui occupe les espaces inter-dispositifs photovoltaïques (50) dans chaque rang (6, 7, 8).
7. Unité de production (1) selon la revendication précédente caractérisée en ce que ladite première haie (9) comprend en alternance des trognes (90) pour produire de la biomasse et des végétaux à port buissonnant (91) pour favoriser la biodiversité.
8. Unité de production (1) selon la revendication 6 ou 7 caractérisée en ce que ladite première haie (9) présente une hauteur maximale inférieure ou égale à environ 2 m.
9. Unité (1) de production selon l’une des revendications 5 à 8 caractérisée en ce que lesdits rangs (6, 7, 8) sont espacés les uns des autres d’une distance (D0) sensiblement constante au moins égale à 10 m, de préférence au moins égale à 30 m, de façon encore plus préférentielle de l’ordre en moyenne de 40 m.
10. Unité (1) de production selon l’une des revendications 5 à 9 caractérisée en ce qu’au sein de chaque rang (6, 7, 8) les dispositifs photovoltaïques (50) sont espacées les uns des autres d’une distance (D2) sensiblement constante au moins égale à 10 m, de préférence au moins égale à 20 m, de façon encore plus préférentielle de l’ordre en moyenne de 35 m.
11. Unité (1) de production selon l’une des revendications 5 à 10 caractérisée en ce que ledit système (5) de conversion comprend des câbles électriques reliés à chaque dispositif photovoltaïque (50) pour transporter l’énergie électrique produite par ces derniers, lesdits câbles étant enfouis dans le sol de la parcelle (2), à une profondeur au moins égale à 30 cm et inférieure à 1 ,5 m, de préférence au moins égale à 40 cm et inférieure à 1 m, de façon encore plus préférentielle égale en moyenne à environ 60 cm, lesdits câbles cheminant le long de chaque rang (6, 7, 8) selon un ou plusieurs chemins qui s’étendent sensiblement parallèlement aux rangs (6, 7, 8), à une distance d’au moins 1 m, et de préférence d’environ 2 m, desdits rangs (6, 7, 8).
12. Unité (1) de production selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits arbres (4) comprennent une deuxième pluralité (41) d’arbres plantés en
périphérie de la parcelle pour former, ou contribuer à former, une deuxième haie (11) périphérique, de type brise-vent, de préférence continue, qui de préférence entoure ladite parcelle (2).
13. Unité (1’) de production selon au moins l’une quelconque des revendications 2 à 11 , caractérisée en ce que lesdits dispositifs photovoltaïques (50’) sont répartis de manière sensiblement homogène sur ledit parcours, en étant implantés à une distance comprise entre 20 et 40 m, de préférence d’environ 35 m, les uns des autres de toute part.
14. Unité (1’) de production selon au moins l’une des revendications 2 à 11 et/ou la revendication 13, caractérisée en ce que lesdits arbres (4’) plantés sur la parcelle (2’) forment, ou contribuent à former, au moins :
- des haies brise-vent de (13, 14) hauteur au moins égale à 4 m, implantés perpendiculairement aux sens des vents dominants qui soufflent sur la parcelle (2’),
- et/ou un aménagement sylvicole (15), incluant par exemple des arbres haute tige.
15. Unité (1’) de production selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits arbres (4’) forment, ou contribuent à former, des haies basses (16) et/ou des petits bosquets (17), de hauteur comprise entre 1 et 3 m, qui font office d’éléments de liaison entre les dispositifs photovoltaïques (50’) entre eux, et/ou entre les dispositifs photovoltaïques (50’) et l’aménagement sylvicole (15).
16. Unité de production (1, 1’) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits arbres (4, 4’) ne sont pas des arbres à vocation alimentaire.
17. Procédé d’optimisation d’une unité de production de produits agricoles à partir d’une parcelle (2, 2’) agroforestière de pleine terre, ladite unité de production comprenant un système (3, 3’) de production agricole de matière animale implanté sur ladite parcelle (2, 2’) et incluant un parcours d’élevage de volailles, ledit système (3, 3’) de production agricole étant associé à des arbres (4, 4’) plantés sur ladite parcelle (2,
2') agroforestière, dans lequel un système (5, 5’) de conversion d’énergie solaire en énergie électrique est lui aussi implanté sur ladite parcelle (2, 2’) agroforestière.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| EP21723878.1A EP4125329A1 (fr) | 2020-04-02 | 2021-04-02 | Unite de production combinee de matiere animale et d'electricite et procede afferent |
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