Plongée en profondeur : Explorer les frontières de la recherche sur la culture souterraine

Alors que la population mondiale continue de croître et que le changement climatique menace de plus en plus les pratiques agricoles traditionnelles, la recherche de méthodes de production alimentaire innovantes et durables devient de plus en plus cruciale. Une voie d'exploration prometteuse se trouve sous nos pieds : la culture souterraine. Cet article explore le monde de la recherche sur la culture souterraine, examinant ses avantages potentiels, ses défis, ses techniques de pointe et ses applications mondiales pour un avenir alimentaire plus sûr et plus durable.

Pourquoi la culture souterraine ? Relever les défis mondiaux

La culture souterraine, également connue sous le nom d'agriculture souterraine ou de culture en profondeur, offre plusieurs avantages convaincants par rapport à l'agriculture conventionnelle, notamment face aux défis mondiaux urgents :

• Optimisation de l'espace : L'étalement urbain et la limitation des terres arables sont des contraintes majeures pour la production alimentaire. Les installations souterraines peuvent utiliser des espaces autrement inutilisables, tels que des mines abandonnées, des tunnels et des sous-sols, maximisant ainsi l'efficacité de l'espace.
• Résilience climatique : Les environnements souterrains offrent un climat stable et contrôlé, protégeant les cultures des événements météorologiques extrêmes comme les sécheresses, les inondations et les fluctuations de température. Ceci est particulièrement crucial dans les régions confrontées à une variabilité climatique croissante.
• Conservation de l'eau : Les systèmes de culture souterraine peuvent réduire considérablement la consommation d'eau grâce à des systèmes d'irrigation en circuit fermé et une évaporation réduite. C'est essentiel dans les régions où l'eau est rare.
• Lutte contre les ravageurs et les maladies : L'environnement contrôlé des installations souterraines minimise le risque de ravageurs et de maladies, réduisant ainsi le besoin de pesticides et d'herbicides.
• Saisons de culture prolongées : Les environnements souterrains permettent une production agricole tout au long de l'année, quelles que soient les conditions météorologiques extérieures, assurant ainsi un approvisionnement alimentaire constant.
• Réduction des coûts de transport : Les fermes souterraines peuvent être situées plus près des centres urbains, ce qui réduit les coûts de transport et les émissions liés à la distribution alimentaire.

Principaux domaines de recherche sur la culture souterraine

La recherche sur la culture souterraine englobe un large éventail de disciplines, notamment les sciences végétales, l'ingénierie, les sciences de l'environnement et l'économie. Parmi les principaux domaines de recherche, on trouve :

1. Optimisation du contrôle environnemental

Le maintien de conditions environnementales optimales, telles que la température, l'humidité, la lumière et la circulation de l'air, est crucial pour le succès de la culture souterraine. La recherche dans ce domaine se concentre sur :

• Systèmes d'éclairage : Développer des systèmes d'éclairage LED écoénergétiques adaptés aux besoins spécifiques des différentes cultures. La recherche se poursuit pour déterminer les spectres lumineux, l'intensité et la photopériode optimaux afin de maximiser la croissance des plantes et leur contenu nutritionnel. Par exemple, des chercheurs au Japon expérimentent des combinaisons de lumière rouge et bleue pour optimiser la croissance de la laitue dans des installations souterraines.
• Systèmes de contrôle climatique : Concevoir et mettre en œuvre des systèmes de contrôle climatique capables de maintenir des niveaux de température et d'humidité stables tout en minimisant la consommation d'énergie. L'énergie géothermique et la récupération de la chaleur résiduelle sont explorées comme sources d'énergie durables pour le contrôle climatique souterrain. À Helsinki, en Finlande, un centre de données souterrain utilise la chaleur résiduelle pour chauffer des serres, démontrant une approche d'économie circulaire.
• Gestion de la qualité de l'air : Assurer une ventilation adéquate et des niveaux de CO2 optimaux pour la croissance des plantes. La recherche étudie l'utilisation de biofiltres pour éliminer les polluants et améliorer la qualité de l'air dans les environnements souterrains.

2. Systèmes d'apport en nutriments

Un apport efficace en nutriments est essentiel pour une croissance saine des plantes dans les environnements souterrains. La recherche se concentre sur l'optimisation des systèmes hydroponiques et aéroponiques pour les applications souterraines :

• Hydroponie : Développer des solutions nutritives adaptées aux besoins spécifiques des différentes cultures et optimiser les méthodes d'apport en nutriments pour minimiser les déchets et maximiser l'absorption. Par exemple, la recherche à l'Université de Nottingham au Royaume-Uni explore l'utilisation de microbes bénéfiques pour améliorer l'absorption des nutriments dans les systèmes hydroponiques.
• Aéroponie : Optimiser les systèmes aéroponiques pour un apport efficace en nutriments et une oxygénation des racines. La recherche étudie l'utilisation de brumisateurs à ultrasons pour créer une fine brume de solution nutritive, maximisant l'absorption des nutriments et minimisant la consommation d'eau. Des chercheurs à Singapour sont pionniers dans les systèmes aéroponiques verticaux pour la production de légumes-feuilles en sous-sol.
• Recyclage des nutriments : Développer des systèmes de recyclage des nutriments en circuit fermé pour minimiser les déchets et réduire l'impact environnemental de l'agriculture souterraine. Cela inclut des techniques comme la digestion anaérobie pour récupérer les nutriments des déchets organiques.

3. Sélection et amélioration des cultures

Identifier et améliorer des cultures bien adaptées aux conditions de culture souterraine est crucial pour maximiser les rendements et le contenu nutritionnel. La recherche dans ce domaine se concentre sur :

• Sélection des cultures : Identifier les variétés de cultures qui prospèrent dans des environnements à faible luminosité et sont résistantes aux ravageurs et maladies courants dans les installations souterraines. Les légumes-feuilles, les herbes et les champignons sont souvent bien adaptés à la culture souterraine.
• Programmes d'amélioration : Développer de nouvelles variétés de cultures spécifiquement adaptées aux conditions de culture souterraine. Cela inclut la sélection de traits tels que la tolérance à l'ombre, la résistance aux maladies et une teneur nutritionnelle élevée. Aux Pays-Bas, des chercheurs développent des variétés de laitue spécifiquement pour les systèmes d'agriculture verticale.
• Optimisation de la densité de plantation : Déterminer la densité de plantation optimale pour différentes cultures en milieu souterrain afin de maximiser les rendements sans compromettre la santé des plantes.

4. Automatisation et robotique

L'automatisation et la robotique peuvent améliorer considérablement l'efficacité et la productivité des opérations de culture souterraine. La recherche se concentre sur le développement de systèmes automatisés pour :

• Plantation et récolte : Développer des systèmes robotiques pour la plantation, la transplantation et la récolte des cultures, réduisant les coûts de main-d'œuvre et améliorant l'efficacité. Des entreprises comme Iron Ox développent des robots pour l'automatisation des serres et des fermes verticales.
• Surveillance et contrôle : Développer des réseaux de capteurs et des systèmes de contrôle pour surveiller les conditions environnementales et ajuster automatiquement l'éclairage, la température et l'apport en nutriments selon les besoins. Cela permet un contrôle précis de l'environnement de culture et une optimisation de l'utilisation des ressources.
• Analyse des données : Utiliser l'analyse de données pour identifier les tendances et optimiser les pratiques de culture. Cela inclut l'analyse des données des capteurs pour identifier les problèmes potentiels à un stade précoce et optimiser l'allocation des ressources.

5. Considérations économiques et sociales

La recherche explore également les implications économiques et sociales de la culture souterraine, notamment :

• Analyse coûts-avantages : Évaluer la faisabilité économique des opérations de culture souterraine, en tenant compte de facteurs tels que les coûts de construction, les coûts d'exploitation et les revenus potentiels.
• Analyse de marché : Identifier les marchés potentiels pour les produits cultivés en sous-sol, y compris les consommateurs urbains, les restaurants et les épiceries.
• Évaluation de l'impact social : Évaluer les avantages sociaux potentiels de la culture souterraine, tels que la création d'emplois, l'amélioration de la sécurité alimentaire et la réduction de l'impact environnemental.
• Politiques et réglementations : Élaborer des politiques et des réglementations pour soutenir le développement de l'agriculture souterraine et garantir son fonctionnement sûr et durable.

Exemples mondiaux d'initiatives de culture souterraine

La culture souterraine gagne du terrain dans le monde entier, avec diverses initiatives démontrant son potentiel :

• Growing Underground (Londres, R.-U.) : Ce projet pionnier transforme des abris anti-aériens abandonnés de la Seconde Guerre mondiale en fermes souterraines, cultivant des légumes-feuilles et des herbes pour les restaurants et supermarchés locaux. Ils utilisent des systèmes hydroponiques et un éclairage LED pour produire des cultures toute l'année.
• SubTropolis (Kansas City, É.-U.) : Cet immense parc industriel souterrain abrite plusieurs entreprises, dont une champignonnière. La température et l'humidité stables de la mine de calcaire offrent un environnement idéal pour la culture des champignons.
• The Plant (Chicago, É.-U.) : Bien qu'elle ne soit pas entièrement souterraine, The Plant est une ferme verticale située dans une ancienne usine de conditionnement de viande. Elle intègre l'aquaponie et d'autres technologies durables pour produire de la nourriture en milieu urbain, démontrant le potentiel d'intégration des techniques agricoles souterraines et de surface.
• Deep Farm Institute (Finlande) : Cet institut de recherche se consacre au développement et à la promotion de technologies agricoles souterraines durables. Ils mènent des recherches sur divers aspects de la culture souterraine, notamment l'éclairage, le contrôle climatique et l'apport en nutriments.
• Mines abandonnées (Divers endroits) : Des efforts croissants sont faits pour réaménager les mines abandonnées en vue de l'agriculture souterraine. La température et l'humidité stables des mines offrent un environnement idéal pour la culture d'une variété de plantes, et cela peut également aider à revitaliser les anciennes communautés minières. Par exemple, dans certaines régions d'Europe de l'Est, des mines de sel abandonnées sont explorées pour la culture potentielle de champignons.

Défis et opportunités

Bien que la culture souterraine offre de nombreux avantages, elle est également confrontée à plusieurs défis :

• Investissement initial élevé : La construction d'installations souterraines peut être coûteuse, nécessitant un investissement initial important dans les infrastructures, l'éclairage et les systèmes de contrôle climatique.
• Consommation d'énergie : Fournir un éclairage artificiel et un contrôle climatique peut être énergivore, ce qui augmente les coûts d'exploitation et peut potentiellement compenser certains des avantages environnementaux.
• Complexité technique : La gestion des opérations de culture souterraine nécessite des connaissances et une expertise spécialisées dans des domaines tels que l'hydroponie, l'aéroponie et le contrôle environnemental.
• Perception du public : Certains consommateurs peuvent hésiter à acheter des aliments cultivés en sous-sol, les percevant comme non naturels ou malsains.

Malgré ces défis, les opportunités pour la culture souterraine sont importantes. Avec la poursuite de la recherche et du développement, les progrès technologiques et une sensibilisation croissante du public, la culture souterraine a le potentiel de jouer un rôle crucial pour garantir la sécurité alimentaire et la durabilité mondiales.

L'avenir de la culture souterraine

L'avenir de la culture souterraine est prometteur, avec plusieurs tendances encourageantes qui émergent :

• Automatisation accrue : L'adoption croissante de l'automatisation et de la robotique améliorera encore l'efficacité et la productivité des opérations de culture souterraine, réduisant les coûts de main-d'œuvre et maximisant les rendements.
• Technologies d'éclairage avancées : Le développement de systèmes d'éclairage LED plus écoénergétiques et à spectre optimisé réduira davantage la consommation d'énergie et améliorera la croissance des plantes.
• Intégration avec les énergies renouvelables : L'intégration des installations de culture souterraine avec des sources d'énergie renouvelables, telles que le solaire et la géothermie, réduira encore leur impact environnemental.
• Intégration de l'agriculture verticale : La combinaison de la culture souterraine avec les techniques d'agriculture verticale maximisera l'efficacité de l'espace et créera des fermes urbaines très productives.
• Initiatives communautaires : Le développement de fermes souterraines communautaires fournira un accès local à des aliments frais et sains et promouvra des systèmes alimentaires durables.

Informations exploitables pour les parties prenantes

Que vous soyez chercheur, entrepreneur, décideur politique ou simplement un particulier intéressé par la production alimentaire durable, voici quelques informations exploitables à considérer :

• Pour les chercheurs : Concentrez-vous sur le développement de systèmes d'éclairage écoénergétiques, l'optimisation des méthodes d'apport en nutriments et l'amélioration de cultures spécifiquement adaptées aux conditions de culture souterraine. Collaborez avec des partenaires de l'industrie pour traduire les résultats de la recherche en applications pratiques.
• Pour les entrepreneurs : Explorez le potentiel de la culture souterraine dans votre région. Identifiez les opportunités d'utiliser des espaces abandonnés, tels que des mines, des tunnels et des sous-sols, pour la production alimentaire. Concentrez-vous sur la production de cultures à haute valeur ajoutée pouvant être vendues directement aux consommateurs ou aux restaurants et épiceries locaux.
• Pour les décideurs politiques : Élaborez des politiques et des réglementations pour soutenir le développement de l'agriculture souterraine. Offrez des incitations aux entrepreneurs et aux chercheurs pour qu'ils investissent dans les technologies de culture souterraine. Sensibilisez le public aux avantages des aliments cultivés en sous-sol.
• Pour les particuliers : Soutenez les fermes souterraines locales en achetant leurs produits. Informez-vous et informez les autres sur les avantages de la culture souterraine. Plaidez pour des politiques qui soutiennent les systèmes alimentaires durables.

Conclusion

La culture souterraine représente une frontière prometteuse dans l'agriculture durable, offrant le potentiel de relever des défis critiques liés à la sécurité alimentaire, au changement climatique et à la rareté des ressources. En adoptant la recherche, l'innovation et la collaboration, nous pouvons libérer tout le potentiel de la culture souterraine et créer un système alimentaire plus durable et résilient pour l'avenir.

L'exploration de la culture souterraine ne consiste pas seulement à cultiver des plantes dans des espaces non conventionnels ; il s'agit de réinventer notre relation avec la nourriture et l'environnement. Il s'agit de trouver des solutions innovantes pour assurer un avenir durable aux générations à venir. En explorant plus profondément les possibilités qui se trouvent sous nos pieds, nous ouvrons la voie à un avenir alimentaire plus sûr et plus abondant pour tous.