Exploration des environnements de culture souterrains : un guide complet

Alors que la population mondiale continue de croître et que le changement climatique s'intensifie, le besoin de méthodes de production alimentaire durables et efficaces devient de plus en plus critique. L'agriculture traditionnelle est confrontée à de nombreux défis, notamment la rareté des terres, la pénurie d'eau, la dégradation des sols et la vulnérabilité aux événements météorologiques extrêmes. En réponse, des approches innovantes émergent, l'une des plus intrigantes étant les environnements de culture souterrains.

Ce guide complet explore le potentiel des espaces souterrains à des fins agricoles, en examinant les avantages, les défis, les technologies et les applications mondiales de ce domaine en évolution. Nous examinerons les différents types d'environnements de culture souterrains, les technologies clés qui les rendent possibles et l'impact potentiel qu'ils peuvent avoir sur la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale.

Qu'est-ce que les environnements de culture souterrains ?

Les environnements de culture souterrains, également appelés agriculture souterraine, impliquent la culture de plantes dans des espaces clos ou semi-clos situés sous la surface de la Terre. Ces environnements peuvent aller des mines et grottes réaffectées aux installations souterraines spécialement conçues. La caractéristique principale est qu'ils offrent un environnement contrôlé et protégé, à l'abri des conditions météorologiques externes, des parasites et des polluants.

Contrairement à l'agriculture traditionnelle, la culture souterraine repose fortement sur les technologies d'agriculture en environnement contrôlé (AEC). Cela inclut le contrôle précis de la température, de l'humidité, de l'éclairage et de la distribution des nutriments. En manipulant ces facteurs, les producteurs peuvent optimiser la croissance des plantes, augmenter les rendements et réduire la consommation de ressources.

Avantages des environnements de culture souterrains

La culture souterraine offre une multitude d'avantages potentiels par rapport à l'agriculture traditionnelle :

Production toute l'année : Les environnements souterrains sont isolés des variations saisonnières, ce qui permet une production continue de cultures, quel que soit le climat. Ceci est particulièrement précieux dans les régions aux hivers rigoureux ou aux événements météorologiques extrêmes.
Réduction de la consommation d'eau : Les systèmes en boucle fermée dans les fermes souterraines peuvent réduire considérablement la consommation d'eau. L'eau est recyclée et réutilisée, minimisant le gaspillage et conservant cette précieuse ressource. Des exemples incluent l'hydroponie et l'aéroponie qui utilisent nettement moins d'eau que l'agriculture traditionnelle basée sur le sol.
Élimination des pesticides et herbicides : L'environnement contrôlé réduit le risque d'infestations de parasites et de croissance des mauvaises herbes, éliminant ainsi le besoin de pesticides et d'herbicides nocifs. Cela se traduit par des produits alimentaires plus sains et plus sûrs.
Conservation des terres : La culture souterraine utilise des espaces souvent inadaptés à d'autres usages, tels que les mines abandonnées ou les sous-sols urbains. Cela libère de précieuses terres de surface pour d'autres utilisations, telles que le logement ou la conservation.
Réduction des coûts de transport : Les fermes souterraines peuvent être situées à proximité des centres urbains, réduisant ainsi les distances de transport ainsi que les coûts et les émissions associés. Cela améliore la sécurité alimentaire et réduit l'empreinte carbone de la chaîne d'approvisionnement alimentaire. Imaginez une ferme souterraine sous une ville densément peuplée comme Tokyo ou Londres.
Adaptation au changement climatique : Les environnements souterrains offrent une protection contre les impacts du changement climatique, tels que les événements météorologiques extrêmes, les sécheresses et les fluctuations de température. Cela en fait une option résiliente pour assurer la sécurité alimentaire dans un monde en mutation.
Amélioration de la sécurité alimentaire : En fournissant une source alimentaire fiable et contrôlée, la culture souterraine peut contribuer à améliorer la sécurité alimentaire, en particulier dans les régions où les terres agricoles sont limitées ou les conditions environnementales difficiles.

Défis des environnements de culture souterrains

Bien que la culture souterraine offre de nombreux avantages, elle présente également plusieurs défis :

Investissement initial élevé : L'établissement d'une ferme souterraine nécessite un investissement initial important en infrastructure, équipement et technologie. Cela peut constituer un obstacle à l'entrée pour les petits agriculteurs ou les entrepreneurs. La rénovation d'une mine existante ou la construction d'une nouvelle structure souterraine présentent toutes deux des coûts substantiels.
Consommation d'énergie : La culture souterraine repose fortement sur l'éclairage artificiel et les systèmes de contrôle climatique, qui peuvent consommer une quantité importante d'énergie. L'utilisation de sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie solaire ou géothermique, est cruciale pour minimiser l'impact environnemental.
Expertise technique : L'exploitation d'une ferme souterraine nécessite des connaissances et des compétences spécialisées dans des domaines tels que l'agriculture en environnement contrôlé, l'hydroponie et l'éclairage LED. Une main-d'œuvre qualifiée est essentielle au succès de l'exploitation.
Ventilation et qualité de l'air : Le maintien d'une ventilation et d'une qualité de l'air adéquates est crucial pour la santé des plantes et la sécurité humaine dans les environnements souterrains. Des systèmes de ventilation appropriés sont nécessaires pour éliminer l'excès d'humidité, le dioxyde de carbone et d'autres polluants.
Accessibilité et logistique : L'accès et la gestion des installations souterraines peuvent être difficiles, en particulier dans les endroits éloignés ou en profondeur. Des systèmes logistiques et de transport efficaces sont nécessaires pour acheminer les cultures et les fournitures à l'intérieur et à l'extérieur de la ferme.
Impact psychologique : Travailler dans un environnement clos et artificiel peut avoir des effets psychologiques sur les travailleurs. La fourniture de simulations de lumière naturelle et l'incorporation d'éléments de conception biophilique peuvent aider à atténuer ces effets.

Technologies clés pour la culture souterraine

Plusieurs technologies clés sont essentielles au bon fonctionnement des environnements de culture souterrains :

Éclairage LED : Les diodes électroluminescentes (DEL) sont la principale source de lumière dans les fermes souterraines. Les DEL sont économes en énergie, ont une longue durée de vie et peuvent être personnalisées pour fournir le spectre lumineux spécifique requis pour une croissance optimale des plantes. La recherche continue sur l'optimisation des recettes de DEL pour différentes cultures.
Hydroponie et Aéroponie : Ces techniques de culture sans sol sont largement utilisées dans la culture souterraine. L'hydroponie implique la culture de plantes dans des solutions d'eau riches en nutriments, tandis que l'aéroponie implique la suspension des racines des plantes dans l'air et leur pulvérisation avec des solutions nutritives. Ces deux méthodes réduisent la consommation d'eau et augmentent l'efficacité de l'absorption des nutriments.
Systèmes de contrôle climatique : Des systèmes de contrôle climatique sophistiqués régulent la température, l'humidité et les niveaux de dioxyde de carbone dans les environnements souterrains. Ces systèmes assurent des conditions de croissance optimales pour les plantes et préviennent l'accumulation d'excès d'humidité ou de polluants.
Capteurs et automatisation : Les capteurs surveillent divers paramètres environnementaux, tels que la température, l'humidité, l'intensité lumineuse et les niveaux de nutriments. Ces données sont utilisées pour automatiser les systèmes de contrôle et optimiser les conditions de croissance. L'automatisation peut également réduire les coûts de main-d'œuvre et améliorer l'efficacité.
Sources d'énergie renouvelables : L'utilisation de sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie solaire ou géothermique, est cruciale pour réduire l'impact environnemental de la culture souterraine. L'énergie géothermique peut être utilisée pour le chauffage et le refroidissement, tandis que l'énergie solaire peut alimenter l'éclairage LED et d'autres équipements.
Systèmes de recyclage de l'eau : Les systèmes de recyclage de l'eau en boucle fermée capturent et réutilisent l'eau, minimisant ainsi la consommation d'eau et réduisant l'empreinte environnementale. Ces systèmes impliquent souvent des processus de filtration et de stérilisation pour éliminer les contaminants et les agents pathogènes.

Applications mondiales de la culture souterraine

La culture souterraine est explorée et mise en œuvre dans divers endroits du monde, chacun avec des applications et des défis uniques :

Mines réaffectées : Des mines abandonnées sont réaffectées en fermes souterraines dans plusieurs pays. Par exemple, au Royaume-Uni, Growing Underground a transformé un ancien abri antiatomique de la Seconde Guerre mondiale en une ferme hydroponique produisant des légumes-feuilles. Des projets similaires sont en cours aux États-Unis et au Canada, explorant le potentiel des mines abandonnées à des fins agricoles.
Sous-sols urbains : Les sous-sols urbains et les espaces souterrains sont utilisés pour l'agriculture verticale dans les villes densément peuplées. Au Japon, Pasona O2 a créé une ferme souterraine au sous-sol de son siège à Tokyo, démontrant le potentiel de l'agriculture urbaine. À Paris, Cycloponics cultive des produits biologiques dans des garages souterrains réaffectés.
Tunnels souterrains : Les tunnels souterrains sont explorés comme sites potentiels pour des fermes souterraines à grande échelle. En Suisse, des chercheurs étudient la faisabilité de l'utilisation de l'infrastructure de tunnels existante pour la production agricole. Ces tunnels offrent un environnement stable et contrôlé avec une infrastructure facilement disponible.
Serres géothermiques : La combinaison de l'énergie géothermique avec la technologie des serres peut créer des environnements de culture souterrains très efficaces et durables. En Islande, les serres géothermiques utilisent l'énergie géothermique pour chauffer et alimenter leurs opérations, produisant une variété de cultures toute l'année. Ce modèle pourrait être adapté aux environnements souterrains.
Installations de recherche : Plusieurs installations de recherche sont dédiées à l'étude de la culture souterraine et au développement de nouvelles technologies. Le Controlled Environment Agriculture Center de l'Université de l'Arizona mène des recherches sur l'agriculture verticale souterraine, explorant les conditions de croissance optimales pour diverses cultures. Des recherches similaires sont en cours dans d'autres pays, notamment aux Pays-Bas et en Corée du Sud.

Études de cas : Exploitations de culture souterraine réussies

Plusieurs exploitations de culture souterraine réussies démontrent le potentiel de cette approche innovante :

Growing Underground (Londres, Royaume-Uni) : Situé à 33 mètres sous les rues de Londres dans un ancien abri antiatomique, Growing Underground produit des légumes-feuilles à l'aide d'hydroponie et d'éclairage LED. La ferme approvisionne les restaurants et les supermarchés locaux, réduisant les distances parcourues par les aliments et promouvant l'agriculture durable.
Pasona O2 (Tokyo, Japon) : La ferme souterraine de Pasona O2 à Tokyo démontre le potentiel de l'agriculture urbaine. La ferme cultive une variété de cultures, y compris du riz, des légumes et des herbes, en utilisant l'hydroponie et les technologies d'environnement contrôlé. Elle sert de projet de démonstration et de centre éducatif.
Cycloponics (Paris, France) : Cycloponics transforme des garages souterrains abandonnés en fermes biologiques. La ferme cultive des champignons et d'autres cultures en utilisant l'aquaponie et d'autres techniques durables. Elle fournit des produits frais et locaux à la communauté et crée des opportunités d'emploi.
Deep Greens (Montréal, Canada) : Deep Greens est une ferme urbaine utilisant l'hydroponie dans un espace souterrain recyclé. Ils se concentrent sur la livraison de produits cultivés localement aux restaurants, épiceries et consommateurs de la région de Montréal.

L'avenir de la culture souterraine

L'avenir de la culture souterraine semble prometteur, avec des efforts continus de recherche et de développement visant à améliorer l'efficacité, à réduire les coûts et à élargir la gamme de cultures pouvant être cultivées souterraines. À mesure que la technologie progresse et que les économies d'échelle sont réalisées, la culture souterraine deviendra probablement une composante de plus en plus viable et importante du système alimentaire mondial.

Plusieurs tendances clés façonnent l'avenir de la culture souterraine :

Automatisation accrue : L'automatisation jouera un rôle de plus en plus important dans les fermes souterraines, en réduisant les coûts de main-d'œuvre et en améliorant l'efficacité. Des robots et des systèmes automatisés seront utilisés pour des tâches telles que la plantation, la récolte et le suivi de la santé des plantes.
Amélioration de l'éclairage LED : La recherche sur la technologie d'éclairage LED continuera d'optimiser les spectres lumineux et de réduire la consommation d'énergie. De nouvelles technologies LED, telles que les points quantiques, sont étudiées pour leur potentiel à améliorer la croissance des plantes.
Optimisation basée sur les données : L'analyse de données et l'apprentissage automatique seront utilisés pour optimiser les conditions de croissance et améliorer les rendements. Les capteurs collecteront d'énormes quantités de données sur les paramètres environnementaux et la santé des plantes, qui seront analysées pour identifier les modèles et optimiser les stratégies de culture.
Intégration avec les environnements urbains : Les fermes souterraines seront de plus en plus intégrées dans les environnements urbains, fournissant des produits frais et locaux aux citadins. Cela réduira les coûts de transport et les émissions, améliorera la sécurité alimentaire et créera des emplois verts.
Expansion vers de nouvelles cultures : Des recherches sont en cours pour élargir la gamme de cultures pouvant être cultivées souterraines. Bien que les légumes-feuilles et les herbes soient actuellement les cultures les plus courantes, des efforts sont déployés pour cultiver des fruits, des légumes et même des céréales souterraines.
Pratiques durables : Un accent continu sur la durabilité, y compris les sources d'énergie renouvelables, la conservation de l'eau et la réduction des déchets, sera crucial pour minimiser l'impact environnemental de la culture souterraine.

Conclusion

Les environnements de culture souterrains offrent une solution prometteuse aux défis auxquels est confrontée l'agriculture traditionnelle. En fournissant un environnement contrôlé et protégé, les fermes souterraines peuvent produire des cultures toute l'année, réduire la consommation d'eau, éliminer les pesticides et conserver les terres. Bien que des défis subsistent, les progrès technologiques continus et les études de cas réussies démontrent le potentiel de la culture souterraine pour contribuer à un avenir plus durable et à une sécurité alimentaire accrue.

Alors que la population mondiale continue de croître et que le changement climatique s'intensifie, des approches innovantes en matière de production alimentaire seront essentielles. La culture souterraine est une telle approche qui offre des perspectives considérables pour assurer un approvisionnement alimentaire durable et résilient pour les générations futures. En adoptant cette technologie innovante, nous pouvons ouvrir la voie à un monde plus sûr en matière de sécurité alimentaire et plus durable sur le plan environnemental.

Informations exploitables : Envisagez de soutenir les fermes souterraines locales ou d'investir dans la recherche et le développement. Éduquez-vous et les autres sur les avantages de la culture souterraine et son potentiel à transformer le système alimentaire.

Ressources supplémentaires

Vertical Farm Daily : Fournit des nouvelles et des informations sur l'agriculture verticale et l'agriculture en environnement contrôlé.
Association for Vertical Farming : Une organisation mondiale promouvant l'avancement de l'agriculture verticale.
Organisations locales d'agriculture durable : Recherchez des organisations locales dans votre région soutenant les initiatives d'agriculture durable.