Les fermes verticales avec leurs environnements sans sol et contrôlés par ordinateur peuvent ressembler à de la science-fiction, mais il y a de plus en plus de raisons environnementales et économiques pour elles, selon de nouvelles recherches montrant des façons radicales de mettre de la nourriture dans nos assiettes.

L’étude interdisciplinaire combinant la biologie et l’ingénierie établit des étapes vers l’accélération de la croissance de cette branche de l’agriculture de précision, y compris l’utilisation de l’aéroponie qui utilise des aérosols enrichis en nutriments à la place du sol.

Réalisée par le John Innes Center, l’Université de Bristol et le fournisseur de technologie aéroponique LettUs Grow, l’étude identifie les futurs domaines de recherche nécessaires pour accélérer la croissance durable de l’agriculture verticale à l’aide de systèmes aéroponiques.

Le Dr Antony Dodd, chef de groupe au John Innes Center et auteur principal de l’étude, déclare: «En apportant des informations biologiques fondamentales dans le contexte de la physique de la croissance des plantes dans un aérosol, nous pouvons aider l’entreprise d’agriculture verticale à devenir plus productive plus rapidement, tout en produisant des aliments plus sains avec moins d’impact sur l’environnement. »

Jack Farmer, directeur scientifique de LettUs Grow et l’un des auteurs de l’étude, ajoute: «Le changement climatique ne fera qu’augmenter la demande pour cette technologie. Les changements projetés dans les régimes météorologiques régionaux et la disponibilité de l’eau devraient bientôt avoir un impact sur la productivité agricole. L’agriculture verticale offre la possibilité de cultiver des cultures nutritives à haute valeur ajoutée d’une manière résiliente au climat tout au long de l’année, ce qui constitue une source de revenus fiable pour les producteurs. »

L’agriculture verticale est un type d’agriculture intérieure où les cultures sont cultivées dans des systèmes empilés avec des sources d’eau, d’éclairage et de nutriments soigneusement contrôlées.

Il fait partie d’un secteur en croissance rapide soutenu par l’intelligence artificielle dans lequel les machines apprennent à gérer les tâches horticoles quotidiennes. L’industrie devrait connaître une croissance annuelle de 21% d’ici 2025 selon une prévision commerciale (Grand View Research, 2019).

Les avantages écologiques comprennent une meilleure utilisation de l’espace, car les fermes verticales peuvent être situées dans des zones urbaines, moins de kilomètres de nourriture, l’isolement des agents pathogènes, la réduction de la dégradation des sols et la récupération et le recyclage des nutriments et de l’eau.

Les fermes verticales permettent également la cohérence des produits, la stabilisation des prix et la culture à des latitudes incompatibles avec certaines cultures telles que le désert ou l’Arctique.

«Les systèmes verticaux nous permettent d’étendre la plage de latitude sur laquelle les cultures peuvent être cultivées sur la planète, des déserts de Dubaï aux jours d’hiver de 4 heures en Islande. En fait, si vous faisiez des cultures sur Mars, vous auriez besoin d’utiliser ce type de technologie car il n’y a pas de sol », explique le Dr Dodd.

L’étude, qui paraît dans la revue New Phytologist, définit sept étapes – les domaines stratégiques de la recherche future nécessaires pour soutenir la productivité accrue et la durabilité des fermes verticales aéroponiques.

Ceux-ci cherchent à comprendre:

Pourquoi la culture aéroponique peut être plus productive que la culture hydroponique ou la culture du sol

La relation entre la culture aéroponique et les rythmes circadiens 24 heures des plantes

Développement racinaire d’une gamme de cultures en conditions aéroponiques

La relation entre la taille des gouttelettes d’aérosol et le dépôt et la performance de la plante

Comment établir des cadres de comparaison des technologies d’agriculture verticale pour une gamme de cultures

Comment les méthodes aéroponiques affectent les interactions microbiennes avec les racines des plantes

La nature du recyclage des exsudats racinaires (fluides sécrétés par les racines des plantes) dans les solutions nutritives des systèmes aéroponiques fermés

Le rapport fait valoir qu’un moteur de l’innovation technologique dans les exploitations verticales est de minimiser les coûts d’exploitation tout en maximisant la productivité – et que l’investissement dans la recherche biologique fondamentale a un rôle important.

Le domaine de recherche du Dr Dodd couvre les rythmes circadiens – horloges biologiques qui alignent la physiologie végétale et les processus moléculaires sur le cycle quotidien de la lumière et de l’obscurité. Il a récemment terminé une bourse de recherche d’une année de la Royal Society Industry avec LettUs Grow.

Cela impliquait de combiner l’expertise du Dr Dodd dans les rythmes circadiens et la physiologie végétale avec le travail de l’équipe de biologistes et d’ingénieurs de LettUs Grow pour concevoir des régimes de culture aéroponique optimaux. Il s’agit d’un domaine d’investigation clé car ces minuteries moléculaires internes fonctionneront différemment dans les fermes verticales.

Les plates-formes aéroponiques sont souvent utilisées pour cultiver des cultures de grande valeur telles que les salades, les pak choi, les herbes, les petites cultures de brassica, les pousses de pois et les pousses de haricots. LettUs Grow travaille également sur des schémas de croissance pour la fructification et l’enracinement des cultures telles que les fraises et les carottes, ainsi que la propagation aéroponique des arbres pour les fruits et la foresterie.

Les chercheurs du John Innes Centre ont créé une gamme de brocolis adaptés à la culture en intérieur pour un grand supermarché et l’un des objectifs de la recherche sera de tester comment nous pouvons génétiquement régler plus de cultures pour qu’elles poussent dans l’espace contrôlé des fermes verticales.

Bethany Eldridge, chercheuse à l’Université de Bristol qui étudie les interactions racine-environnement et première auteure de l’étude ajoute: «Étant donné que 80% des terres agricoles dans le monde auraient une érosion modérée ou sévère, la capacité de faire pousser des cultures dans un système sans sol avec un minimum d’engrais et de pesticides est avantageux car il offre la possibilité de faire pousser des cultures dans des zones confrontées à l’érosion du sol ou à d’autres problèmes environnementaux tels que les proliférations d’algues dans les plans d’eau locaux qui peuvent avoir été entraînés par une agriculture traditionnelle basée sur le sol. »

Lilly Manzoni, responsable de la recherche et du développement chez LettUs Grow et l’un des auteurs de l’étude, déclare: «Ce document est unique car il est plus large qu’un document de recherche sur les plantes typique, il combine l’expertise d’ingénieurs, de spécialistes des aérosols, de biologistes des plantes et d’horticulteurs. . Ce qui est merveilleux avec l’agriculture et l’aéroponie en environnement contrôlé, c’est qu’elle est vraiment interdisciplinaire »

Référence
Aller aux racines de l’agriculture intérieure aéroponique. Bethany M. Eldridge Lillian R. Manzoni Calum A. Graham Billy Rodgers Jack R. Farmer Antony N. Dodd. New Phytologist, 24 juin 2020 https://doi.org/10.1111/nph.16780.

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