Lorsque les panneaux photovoltaïques sont déployés au-dessus des terres agricoles, l'environnement de croissance des cultures change — la lumière diminue, l'évaporation est réduite et l'humidité du sol augmente. Alors, comment fertiliser ? Des scientifiques du Centre national de la recherche scientifique français, entre autres, apportent une réponse : l'agrivoltaïsme peut améliorer la productivité des cultures dans les régions en stress hydrique et réduire les coûts environnementaux, mais il existe un seuil critique de niveau de fertilisation, au-delà duquel des effets de compromis apparaissent.
I. « L'angle mort » de la fertilisation en agrivoltaïsme
L'agrivoltaïsme est une technologie synergétique photovoltaïque-agricole en développement rapide ces dernières années. En installant des panneaux photovoltaïques au-dessus des champs, elle permet de générer un double bénéfice : « électricité en haut, nourriture en bas ». Dans le bassin méditerranéen, cette technologie combine production d'énergie propre et potentiel d'augmentation des rendements, particulièrement performante dans des conditions de pénurie d'eau.
Cependant, une question cruciale demeurait sans réponse : les panneaux photovoltaïques modifient l'environnement lumineux, thermique et hydrique des cultures, alors comment ajuster la fertilisation ?
Les engrais sont un intrant clé pour la productivité des cultures, mais aussi un contributeur majeur à la dégradation environnementale — une application excessive entraîne le lessivage de l'azote et augmente les émissions de gaz à effet de serre. Sous le « nouveau microclimat » créé par les panneaux, les lois régissant la réponse des cultures aux engras changent-elles ? Existe-t-il une plage de fertilisation optimale ? Ces questions étaient jusqu'ici peu étudiées.
II. Point fort de l'innovation scientifique : 30 ans de mégadonnées climatiques + modèle de surface terrestre, révélant pour la première fois la loi de couplage agrivoltaïsme-fertilisation
Le 1er mars 2026, une équipe de recherche du Centre national de la recherche scientifique (CNRS), de l'École normale supérieure de Paris et d'autres institutions a publié une étude dans « npj Sustainable Agriculture », évaluant pour la première fois de manière systématique la performance globale des systèmes agrivoltaïques sous différents scénarios de fertilisation.
Point fort 1 : Le modèle de surface terrestre ORCHIDEE simule 30 ans de données climatiques de la péninsule ibérique
L'équipe a utilisé le modèle de surface terrestre ORCHIDEE pour simuler les données climatiques de la péninsule ibérique de 1991 à 2020, construisant un modèle agrivoltaïque à l'échelle régionale. C'est la première fois que des mégadonnées climatiques à long terme sont combinées avec un modèle de couplage culture-photovoltaïque pour examiner la réponse du système sous différentes quantités d'engrais synthétiques appliqués.
Point fort 2 : Évaluation globale selon quatre indicateurs — au-delà du simple rendement
L'étude évalue les systèmes agrivoltaïques selon quatre dimensions :
Productivité des cultures : performance des rendements sous les panneaux photovoltaïques
Efficacité d'utilisation de l'azote : bénéfice de production par unité d'azote apporté
Efficacité d'utilisation de l'eau : effet d'économie d'eau dû à la modification de l'évapotranspiration par les panneaux
Émissions de gaz à effet de serre induites par les engrais : variations des émissions de protoxyde d'azote, etc.
Point fort 3 : Découverte d'un seuil critique — plus d'engrais n'est pas toujours mieux
L'étude révèle une loi centrale : l'agrivoltaïsme peut améliorer la productivité des cultures en conditions de stress hydrique et réduire les coûts environnementaux. Cependant, il existe un effet de seuil critique pour le niveau de fertilisation — au-delà d'une quantité d'application spécifique, des effets de compromis apparaissent dans le système :
| Indicateur | En dessous du seuil | Au-dessus du seuil |
|---|---|---|
| Rendement des cultures | Amélioré | Rendements marginaux décroissants |
| Efficacité d'utilisation de l'azote | Améliorée | Diminuée |
| Émissions de gaz à effet de serre | Contrôlées | Augmentation significative |
Ce seuil varie selon le type de culture et les conditions climatiques ; il n'existe pas de norme universelle unique.
Point fort 4 : Stratégie de spécificité régionale — dire adieu à la « fertilisation empirique »
L'étude indique clairement : des stratégies tenant compte de la spécificité régionale du climat, de la réponse des cultures et de l'impact environnemental sont nécessaires pour optimiser le potentiel durable de l'agrivoltaïsme. Cela signifie que la gestion des engrais dans l'agriculture photovoltaïque future doit adopter une approche « une stratégie par lieu, une stratégie par culture ».
III. Connotation technique : Comment les panneaux photovoltaïques modifient le destin des engrais
Dans la section discussion, l'équipe de recherche analyse en profondeur les mécanismes physiques par lesquels les panneaux photovoltaïques influencent l'effet des engrais :
Modification du microclimat : les panneaux réduisent le rayonnement solaire (jusqu'à 44 % maximum), abaissent la température du sol et l'évaporation, augmentant la teneur en eau du sol de 34 %. Ce changement environnemental affecte directement la dissolution, la migration et l'absorption des engrais par les cultures.
Effet de couplage lumière-azote : la réduction de la lumière peut inhiber le processus d'assimilation de l'azote, décalant la courbe de réponse des cultures à l'azote, modifiant ainsi la dose optimale d'azote.
Synergie eau-nutriments : l'augmentation de l'humidité du sol améliore l'efficacité d'utilisation des engrais, mais peut aussi accélérer le risque de lessivage de l'azote, nécessitant un contrôle précis.
IV. Perspectives d'application : Équiper l'agriculture photovoltaïque d'un « système de navigation pour la fertilisation de précision »
1. « Levier vert » pour les régions en stress hydrique
L'étude montre que les effets de l'agrivoltaïsme sur l'amélioration de la productivité et la réduction des coûts environnementaux sont les plus marqués dans des conditions de pénurie d'eau. Pour les projets d'agriculture photovoltaïque dans des régions à climat méditerranéen, au nord-ouest aride de la Chine et autres zones sous tension hydrique, cette recherche fournit une base scientifique pour une fertilisation précise.
2. Intégration avec les technologies d'agriculture intelligente
La loi du seuil critique révélée par l'étude peut être intégrée dans des systèmes de décision intelligents (comme le cadre AgriSmart), combinant des données météorologiques en temps réel et des capteurs de sol, pour réaliser une fertilisation dynamique de précision dans l'agriculture photovoltaïque.
3. Guider la conception agricole des centrales photovoltaïques
Pour les nouveaux projets agrivoltaïques, cette étude suggère : la transmittance lumineuse et la densité de disposition des panneaux photovoltaïques doivent être optimisées en fonction de la plage de fertilisation optimale de la culture cible, réalisant une conception synergétique « lumière-engrais-eau ».
4. Fournir des données de référence pour la compensation carbone
L'étude a quantifié les émissions de gaz à effet de serre induites par les engrais, fournissant une base scientifique pour le calcul de la réduction des émissions de carbone des projets d'agriculture photovoltaïque.
V. Signification industrielle : De « photovoltaïque + agriculture » à « photovoltaïque × agriculture »
La valeur profonde de cette recherche réside dans la promotion de l'agrivoltaïsme, passant d'une « simple superposition » à une « intégration profonde ». Par le passé, l'agrivoltaïsme était compris comme une superposition physique « cultures en bas, électricité en haut » ; cette étude prouve qu'il existe des interactions physiologiques-écologiques complexes entre les panneaux photovoltaïques et les cultures, la gestion des engrais étant précisément le levier clé pour démultiplier les effets.
Comme l'a déclaré l'auteur correspondant Philippe Drobinski : « Les stratégies de spécificité régionale sont essentielles pour optimiser le potentiel durable de l'agrivoltaïsme. » Lorsque l'agriculture photovoltaïque passe de la « culture empirique » à la « conduite par les données », chaque gramme d'engrais sous les panneaux photovoltaïques déploiera son efficacité maximale.
Source : Centre national de la recherche scientifique (CNRS), École normale supérieure de Paris (ENS), École normale supérieure Paris-Saclay ; Auteurs : Lia Rapella, Nicolas Viovy, Davide Faranda, Philippe Drobinski ; Titre : Optimizing fertilizer use for sustainable crops with Agrivoltaics in Mediterranean climates (Optimisation de l'utilisation des engrais pour des cultures durables avec l'agrivoltaïsme en climats méditerranéens) ; Publié dans : npj Sustainable Agriculture (1er mars 2026).
