Agrotunnel Agrivoltaïque hybride pour une alimentation durable

Université de l’Ouest sont en train de mettre au point une extraordinaire combinaison d’avancées technologiques qui pourrait débloquer une quantité incroyable de potentiel inexploité dans les fermes canadiennes. En collaboration avec des partenaires privés, l’équipe associe une ferme verticale intérieure à une ferme extérieure protégée pour créer un système de culture à faible émission de carbone qui prolongera la saison de croissance de plusieurs types de baies. Cette approche à double environnement pourrait même un jour produire de l’énergie à des fins non agricoles et être reliée à des points de vente au détail pour assurer un approvisionnement alimentaire à zéro kilomètre. C’est vrai.

La clé de l’augmentation de la productivité dans les espaces de culture intérieurs et extérieurs est l’agrivoltaïque – des panneaux solaires spécialisés qui permettent la transmission de la lumière naturelle aux plantes situées en dessous tout en produisant de l’énergie électrique – afin de transformer l’énergie solaire en électricité sur les terres agricoles. “Cela pourrait être extrêmement bénéfique”, déclare Joshua Pearce, titulaire de la chaire John M. Thompson sur les technologies de l’information et l’innovation à l’université Western, où il occupe des postes à la Ivey Business School et au département d’ingénierie électrique et informatique.

Cinq types de baies pousseront en plein air sous des panneaux photovoltaïques réglables, où les plantes seront protégées des conditions météorologiques extrêmes et nécessiteront moins d’eau que les cultures conventionnelles. L’énergie collectée par les panneaux alimentera les lumières, les pompes à eau et les pompes à chaleur de la ferme verticale intérieure, réduisant ainsi la demande et les coûts énergétiques.

La ferme verticale sera installée dans un agrotunnel fourni par Food Security Structures Canada, une entreprise métisse de culture en milieu contrôlé. L’agrotunnel est une chambre entièrement scellée, fabriquée à partir d’un polymère léger renforcé de fibres, qui peut être installée au-dessus du sol ou enterrée pour évoquer les maisons de hobbit imaginaires de J.R.R. Tolkien lorsqu’elles sont recouvertes de terre et de végétation. À l’intérieur, les myrtilles et les fraises seront plantées sur des murs de culture, tandis que les framboises, les mûres et les cerises de terre seront cultivées dans des bacs le long des rangées horizontales. “La densité est folle”, dit le Dr Pearce. “C’est comme entrer dans une bibliothèque où chaque rangée de livres est composée de fraises.

Le système aéroponique vertical hybride utilise des gobelets de tourbe et un milieu de coco-coir qui résistent aux parasites sans utiliser de produits chimiques, ainsi que des lampes LED à haute efficacité et à spectre optimisé. La santé des plantes sera surveillée par des systèmes open-source de vision par ordinateur, d’apprentissage automatique et d’intelligence artificielle conçus dans le laboratoire Free Appropriate Sustainability Technology(FAST) en collaboration avec l’ingénieur électricien Soodeh Nikan. Raymond Thomas, titulaire de la chaire de recherche occidentale du département de biologie et directeur scientifique du centre expérimental sur le changement climatique du Biotron, étudiera le profil nutritionnel des baies afin de déterminer comment les méthodes de culture influencent la qualité des aliments.

Modulaire et évolutif, le système de production peut être adapté aux conditions de croissance dans tout le Canada, y compris dans le Nord, et pourrait à terme produire suffisamment d’énergie pour alimenter bien plus que des exploitations agricoles. “C’est un géant”, déclare M. Pearce, se souvenant de ses premières recherches sur le potentiel de l’agrivoltaïque en Amérique du Nord. On s’est dit : “Les gars, c’est ça. C’est ce que nous devrions faire”.

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Collaborateurs

• Shawna Ferguson, Université de l’Ouest
• Janice Kelsey, SolarCities
• Kim Parker, Structures de sécurité alimentaire Canada
• Tabatha Siu, Vertical Green
• Jody Spangler, Adragone Aeroponics
• Greg Whiteside, Structures de sécurité alimentaire Canada

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Baies du Grand Nord : Souveraineté alimentaire grâce à des innovations en matière d’additifs avec une touche canadienne

“Ce que j’aime vraiment, ce sont les plantes et les microbes, et étudier comment ils interagissent les uns avec les autres, c’est époustouflant”, déclare Allyson MacLean à propos de sa passion pour le monde microbien.

Les interactions symbiotiques entre les plantes et les microbes – bactéries et champignons – ont été le principal centre d’intérêt du laboratoire de symbiose du Dr MacLean à l’Université d’Ottawa, créant un ensemble de recherches que le laboratoire exploite pour faire progresser la biotechnologie. “J’essaie d’exploiter ces connaissances d’une manière qui profite aux agriculteurs et à l’industrie”, dit-elle, “il ne s’agit donc pas seulement d’apprendre, mais aussi de mettre les choses en pratique”.

Le projet “True North Berries” du Dr MacLean adopte une approche holistique, de la racine à la pousse, pour cultiver les fraises en faisant progresser le fonctionnement de chaque partie de la plante. En commençant par les racines, les microbes génétiquement modifiés favorisent la croissance des plantes et leur résistance à la température, ce qui constitue un moyen rentable d’accroître la productivité. Marina Cvetkovska, collègue et biologiste à l’Université d’Ottawa, experte en photosynthèse, aidera à optimiser ce processus dans les feuilles, augmentant ainsi la résistance des plantes dans des conditions de croissance stressantes. Patrick Dumond, de la Faculté d’ingénierie, mettra à profit son expertise en matière de vibrations et de conception acoustique pour développer un système de pollinisation automatisé – utilisant des vibrations mécaniques pour imiter le bourdonnement des abeilles – afin de réduire l’impact environnemental du système de culture en allégeant la tâche des pollinisateurs, tout en réduisant les coûts. “Si une seule de ces innovations est plus performante que les autres, nous devrions être en mesure d’augmenter les rendements”, déclare le Dr MacLean.

Les partenariats public-privé du projet réunissent des chercheurs de l’Université d’Ottawa et la société Fieldless, basée à Cornwall, une entreprise agro-technologique à environnement contrôlé qui cultive des légumes verts à l’intérieur 365 jours par an, en utilisant de l’énergie renouvelable et aucun herbicide ou pesticide. Le Dr MacLean a rencontré le PDG Jon Lomow il y a trois ans et ils ont cherché une raison de travailler ensemble depuis lors. “Jon est très favorable à la recherche et à l’innovation. Il s’est engagé à appliquer la science de pointe à ses exploitations et donne la priorité à la durabilité”.

Le projet “True North Berries” adopte une approche holistique, de la racine à la pousse, de la culture des fraises en combinant un certain nombre d’innovations ciblant chaque partie des fonctions de la plante. Au niveau des racines, des microbes spécifiques favorisent la croissance des plantes et leur résistance à la température, ce qui constitue un moyen rentable d’accroître la productivité. M. MacLean collaborera avec Ceragen, une jeune entreprise de Waterloo spécialisée dans les inoculants microbiens pour la culture hydroponique. Ensemble, ils étudieront comment les bactéries pourraient servir de micro-organismes bénéfiques pour améliorer la productivité, le goût et les bienfaits pour la santé des fraises. “Je suis très enthousiaste à l’idée d’identifier des inoculants microbiens spécifiques aux fraises”, déclare le Dr MacLean. “Qu’est-ce que c’est ? Peut-on les appliquer à d’autres cultures ? Il y a un tel potentiel pour sculpter le microbiome afin d’aider les plantes à pousser”.

Marina Cvetkovska, collègue et biologiste à l’Université d’Ottawa, aidera à identifier des recettes de lumière pour améliorer la photosynthèse dans les feuilles afin de promouvoir une croissance plus rapide dans des conditions optimales. Patrick Dumond, de la Faculté d’ingénierie, mettra à profit son expertise en matière de vibrations et de conception acoustique pour développer un système de pollinisation “sans abeilles” – utilisant des vibrations mécanisées pour imiter le bourdonnement des abeilles – afin de réduire l’impact environnemental du système de culture en allégeant la tâche des pollinisateurs, tout en réduisant les coûts. “La combinaison de ces innovations peut permettre d’obtenir les rendements nécessaires pour atteindre la parité des coûts avec les baies importées tout au long de l’année”, déclare le Dr MacLean.

La société Vertiberry, basée à Bruxelles, conçoit le système de culture principal du projet, en adaptant une plate-forme de culture verticale éprouvée qui exploitera le climat canadien pour maintenir des températures de croissance appropriées, un processus connu sous le nom de “free cooling” (refroidissement libre). Le système sera également équipé d’une technologie de micro-captage du carbone mise au point par Skytree à Amsterdam, qui extrait le dioxyde de carbone de l’atmosphère pour l’acheminer vers les plantes à l’intérieur de la ferme et remplacer ce qui nécessiterait normalement un processus à base de combustibles fossiles.

L’objectif de l’équipe “True North Berries” est de trouver une combinaison d’innovations qui permettra aux fraises cultivées à l’intérieur, localement et tout au long de l’année de concurrencer les importations. À travers le Canada. “Nous manquons de terres agricoles et nous sommes une nation frileuse”, déclare le Dr MacLean. “L’agriculture verticale et l’agriculture d’intérieur joueront un rôle important à l’avenir.

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Collaborateurs

• Jon Lomow, sans champ
• Danielle Rose, Ceragen
• Marina Cvetkovska, Université d’Ottawa
• Patrick Dumond, Université d’Ottawa
• Skytree
• Vertiberry

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Un système de production à haute intensité pour fournir à grande échelle des myrtilles fraîches locales hors saison

Jim Mattsson, professeur de génomique fonctionnelle des plantes à l’université Simon Fraser, et son équipe utilisent une approche centrée sur la plante pour identifier les conditions environnementales optimales et les variétés les mieux adaptées à la production de myrtilles en intérieur. Le projet vise également à utiliser des méthodes d’édition de gènes pour adapter les variétés de myrtilles à ce nouvel environnement.

Il s’agit d’une collaboration entre le monde universitaire et le secteur privé, et le projet adopte une approche globale pour augmenter les rendements des myrtilles en combinant la génétique des plantes, les manipulations physiologiques et les technologies d’environnement contrôlé de précision. L’objectif est de mettre en place un système de production à haute intensité qui permettra de produire des myrtilles fraîches et exemptes de pesticides à grande échelle en dehors de la saison de culture traditionnelle au Canada. Les myrtilles sont la première cible, mais il est prévu d’ouvrir la voie à la production d’autres baies hors saison et à faible empreinte carbone. Les agriculteurs apprécieront cette possibilité d’augmenter leurs revenus.

La recherche de variétés de départ appropriées a été entreprise par les membres de l’équipe Eric Gerbrandt, PhD, et Rodrigo Santana, associés directeurs de GreenTowers Systems. Ils ont visité plusieurs exploitations et pépinières de myrtilles au Mexique et au Pérou, où les myrtilles poussent dans des conditions presque idéales, et ont étudié comment ces conditions pourraient être reproduites et améliorées dans un environnement contrôlé avec précision dans l’hémisphère nord. “Il faut commencer par la plante”, explique le Dr Gerbrandt. “Nous pouvons ainsi adapter les conditions environnementales aux besoins de la plante.

De retour au Canada, M. Mattsson a poursuivi ses recherches sur les effets combinés des gènes et de l’environnement sur la physiologie des anciennes variétés publiques de myrtilles non brevetées. Il a identifié des gènes qui permettent aux plants de myrtilles de s’adapter à la croissance en intérieur, qui peuvent être des cibles pour l’édition de gènes ou être manipulés en modifiant les conditions de croissance, telles que l’éclairage et la température. Ces adaptations modifieront l’architecture de la plante pour créer des versions plus compactes qui pousseront plus vite, produiront des fruits plus tôt et auront un plus grand nombre de bourgeons fructifères. “Nous n’introduisons rien”, précise le Dr Mattsson. “Nous réduisons en fait la fonction des gènes existants, ce qui n’est pas différent des variétés de riz et de blé que les gens consomment depuis 50 ans. Il s’agit simplement d’une approche plus ciblée”.

Ils évalueront également les nouvelles variétés créées par les principaux programmes de sélection mondiaux afin de déterminer celles qui conviennent le mieux aux environnements intérieurs. La société ontarienne AgricUltra Advancements adaptera son système de culture verticale de précision à environnement contrôlé, breveté et commercialisé, afin de créer un environnement optimal pour les myrtilles. “Si l’on considère les principaux besoins physiologiques d’une plante, tels que la lumière, l’eau, les nutriments, la température, l’humidité et le_CO2, tous sont influencés par la circulation de l’air”, explique Emil Breza, président d’AgricUltra. “Un environnement homogène entièrement distribué est essentiel pour une agriculture d’intérieur réussie à grande échelle.

Des essais de croissance permettront de tester la productivité de deux récoltes par an pendant la saison morte, lorsque la production locale de myrtilles à l’extérieur n’est pas possible. En cas de succès, ce modèle évolutif et centré sur la plante pourrait être personnalisé et reproduit pour d’autres cultures. “Nous pouvons perfectionner les conditions afin de tirer pleinement parti du potentiel génétique de la plante”, explique le Dr Mattsson. “C’est l’objectif de ce projet”, déclare M. Santana. “Exploiter la génétique des plants de myrtilles et les conditions environnementales idéales pour optimiser le rendement et la qualité des fruits par unité d’espace et de coût énergétique”.

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Collaborateurs

• Yanna Boland, AgricUltra Advancements Inc.
• Emil Breza, AgricUltra Advancements Inc.
• Simone Diego Castellarin, Université de la Colombie-Britannique
• Jeremy Dresner, GreenTowers Systems Inc.
• Dave Eckert, GreenTowers Systems Inc.
• Karla Garcia, GreenTowers Systems Inc.
• Eric Gerbrandt, GreenTowers Systems Inc.
• Terri Griffith, Université Simon Fraser
• Gil Hader, AgricUltra Advancements Inc.
• Jesús Morales Huerta, Ferme et pépinière Fall Creek
• Thorsten Knipfer, Université de la Colombie-Britannique
• Erik Landry, AgricUltra Advancements Inc.
• Jacob Middleton, GreenTowers Systems Inc.
• Patricio Munoz, Université de Floride
• Taco Niet, Université Simon Fraser
• Ivone de Bem Oliveira, GreenTowers Systems Inc.
• Juan Rodriguez Lopez, Université Simon Fraser
• Paul Sandefur, ferme et pépinière Fall Creek
• Rodrigo Santana, GreenTowers Systems Inc.
• Sean Smukler, Université de la Colombie-Britannique

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Cultiver pour l’avenir : Une approche qui favorise la production continue de baies au Canada et au-delà

“Tout ce qu’Habiba et moi allons faire au cours de la phase Shepherd est en quelque sorte magique”, déclare Lesley Campbell, décrivant le système de culture révolutionnaire qu’elle met au point avec le Dr Habiba Bougherara dans leurs laboratoires respectifs à l’Université métropolitaine de Toronto.

Campbell et Bougherara se sont rapidement liés d’amitié lorsqu’ils ont fait équipe pour créer une machine économe en énergie pour la production de cannabis en intérieur. Leur travail était excellent, mais le moment était mal choisi : le projet coïncidait avec le krach du cannabis, alors… entrez dans le Homegrown Innovation Challenge ! Le botaniste et l’ingénieur mécanicien ont profité de cette occasion pour repenser leur technologie afin de produire un système de culture sans pesticides pour les framboises et autres fruits à chair tendre. Le résultat est la plateforme iGrow : un système de culture multicouche contrôlé par le microclimat. Le début de quelque chose de magique, en effet.

La technologie d’autosurveillance, d’analyse et de rapport (SMART) de la plateforme iGrow est une innovation clé, qui aide les plantes à contrôler leur propre environnement. Le bas et le haut de la plante sont équipés de biocapteurs (produits par Vivent SA) qui émettent des signaux indiquant si la plante est saine et heureuse ou si elle est stressée. Un programme personnalisé par Argus Control Systems peut déclencher des réponses en temps réel aux besoins de la plante, en ajustant des variables essentielles telles que la lumière, l’eau ou l’engrais. “Nous allons découvrir ce que les plantes veulent vraiment”, s’exclame le Dr Campbell. “Notre système nous aidera à écouter les plantes et à mieux connaître leurs besoins fondamentaux. C’est quelque chose qu’elles n’ont jamais pu nous communiquer auparavant et qui réduira le gaspillage des nutriments et de l’eau.”

Le système sera alimenté par un générateur triboélectrique mis au point par Tricia Breen Carmichael de l’université de Windsor, qui récupère l’énergie de l’électricité statique, et pourra également être alimenté par des systèmes d’énergie solaire et des biodigesteurs de méthane.

Ces technologies de pointe aideront les agriculteurs à surmonter les obstacles persistants à la culture des framboises dans les climats nordiques. Par acre, les prix de gros des framboises dépassent de 480 % ceux des myrtilles, la plus grande culture de fruits à baies du Canada, alors que le Canada est le troisième importateur mondial de framboises. Le prototype de la plateforme iGrow répond aux principaux défis auxquels sont confrontés les cultivateurs, notamment le climat imprévisible de notre pays, les problèmes de lutte contre les parasites et les coûts élevés de la main-d’œuvre. Des tests ont démontré sa capacité à augmenter la production de framboises par acre de 350 %, tout en prolongeant la saison de croissance à douze mois. Cette augmentation de la productivité changerait la vie des familles d’agriculteurs dans tout le pays.

Les docteurs Campbell et Bougherara voient une voie vers une production alimentaire durable qui permet également aux cultivateurs de mieux comprendre leurs plantes. Plus important encore, leur système pourrait réduire la pénibilité du travail et les autres charges qui poussent de nombreuses familles à abandonner leur exploitation, y compris celle du Dr Campbell. “J’ai grandi dans l’agriculture et je ne voyais pas mon avenir dans l’entreprise familiale”, dit-elle en se souvenant de la décision de laisser tomber l’exploitation familiale de choux après le départ à la retraite de son père. “Nous devons humaniser ce secteur. Même si nous industrialisons l’agriculture, il y a toujours des familles d’agriculteurs derrière tout cela.”

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Collaborateurs

• Geoff Crocker, Argus Control Systems
• Thabet Belamri, EASTechnology
• Nicholas Burgwin, Université métropolitaine de Toronto
• Tricia Carmichael, Université de Windsor
• Brendon Falcon, Falcon Blueberries
• Line Lapointe, Université de Laval
• Ahmed Naderi, LAW Consultants
• Greg Ogiba, GRO Advantage
• Carol Plummer, Vivent SA
• Tyler Smith, Agriculture et Agroalimentaire Canada

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Optimisation saisonnière des fraises : Une approche hybride pour relever les défis saisonniers de la production de fraises et de la sécurité alimentaire au Canada

“Si nous pouvons cultiver des aliments dans l’espace, nous pouvons le faire partout. Tel est le principe directeur de l’approche innovante adoptée par une équipe de l’université de Guelph pour produire des cultures dans les environnements les plus difficiles du monde. “Les solutions que nous avons trouvées pour la Lune et Mars sont encore plus adaptées aux environnements difficiles de la Terre”, explique Mike Dixon, chef de projet, “en particulier au Canada, et plus particulièrement dans le Nord canadien”.

Directeur du centre de recherche sur les systèmes d’environnement contrôlé de l’université de Guelph, M. Dixon a mis en place le programme d’agriculture spatiale et de survie avancée de l’université, qui fournit des recherches sur la survie avancée à l’Agence spatiale canadienne, à la NASA et à l’Agence spatiale européenne. “Dans l’espace, le recyclage est essentiel”, explique-t-il. “Il ne peut y avoir de gaspillage dans l’espace ! On ne peut rien jeter, surtout pas l’eau et les nutriments. Il s’agit donc d’un transfert de technologie essentiel que nous exploiterons.

Les terrains froids et privés de lumière des régions septentrionales du Canada ne permettent pas une agriculture robuste, ce qui a créé une dépendance vis-à-vis des importations et une insécurité alimentaire pour les populations locales. Le projet d’optimisation saisonnière des fraises offre une solution scientifique pour la plantation à haute densité dans un environnement intérieur économe en énergie et en espace. Développé avec les codemandeurs Thomas Graham et Michael Stasiak de l’Université de Guelph, le projet permettra de cultiver et de propager des fraises à grande échelle en combinant des serres avancées et des méthodes d’agriculture verticale. La configuration hybride maximise la lumière du soleil disponible pendant la saison de croissance traditionnelle et prolonge la saison grâce à un éclairage LED personnalisé. “On peut profiter pleinement du soleil quand il est là”, explique le Dr Graham, “mais avec le système hybride, nous obtenons le meilleur des deux mondes”.

Cette approche économe en ressources mais hautement productive permettra aux agriculteurs de passer des cultures de feuilles à croissance rapide à des cultures plus denses en énergie, telles que les baies. Les fraises sont particulièrement bien adaptées au système de production hybride, car elles ont une stature physique et un mode de croissance qui conviennent à la fois aux serres et à la culture verticale. Avec leur courte durée de conservation et des importations annuelles d’une valeur de près de 475 millions de dollars, les fraises fraîches sont depuis longtemps mûres pour des investissements dans la production nationale tout au long de l’année.

L’équipe du projet comprend également des experts en agriculture en milieu contrôlé de l’Université de Guelph et de Mucci Farms, l’un des plus grands producteurs en serre du Canada et le plus grand producteur de fraises en milieu contrôlé d’Amérique du Nord. Modulable et économe en énergie, la conception hybride de l’équipe peut être modifiée pour cultiver d’autres fruits et légumes dans divers environnements, tels que les climats chauds et secs du Moyen-Orient. “Il existe sur Terre des environnements extrêmes où l’agriculture n’est tout simplement pas rentable”, explique le Dr Dixon, “et nous proposons de faire en sorte qu’il en soit ainsi”.

Le Dr Graham ajoute : “Nous devons simplement changer la définition de l’agriculture. Un conteneur d’expédition est-il une ferme ? Oui.”

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Collaborateurs

• Bert Mucci, PDG, Mucci Farms
• Mathew Walsh, directeur financier, Mucci Farms
• Herney Hernandez, chef de culture, Mucci Farms
• George Dekker, chef de projet, Mucci Farms
• Nasir Mahmood, producteur principal, Mucci Farms
• Jamie Lawson, Université de Guelph
• Theresa Rondeau Vuk, Université de Guelph

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