L’agriculture intérieure prête à voir son efficacité augmenter grâce aux intégrations d’IA

L’agriculture intérieure, également connue sous le nom d’agriculture en environnement contrôlé, correspond exactement à ce que son nom indique — la pratique de cultiver des plantes dans un environnement contrôlé, généralement à l’intérieur. 

L’agriculture intérieure mondiale est actuellement évaluée à 40,51 milliards de dollars, selon un rapport de Fact.MR, et devrait dépasser 118 milliards de dollars au cours de la prochaine décennie.

Dans ce type d’agriculture, des éclairages artificiels et des technologies sont utilisés pour optimiser les conditions de culture et augmenter les rendements des cultures.

« Ce sont beaucoup des mêmes technologies que l’on voit dans un bâtiment pour le confort humain, mais appliquées aux plantes. »

– Jennifer Amann du American Council for an Energy-Efficient Economy

En raison de la demande croissante pour des aliments frais à haute valeur nutritionnelle, des efforts pour atténuer les effets du changement climatique et du besoin de rendements annuels plus élevés en utilisant un espace et une eau limités, l’intérêt pour la culture de plantes dans un espace fermé a augmenté.

Après tout, l’agriculture intérieure offre une manière économique, efficace en ressources et respectueuse de l’environnement pour cultiver des aliments.

De plus, il est possible d’obtenir un contrôle précis des facteurs environnementaux tels que l’humidité, la lumière, la température et les niveaux de nutriments afin d’augmenter la productivité et de relever les défis liés à l’agriculture traditionnelle.

Certaines des méthodes populaires utilisées en agriculture intérieure comprennent l’hydroponie, l’aéroponie et l’aquaponie, qui ont élargi les limites de ce qui peut être cultivé à l’intérieur. De plus, l’intégration de l’éclairage LED, de l’Internet des objets et de l’intelligence artificielle contribue à faire progresser le secteur. 

Par exemple, au Texas et aux États-Unis, l’entreprise de serres hydroponiques verticales Eden Green Technology contrôle chaque aspect de la vie d’une plante dans son installation de 82 500 pieds carrés, où sept miles de tuyaux délivrent de l’eau riche en nutriments et de l’air frais est pompé pour créer le microclimat idéal pour la laitue, qui est ensuite vendue à Walmart. L’installation utilise des lumières LED, qui emploient des algorithmes programmés pour fournir la bonne quantité de lumière, en plus de la lumière naturelle, ce qui la rend « assez indifférente à l’environnement extérieur ».

L’utilisation de la technologie dans l’agriculture a augmenté grâce à sa capacité à réduire les coûts, augmenter la production des cultures et améliorer l’efficacité. 

L’utilisation du big data, de l’IoT, de la robotique et de l’IA est particulièrement bénéfique pour automatiser les opérations agricoles. Alors que le GPS et les capteurs utilisent une approche basée sur les données pour optimiser la production des cultures, les drones aident à l’inspection des champs et à la surveillance de la croissance des cultures et du bétail.

Utiliser l’IA pour réduire la consommation d’énergie dans l’agriculture intérieure

L’agriculture intérieure est la nouvelle façon de pratiquer l’agriculture, qui est améliorée par l’utilisation de la technologie. Cependant, bien que les usines à plantes avec éclairage artificiel (PFAL) puissent augmenter la production alimentaire par unité de surface, elles nécessitent des ressources telles que le dioxyde de carbone et l’énergie pour maintenir des conditions de croissance optimales. 

Ainsi, une nouvelle étude a utilisé une nouvelle technologie, l’IA, pour réduire la consommation d’énergie de l’agriculture intérieure jusqu’à 25 %.

Intégrer l’IA dans les usines à plantes peut aider à réguler les systèmes d’éclairage et de climat, réduisant considérablement la consommation d’énergie dans les usines et économisant des ressources précieuses tout en augmentant l’efficacité.

Ces usines à plantes sont de grandes fermes intérieures équipées d’un contrôle complet du climat et de l’éclairage. Selon Benjamin Decardi-Nelson, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Fengqi You en ingénierie des systèmes énergétiques à Cornell Engineering, si ces plantes du monde entier utilisent l’IA, cela peut aider à « faciliter la photosynthèse, la transpiration et la respiration des cultures dans ces bâtiments ».

Il s’agit d’une réalisation majeure qui peut potentiellement aider à nourrir la demande alimentaire croissante du monde à mesure que la population augmente. La population mondiale est actuellement de 8,2 milliards et, selon les projections des Nations Unies, atteindra 9,7 milliards d’ici 2050 et 11,2 milliards d’ici 2100.

Combinée à l’urbanisation et au changement climatique, il est nécessaire de travailler sur les systèmes de production alimentaire actuels et de les rendre plus efficaces afin qu’ils puissent répondre à la demande croissante. D’où l’accent mis sur l’agriculture intérieure, qui repose sur la technologie pour créer des environnements contrôlés. Cela les rend moins vulnérables au changement climatique et à d’autres facteurs affectant l’agriculture traditionnelle.

Mais l’agriculture intérieure n’est pas non plus exempte de défis. Selon You, les systèmes de contrôle environnemental actuels sont simplement « pas assez intelligents ». Ils sont énergivores et nécessitent une gestion minutieuse des ressources pour être durables.

Une solution est la ventilation, mais bien qu’elle puisse réduire la consommation d’énergie, elle affecte les niveaux de dioxyde de carbone et l’équilibre de l’humidité, ce qui complique la croissance des plantes. Ici, l’IA peut être d’une aide immense en gérant plusieurs complexités.

L’intelligence artificielle est déjà largement utilisée dans le secteur, allant de la prévision des rendements basée sur les données satellites, l’analyse de diverses données (photos de terrain et satellites, météo et humidité du sol) pour identifier les problèmes de cultures, à la prédiction des schémas de maladies en analysant les plantes puis en recommandant des traitements, en réduisant l’utilisation de pesticides en ne ciblant que les zones affectées. L’IA aide également les agriculteurs à optimiser l’utilisation des ressources et à négocier les prix de la récolte en évaluant les taux de rendement et les niveaux de qualité.

La dernière étude, quant à elle, a utilisé l’IA pour réduire la consommation d’énergie dans l’agriculture intérieure. Selon Decardi-Nelson, rationaliser les opérations en utilisant l’IA pour réduire la consommation d’énergie peut rendre les fermes intérieures viables même dans les régions où les opportunités d’économie d’énergie sont limitées. Il a ajouté :

« En alignant stratégiquement la technologie des systèmes de contrôle environnemental avec la biologie des plantes, l’énergie peut être conservée grâce à la ventilation tout en minimisant le gaspillage de dioxyde de carbone et en maintenant des conditions de croissance idéales. »

Un système intelligent pour rendre la production alimentaire durable

Publié dans Nature le 9 sept., l’étude a utilisé l’apprentissage par renforcement profond et la modélisation informatique pour examiner les interactions plante-environnement.

Les chercheurs de l’Université Cornell ont utilisé des techniques d’IA pour évaluer la laitue cultivée dans des installations d’agriculture intérieure réparties sur dix sites mondiaux divers avec des climats distincts. Cela comprenait huit sites aux États-Unis, notamment Ithaca (New York), Fargo (Dakota du Nord), Phoenix, Milwaukee, Seattle, Miami, Chicago et Los Angeles. Les deux autres étaient Dubaï, Émirats arabes unis, et Reykjavik, Islande.

L’étude a constaté que l’IA peut considérablement améliorer les économies d’énergie dans les PFAL ainsi que soutenir une production alimentaire durable. L’IA a réalisé des économies d’énergie en optimisant les systèmes d’éclairage et de régulation du climat, ce qui a réduit la consommation d’énergie.

Dans les régions au climat plus frais qui utilisent actuellement une technologie non IA, l’introduction de l’IA réduit l’énergie nécessaire pour produire un kilogramme de laitue en intérieur de 32,42 %. Concrètement, la consommation d’énergie passe de 9,5 kWh à 6,42 kWh par kilogramme de poids frais.

Dans les climats plus chauds, comme Dubaï ou le sud des États-Unis, l’IA a réduit la consommation d’énergie de 22,28 %, la faisant passer de 10,5 kWh à 7,26 kWh par kilogramme de poids frais.

Selon l’étude, les températures extérieures comprises entre 0 et 25 °C favorisent la réduction de la consommation d’énergie liée à la ventilation. Cependant, les économies d’énergie liées à la ventilation ont un impact négatif sur d’autres utilisations de ressources, comme l’utilisation du CO₂. L’humidité extérieure, quant à elle, n’a montré aucun schéma clair ou effet sur la consommation d’énergie. 

L’étude a constaté que le fait d’avoir une ventilation élevée pendant la période sombre, soit huit heures de simulation nocturne, et une ventilation faible pendant les périodes lumineuses, soit seize heures de simulation jour/ensoleillement, offrait une solution écoénergétique pour des niveaux de CO₂ intérieurs optimaux pour la photosynthèse, l’oxygène pour la respiration et la croissance des plantes, tout en équilibrant les autres exigences de ventilation.

« C’est un concept très similaire à celui des maisons intelligentes. »

– You, le co-directeur de l’AI for Science Institute de l’Université Cornell et le co-directeur du Cornell Institute for Digital Agriculture

Tout comme nous voulons être à l’aise chez nous tout en réduisant la consommation d’énergie, les cultures le souhaitent également, a-t-il déclaré, soulignant que l’IA aide grandement à cela. En utilisant l’IA pour optimiser l’éclairage artificiel et d’autres systèmes énergétiques, nous pouvons économiser sur les coûts.

« Ce travail se concentre sur un système intelligent pour rendre la production alimentaire optimale, durable et réduire l’empreinte carbone. »

– You

L’équilibre entre la consommation d’énergie et la durabilité est la clé de la rentabilité

Réduire la consommation d’énergie est l’un des aspects les plus critiques d’une agriculture intérieure réussie. En raison d’une utilisation d’énergie supérieure à celle des serres traditionnelles, cela représente un coût majeur pour l’agriculture intérieure, l’éclairage représentant la majorité de la consommation d’énergie ici. 

Des coûts élevés peuvent menacer la rentabilité de cette entreprise, rendant la durabilité et la viabilité de l’agriculture verticale extrêmement difficiles. Sans compter que les coûts croissants ont tendance à être répercutés sur les consommateurs, donc réduire la consommation d’énergie et, par conséquent, le coût, peut aider à alléger le fardeau financier. 

Dans ce contexte, de nombreuses recherches et développements continus dans le domaine de l’agriculture intérieure visent à réduire ces coûts et à trouver des méthodes durables afin de relever efficacement les défis de la production alimentaire.

Le mois dernier, des chercheurs de l’Université Ben-Gurion du Néguev ont créé un système en boucle fermée pour produire davantage de poissons et de légumes tout en utilisant moins d’énergie. Dans le cadre de la recherche sur les systèmes aquaponiques, ce nouveau système a formé une unité à quasi zéro déchet en traitant les déchets solides des poissons par digestion anaérobie et en récupérant l’énergie et les nutriments dans le système.

Sous la direction du Prof. Amit Gross, directeur du Zuckerberg Institute for Water Research, le système a montré une productivité végétale 1,6 fois supérieure, une consommation d’eau 2,1 fois moindre et une consommation d’énergie 16 % inférieure par kilogramme d’alimentation par rapport aux systèmes conventionnels. 

Disposer d’une tonne de poisson, qui est une source de protéines de haute qualité avec une empreinte carbone bien plus petite, peut en fait permettre au système de fonctionner sans aucune énergie externe, selon l’étude. De plus, en ayant une production de déchets négligeable et une séquestration carbone importante, ce système a le potentiel d’être une unité autonome durable.

« Nourrir les plus de 8 milliards de personnes sur la planète tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre nécessitera des technologies innovantes. Celles qui combinent deux fonctions en une sont évidemment préférables. »

– Prof. Gross

Une recherche distincte de juillet de cette année a réduit la facture d’électricité des serres d’environ un quart en modifiant le programme d’éclairage artificiel.

Dans cette expérience d’un mois menée par des chercheurs de Skoltech, différentes variétés de laitue et d’endive (chicorée) ont été testées dans deux serres identiques. Toutes les conditions, à l’exception du régime d’éclairage, étaient les mêmes. Alors que les deux recevaient 16 heures de lumière quotidiennement, une seule avait des heures d’obscurité réparties tout au long de la journée en fonction des moments où l’électricité était la plus chère, et cela « n’a pas affecté de manière mesurable la croissance des plantes ». 

Entreprises impliquées dans l’avancement de l’agriculture intérieure

Voyons maintenant quelques entreprises qui repoussent les limites de la technologie agricole grâce à des solutions innovantes d’agriculture intérieure.

#1. Village Farms International (VFF)

Cette entreprise est impliquée dans l’agriculture intérieure, la culture de produits et de cannabis dans des conditions contrôlées. La société cultive, commercialise et distribue des fruits et légumes de qualité supérieure, cultivés en serre, en Amérique du Nord via sa filiale entièrement détenue Village Farms Fresh.

Présente sur le marché depuis 1987, Village Farms possède actuellement 240 acres de serres en verre aux États‑Unis et au Canada. Dans une récente interview, le président et PDG Mike DeGiglio a parlé de leur focalisation technologique sur la conception logicielle pour contrôler l’environnement interne de la serre. La majeure partie des fonds de l’entreprise est également consacrée à créer un climat de serre qui fonctionne indépendamment de l’environnement extérieur. 

L’autre axe d’intérêt porte sur la technologie du côté énergétique et la supplémentation en dioxyde de carbone. « Si nous pouvons réduire les coûts énergétiques, nous serions beaucoup plus durables, » a déclaré DeGiglio. Ainsi, Village Farms a investi avec FuelCell Energy, Quadrogen Power Systems et le Conseil national de recherches du Canada pour créer un projet pilote de technologie de pile à combustible pour sa serre en Colombie‑Britannique. 

Avec une capitalisation boursière de 110,61 millions, les actions VFF se négocient actuellement à 0,99 $, en hausse de 30,09 % depuis le début de l’année. Elle affiche un BPA (TTM) de -0,45 et un PER (TTM) de -2,18. Pour le deuxième trimestre 2024, l’entreprise a déclaré une hausse de 19 % d’une année sur l’autre de ses ventes consolidées à 92,1 millions de dollars, le segment Produits frais ayant progressé de 7 % et le segment Cannabis canadien de 45 %, tandis que le segment Cannabis américain a enregistré une baisse.

La perte nette était de 23,5 millions de dollars tandis que l’EBITDA ajusté affichait une perte de 3,6 millions de dollars et le flux de trésorerie s’est amélioré à 5,7 millions de dollars au cours du trimestre. Cette année, l’entreprise a également lancé une offre de 200 millions de dollars, dont les recettes seront utilisées pour le fonds de roulement et les besoins généraux de l’entreprise.

#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm est un fournisseur d’équipements et de fournitures pour l’agriculture en environnement contrôlé (CEA) destinés à l’hydroponie et à l’agriculture intérieure. Cela comprend les nutriments, l’éclairage, des plans pour optimiser ou développer votre exploitation commerciale, et plus encore.

Avec une capitalisation boursière de 31,26 millions, les actions HYFM se négocient actuellement à 0,68 $, en baisse de 25,89 % depuis le début de l’année. Elle affiche un BPA (TTM) de -1,55 et un PER (TTM) de -0,44. Pour le deuxième trimestre 2024, l’entreprise a déclaré une baisse de 13,1 % de son chiffre d’affaires net à 54,8 millions de dollars. Avec cela, sa perte nette a augmenté à 23,5 millions, tandis que le bénéfice brut s’élevait à 10,9 millions de dollars et l’EBITDA ajusté à 1,7 million de dollars.

« Au deuxième trimestre, nous avons enregistré un EBITDA ajusté positif pour la quatrième fois au cours des cinq derniers trimestres, illustrant l’efficacité de notre plan de restructuration et des économies de coûts associées. »

– Bill Toler, président et PDG

Hydrofarm travaille actuellement à réaliser des économies de coûts grâce à une utilisation et une productivité accrues de ses installations, tout en restant confiant quant à ses opportunités de croissance. Hydrofarm disposait de 30,3 millions de dollars en liquidités à la fin du trimestre et maintenait une capacité d’emprunt de 20 millions de dollars. 

Conclusion

Aujourd’hui, nous vivons dans un monde confronté au problème d’une population en forte croissance, de l’urbanisation, du changement climatique, de la dégradation des terres et de l’utilisation généralisée de pesticides et d’engrais, tandis que la demande des consommateurs pour des aliments riches en nutriments avec un impact environnemental minimal augmente. 

C’est pourquoi l’agriculture intérieure gagne en popularité. Non seulement elle convient parfaitement aux environnements urbains, mais elle utilise également moins d’eau, présente moins de risques professionnels et réduit l’impact environnemental. Avec ses nombreux avantages, l’agriculture intérieure offre une solution prometteuse aux défis de l’agriculture moderne. 

En tirant parti de la technologie pour créer des environnements contrôlés, l’agriculture intérieure aide à répondre à la demande croissante d’aliments frais, locaux et nutritifs tout en abordant les préoccupations de durabilité.

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