Même parmi leurs collègues plutôt inhabituels - génies créatifs et scientifiques un peu fous du Media Lab du Massachusetts Institute of Technology (MIT), situé près de Boston (États-Unis), où des requins gonflables géants sont suspendus au plafond, les tables sont souvent décorées de têtes de robots , et des scientifiques minces aux cheveux courts en chemises hawaïennes discutant avec admiration de formules mystérieuses dessinées à la craie sur un tableau noir - Saleb Harper semble être une personne très inhabituelle. Alors que ses collègues de la recherche scientifique créent : intelligence artificielle, prothèses intelligentes, machines de pliage de nouvelle génération et dispositifs médicaux qui affichent le système nerveux humain en 3D, Harper travaille sur - Il fait pousser des choux. Au cours de l'année écoulée, il a transformé le petit hall du cinquième étage de l'Institut (derrière les portes de son laboratoire) en un jardin super-technologique qui semble avoir pris vie dans un film de science-fiction. Plusieurs variétés de brocolis, de tomates et de basilic poussent ici, apparemment dans les airs, baignées de néons LED bleus et rouges ; et leurs racines blanches les font ressembler à des méduses. Les plantes s'enroulaient autour du mur de verre, de 7 mètres de long et de 2.5 mètres de haut, de sorte qu'elles semblaient s'enrouler autour d'un immeuble de bureaux. Il n'est pas difficile de deviner que si vous donnez libre cours à Harper et à ses collègues, dans un avenir proche, ils pourront transformer toute la métropole en un jardin aussi vivant et comestible.
«Je crois que nous avons le pouvoir de changer le monde et le système alimentaire mondial», déclare Harper, un homme grand et trapu de 34 ans vêtu d'une chemise bleue et de bottes de cow-boy. « Le potentiel de l'agriculture urbaine est énorme. Et ce ne sont pas de vains mots. «L'agriculture urbaine» de ces dernières années a dépassé la phase «regardez, c'est vraiment possible» (au cours de laquelle des expériences ont été faites pour faire pousser de la laitue et des légumes sur les toits des villes et dans les espaces vides de la ville) et est devenue une véritable vague d'innovation, lancée par des penseurs debout fermement sur leurs pieds, comme Harper. Il a cofondé le projet CityFARM il y a un an, et Harper étudie maintenant comment la haute technologie peut aider à optimiser les rendements de légumes. En même temps, des systèmes de capteurs sont utilisés qui surveillent les besoins des plantes en eau et en engrais et alimentent les semis avec une lumière de la fréquence d'onde optimale : les diodes, en réponse aux besoins de la plante, envoient de la lumière qui non seulement donne vie à plantes, mais détermine également leur goût. Harper rêve qu'à l'avenir, de telles plantations prendront leur place sur les toits des bâtiments - dans de vraies villes où de nombreuses personnes vivent et travaillent.
Les innovations que Harper propose d'introduire peuvent réduire le coût de l'agriculture et réduire son impact environnemental. Il affirme qu'en mesurant et contrôlant la lumière, l'arrosage et la fertilisation selon sa méthode, il est possible de réduire la consommation d'eau de 98%, d'accélérer la croissance des légumes de 4 fois, d'éliminer complètement l'utilisation d'engrais chimiques et de pesticides, de doubler l'apport nutritionnel valeur des légumes et améliorer leur goût.
La production alimentaire est un grave problème environnemental. Avant d'être sur notre table, il fait généralement un trajet de plusieurs milliers de kilomètres. Kevin Frediyani, responsable de l'agriculture biologique au Bicton College, une école d'agriculture du Devon, au Royaume-Uni, a estimé que le Royaume-Uni importe 90 % de ses fruits et légumes de 24 pays (dont 23 % d'Angleterre). Il s'avère que la livraison d'une tête de chou cultivée en Espagne et livrée par camion au Royaume-Uni entraînera l'émission d'environ 1.5 kg d'émissions de carbone nocives. Si vous cultivez cette tête au Royaume-Uni, dans une serre, le chiffre sera encore plus élevé : environ 1.8 kg d'émissions. « Nous n'avons tout simplement pas assez de lumière et le verre ne retient pas très bien la chaleur », note Frediyani. Mais si vous utilisez un bâtiment isolé spécial avec éclairage artificiel, vous pouvez réduire les émissions à 0.25 kg. Frediyani sait de quoi il parle : il gérait auparavant des vergers et des plantations de légumes au zoo de Paington, où il a proposé en 2008 une méthode de plantation verticale pour cultiver plus efficacement les aliments pour animaux. Si nous pouvons mettre en place de telles méthodes, nous obtiendrons des aliments moins chers, plus frais et plus nutritifs, nous pourrons réduire les émissions de gaz à effet de serre de millions de tonnes par an, y compris dans la partie de la production qui concerne l'emballage, le transport et le tri des produits agricoles, qui produisent au total 4 fois plus d'émissions nocives que la culture elle-même. Cela peut retarder considérablement l'approche de la crise alimentaire mondiale imminente.
Les experts de l'ONU ont calculé que d'ici 2050, la population mondiale augmentera de 4.5 milliards et que 80 % des habitants de la planète vivront dans les villes. Déjà aujourd'hui, 80% des terres propices à l'agriculture sont utilisées et les prix des produits augmentent en raison de l'augmentation des sécheresses et des inondations. Dans de telles conditions, les innovateurs agricoles ont tourné leur regard vers les villes comme une solution possible au problème. Après tout, les légumes peuvent être cultivés n'importe où, même sur des gratte-ciel ou dans des abris anti-bombes abandonnés.
Le nombre d'entreprises qui commencent à utiliser des technologies de serre innovantes pour cultiver des légumes et les nourrir avec des LED comprend, par exemple, un géant comme Philips Electronics, qui possède son propre département pour les LED agricoles. Les scientifiques qui y travaillent créent de nouveaux types de lignes de conditionnement et de systèmes de gestion, explorent les possibilités des technologies du microclimat, de l'aéroponie*, de l'aquaponie**, de l'hydroponie***, des systèmes de récupération d'eau de pluie ou encore des microturbines qui permettent d'utiliser l'énergie des tempêtes. Mais jusqu'à présent, personne n'a été en mesure de rentabiliser de telles innovations. Le plus dur est la consommation d'énergie. Le système hydroponique VertiCorp (Vancouver), qui a fait beaucoup de bruit dans la communauté scientifique, qui a été nommé Découverte de l'année 2012 par le magazine TIME, s'est écrasé à cause de cela. consommé trop d'électricité. "Il y a beaucoup de mensonges et de promesses vides dans ce domaine", déclare Harper, le fils d'un boulanger qui a grandi dans une ferme du Texas. "Cela a conduit à beaucoup d'investissements gaspillés et à l'effondrement de nombreuses entreprises, grandes et petites."
Harper affirme que grâce à l'utilisation de ses développements, il sera possible de réduire la consommation d'électricité de 80 %. Contrairement aux technologies d'agriculture industrielle protégées par des brevets, son projet est ouvert, et n'importe qui peut utiliser ses innovations. Il existe déjà un précédent à cela, comme ce fut le cas avec les découpeuses laser conçues par le MIT et les imprimantes XNUMXD, que l'Institut fabrique et donne aux laboratoires du monde entier. « Ils ont créé un réseau de production que je considère comme un modèle pour notre mouvement de culture de légumes », déclare Harper.
… Par un bel après-midi de juin, Harper teste sa nouvelle configuration. Il tient un morceau de carton provenant d'un ensemble de jouets pour enfants. Devant lui se trouve une boîte de salade de chou éclairée par des LED bleues et rouges. Les atterrissages sont "surveillés" par une caméra vidéo de suivi de mouvement empruntée par Harper à la PlayStation. Il recouvre la chambre d'une feuille de carton – les diodes deviennent plus lumineuses. "Nous pouvons prendre en compte les données météorologiques et créer un algorithme de compensation d'éclairage à diodes", explique le scientifique, "Mais le système ne sera pas en mesure de prédire un temps pluvieux ou nuageux. Nous avons besoin d'un environnement un peu plus interactif.
Harper a assemblé un tel modèle à partir de lattes d'aluminium et de panneaux de plexiglas - une sorte de salle d'opération stérile. À l'intérieur de ce bloc de verre, plus grand qu'un homme, vivent 50 plantes, certaines avec des racines pendantes et automatiquement irriguées avec des nutriments.
En elles-mêmes, ces méthodes ne sont pas uniques : les petites fermes sous serre les utilisent depuis plusieurs années. L'innovation réside précisément dans l'utilisation de diodes de lumière bleue et rouge, qui crée la photosynthèse, ainsi que le niveau de contrôle atteint par Harper. La serre est littéralement bourrée de divers capteurs qui lisent les conditions atmosphériques et envoient des données à un ordinateur. « Avec le temps, cette serre deviendra encore plus intelligente », assure Harper.
Il utilise un système d'étiquettes attribuées à chaque plante pour suivre la croissance de chaque plante. « À ce jour, personne n'a fait cela », dit Harper. "Il y a eu de nombreux faux rapports sur de telles expériences, mais aucun d'entre eux n'a réussi le test. Il y a maintenant beaucoup d'informations dans la communauté scientifique sur de telles études, mais personne ne sait avec certitude si elles ont été couronnées de succès et, en général, si elles ont effectivement été menées.
Son objectif est de créer une ligne de production de légumes à la demande, livrée comme Amazon.com. Au lieu de cueillir des légumes verts (par exemple, comme les tomates vertes sont récoltées aux Pays-Bas en été ou en Espagne en hiver – pauvres en nutriments et sans goût), puis envoyez-les sur des centaines de kilomètres, gazez-les pour donner l'apparence de la maturité – vous pouvez commander vos tomates ici aussi mais deviennent vraiment mûres et fraîches, du jardin, et presque dans la rue voisine. « La livraison sera rapide », dit Harper. "Aucune perte de saveur ou de nutriments dans le processus!"
À ce jour, le plus gros problème non résolu de Harper concerne les sources lumineuses. Il utilise à la fois la lumière du soleil d'une fenêtre et des LED contrôlées par Internet fabriquées par la startup suisse Heliospectra. Si vous placez des plantations de légumes sur des immeubles de bureaux, comme Harper le suggère, alors il y aura suffisamment d'énergie solaire. « Mes plantations n'utilisent que 10 % du spectre lumineux, le reste ne fait que réchauffer la pièce – c'est comme un effet de serre », explique Harper. – Je dois donc rafraîchir exprès la serre, ce qui demande beaucoup d'énergie et détruit l'autosuffisance. Mais voici une question rhétorique : combien coûte la lumière du soleil ?
Dans les serres "solaires" traditionnelles, les portes doivent être ouvertes pour refroidir la pièce et réduire l'humidité accumulée - c'est ainsi que les invités non invités - insectes et champignons - pénètrent à l'intérieur. Les équipes scientifiques d'entreprises telles que Heliospectra et Philips estiment que l'utilisation du Soleil est une approche dépassée. En fait, la plus grande percée scientifique dans le domaine de l'agriculture est maintenant réalisée par les entreprises d'éclairage. Heliospectra fournit non seulement des lampes pour serres, mais mène également des recherches académiques dans le domaine des méthodes pour accélérer la croissance de la biomasse, accélérer la floraison et améliorer le goût des légumes. La NASA utilise des lampes qu'ils fabriquent dans leur expérience pour moduler une "base spatiale martienne" à Hawaï. L'éclairage ici est créé par des panneaux à diodes, qui ont leur propre ordinateur intégré. "Vous pouvez envoyer un signal à une plante pour lui demander comment elle se sent, et en retour, elle envoie des informations sur la quantité de spectre qu'elle utilise et comment elle mange", explique Christopher Steele, co-directeur d'Heliosphere, de Göteborg. "Par exemple, la lumière bleue n'est pas optimale pour la croissance du basilic et affecte négativement sa saveur." De plus, le Soleil ne peut pas éclairer parfaitement uniformément les végétaux - cela est dû à l'apparition de nuages et à la rotation de la Terre. "Nous pouvons cultiver des légumes sans barils sombres ni taches qui ont fière allure et ont bon goût", ajoute le PDG Stefan Hillberg.
De tels systèmes d'éclairage sont vendus au prix de 4400 livres, ce qui n'est pas du tout bon marché, mais la demande sur le marché est très élevée. Aujourd'hui, il y a environ 55 millions de lampes dans les serres à travers le monde. « Les lampes doivent être remplacées tous les 1 à 5 ans », explique Hillberg. "C'est beaucoup d'argent."
Les plantes préfèrent les diodes à la lumière du soleil. Comme les diodes peuvent être placées directement au-dessus de la plante, celle-ci n'a pas à dépenser d'énergie supplémentaire pour créer des tiges, elle pousse clairement vers le haut et la partie feuillue est plus épaisse. Chez GreenSenseFarms, la plus grande ferme verticale intérieure au monde, située à 50 km de Chicago, pas moins de 7000 10 lampes sont réparties dans deux salles d'éclairage. "La laitue cultivée ici est plus savoureuse et plus croustillante", déclare le PDG Robert Colangelo. – Nous éclairons chaque lit avec 840 lampes, nous avons 150 lits. Nous obtenons 30 têtes de laitue du jardin tous les XNUMX jours.
Les lits sont disposés verticalement sur la ferme et atteignent 7.6 m de hauteur. La ferme Green Sense utilise la technologie dite du « film hydro-nutritif ». En pratique, cela signifie que l'eau riche en nutriments s'infiltre dans le « sol » - les coques de noix de coco broyées, qui sont utilisées ici à la place de la tourbe, car il s'agit d'une ressource renouvelable. "Parce que les plates-bandes sont disposées verticalement, les légumes poussent au moins dix fois plus épais et produisent 25 à 30 fois plus que dans des conditions horizontales normales", explique Colangelo. "C'est bon pour la Terre car il n'y a pas de déversement de pesticides, et nous utilisons de l'eau recyclée et des engrais recyclés." "Cela consomme beaucoup moins d'énergie (que le conventionnel)", explique Colangelo, en parlant de son usine de légumes, créée en collaboration avec Philips, qui est la plus grande de la planète.
Colangelo pense que bientôt l'industrie agricole ne se développera que dans deux directions : premièrement, de grands espaces ouverts plantés de céréales telles que le blé et le maïs, qui peuvent être stockés pendant des mois et lentement transportés à travers le monde - ces fermes sont situées loin des villes . Deuxièmement, les fermes verticales qui cultiveront des légumes coûteux et périssables comme les tomates, les concombres et les légumes verts. Sa ferme, qui a ouvert ses portes en avril de cette année, devrait générer un chiffre d'affaires annuel de 2 à 3 millions de dollars. Colangelo vend déjà ses produits phares aux restaurants et au centre de distribution WholeFood (situé à seulement 30 minutes), qui livre des légumes frais à 48 magasins dans 8 États américains.
"La prochaine étape est l'automatisation", déclare Colangelo. Comme les plates-bandes sont disposées verticalement, le directeur de l'usine pense qu'il sera possible d'utiliser la robotique et des capteurs pour déterminer quels légumes sont mûrs, les récolter et les remplacer par de nouveaux plants. « Ce sera comme Détroit avec ses usines automatisées où des robots assemblent des voitures. Les voitures et les camions sont assemblés à partir de pièces commandées par des concessionnaires, et non produites en série. Nous appellerons cela « grandir sur commande ». Nous cueillerons des légumes lorsque le magasin en aura besoin.
Une innovation encore plus incroyable dans le domaine de l'agriculture est "l'expédition de fermes en conteneurs". Ce sont des bacs de culture verticaux équipés d'un système de chauffage, d'irrigation et d'éclairage avec des lampes à diodes. Ces contenants, faciles à transporter et à stocker, peuvent être empilés par quatre et placés juste devant les magasins et les restaurants pour leur fournir des légumes frais.
Plusieurs entreprises ont déjà occupé ce créneau. Growtainer, basée en Floride, est une entreprise qui produit à la fois des fermes entières et des solutions sur site pour les restaurants et les écoles (où elles sont utilisées comme aides visuelles en biologie). « J'y ai investi un million de dollars », déclare le PDG de Grotainer, Glen Berman, qui a dirigé des producteurs d'orchidées en Floride, en Thaïlande et au Vietnam pendant 40 ans et est maintenant le plus grand distributeur de plantes vivantes aux États-Unis et en Europe. « Nous avons perfectionné les systèmes d'irrigation et d'éclairage », dit-il. "Nous grandissons mieux que la nature elle-même."
Déjà, il a des dizaines de centres de distribution, dont beaucoup fonctionnent selon le système du « propriétaire-consommateur » : ils vous vendent un contenant, et vous cultivez vous-même des légumes. Le site Web de Berman affirme même que ces conteneurs sont d'excellentes « publicités en direct » sur lesquelles des logos et d'autres informations peuvent être placés. D'autres entreprises fonctionnent sur un principe différent : elles vendent des contenants avec leur propre logo, dans lesquels poussent déjà des légumes. Malheureusement, alors que les deux régimes sont coûteux pour le consommateur.
"Les micro-fermes ont un retour sur investissement inverse par zone", déclare Paul Lightfoot, PDG de Bright Farms. Bright Farms produit de petites serres qui peuvent être placées à côté du supermarché, réduisant ainsi le temps et le coût de livraison. "Si vous avez besoin de chauffer une pièce, il est moins cher de chauffer dix kilomètres carrés que cent mètres."
Certains innovateurs agricoles ne viennent pas du monde universitaire mais du monde des affaires. Il en va de même pour Bright Farms, qui était basé sur le projet à but non lucratif de 2007 ScienceBarge, un prototype de ferme urbaine innovante ancrée dans la rivière Hudson (New York). C'est alors que les supermarchés du monde entier ont remarqué une demande croissante de légumes frais cultivés localement.
Du fait que 98% de la laitue vendue dans les supermarchés américains est cultivée en Californie l'été et en Arizona l'hiver, son coût (qui inclut le coût de l'eau, chère dans l'ouest du pays) est relativement élevé . En Pennsylvanie, Bright Farms a signé un contrat avec un supermarché local, a reçu un crédit d'impôt pour la création d'emplois dans la région et a acheté une ferme de 120 hectares. La ferme, qui utilise un système d'eau de pluie sur le toit et des configurations verticales comme Saleb Harper, vend chaque année pour 2 millions de dollars de ses propres légumes verts de marque aux supermarchés de New York et de Philadelphie à proximité.
"Nous offrons une alternative aux verts plus chers et pas si frais de la côte ouest", déclare Lightfoot. – Les légumes verts périssables coûtent très cher à transporter à travers le pays. C'est donc notre opportunité d'introduire un produit meilleur et plus frais. Nous n'avons pas à dépenser d'argent pour l'expédition longue distance. Nos valeurs fondamentales se situent en dehors du domaine de la technologie. Notre innovation est le modèle économique lui-même. Nous sommes prêts à mettre en œuvre toute technologie qui nous permettra d'obtenir des résultats.
Lightfoot pense que les fermes en conteneurs ne pourront jamais s'implanter dans les grands supermarchés en raison du manque de retour sur investissement. "Il existe de véritables niches, comme les verts coûteux pour certains restaurants", explique Lightfoot. « Mais cela ne fonctionnera pas aux vitesses avec lesquelles je travaille. Bien que de tels conteneurs puissent, par exemple, être jetés dans la base militaire des marines en Afghanistan.
Pourtant, les innovations dans l'agriculture apportent renommée et revenus. Cela devient évident lorsque vous regardez la ferme, située à 33 mètres sous les rues de North Capham (région de Londres). Ici, dans un ancien abri anti-aérien de la Première Guerre mondiale, l'entrepreneur Stephen Dring et ses partenaires ont collecté 1 million de livres sterling pour convertir l'espace urbain non réclamé afin de créer une agriculture de pointe durable et rentable, et cultive avec succès de la laitue et d'autres légumes verts.
Son entreprise, ZeroCarbonFood (ZCF, Zero Emission Food), fait pousser des légumes verts dans des racks verticaux à l'aide d'un système de « marée » : l'eau lave les légumes verts en croissance et est ensuite collectée (fortifiée en nutriments) pour être réutilisée. La verdure est plantée dans un sol artificiel fabriqué à partir de tapis recyclés du village olympique de Stratford. L'électricité utilisée pour l'éclairage provient de petites turbines micro-hydroélectriques. "Nous avons beaucoup de pluie à Londres", explique Dring. "Nous avons donc installé des turbines dans le système de ruissellement des eaux pluviales, et elles nous fournissent de l'énergie." Dring travaille également à résoudre l'un des plus gros problèmes de la culture verticale : le stockage de la chaleur. "Nous explorons comment la chaleur peut être extraite et transformée en électricité, et comment le dioxyde de carbone peut être utilisé - il agit comme des stéroïdes sur les plantes."
Dans l'est du Japon, qui a été durement touché par le tremblement de terre et le tsunami de 2001, un spécialiste bien connu des plantes a transformé une ancienne usine de semi-conducteurs Sony en la deuxième plus grande ferme intérieure du monde. D'une superficie de 2300 m2, la ferme est éclairée avec 17500 électrodes basse consommation (fabriquées par General Electric), et produit 10000 têtes de légumes verts par jour. L'entreprise à l'origine de la ferme - Mirai ("Mirai" signifie "futur" en japonais) - travaille déjà avec les ingénieurs de GE pour mettre en place une "usine en croissance" à Hong Kong et en Russie. Shigeharu Shimamura, qui est à l'origine de la création de ce projet, a ainsi formulé ses plans pour l'avenir : « Enfin, nous sommes prêts à commencer l'industrialisation de l'agriculture.
Il n'y a pas de pénurie d'argent dans le secteur agricole de la science en ce moment, et cela se voit dans le nombre croissant d'innovations, allant de celles conçues pour un usage domestique (il y a beaucoup de projets intéressants sur Kickstarter, par exemple, Niwa, qui vous permet de faire pousser des tomates à la maison dans une plante hydroponique contrôlée par smartphone), à global. Le géant économique de la Silicon Valley SVGPartners, par exemple, s'est associé à Forbes pour organiser l'année prochaine une conférence internationale sur l'innovation agricole. Mais la vérité est qu'il faudra beaucoup de temps - une décennie ou plus - pour que l'agriculture innovante gagne une part importante du gâteau de l'industrie alimentaire mondiale.
« Ce qui est vraiment important, c'est que nous n'avons aucun coût de transport, aucune émission et une consommation de ressources minimale », déclare Harper. Autre point intéressant que le scientifique a noté : un jour nous pourrons dépasser les caractéristiques régionales de la culture des produits végétaux. Les restaurants feront pousser des légumes à leur goût, juste à l'extérieur, dans des contenants spéciaux. En modifiant la lumière, l'équilibre acido-basique, la composition minérale de l'eau, ou en limitant spécifiquement l'irrigation, ils peuvent contrôler le goût des légumes – par exemple rendre une salade plus sucrée. Progressivement, vous pourrez ainsi créer vos propres légumes de marque. « Il n'y aura plus 'les meilleurs raisins poussent ici et là' », déclare Harper. – « Sera » les meilleurs raisins sont cultivés sur cette ferme à Brooklyn. Et la meilleure bette vient de cette ferme de Brooklyn. Ceci est incroyable".
Google va mettre en œuvre les découvertes de Harper et sa conception de microferme dans la cafétéria de leur siège social de Mountain View pour nourrir les employés avec des aliments frais et sains. Il a également été contacté par une société cotonnière pour lui demander s'il était possible de cultiver du coton dans une serre aussi innovante (Harper n'est pas sûr - c'est peut-être possible). Le projet de Harper, OpenAgProject, a attiré l'attention des universitaires et des entreprises publiques en Chine, en Inde, en Amérique centrale et aux Émirats arabes unis. Et un autre partenaire plus proche de chez nous, la Michigan State University, est sur le point de transformer un ancien entrepôt automobile de 4600 pieds carrés à la périphérie de Detroit en ce qui deviendra la plus grande "usine de légumes verticale" au monde. « Quel est le meilleur endroit pour comprendre l'automatisation, si ce n'est à Detroit ? demande Harper. – Et certains demandent encore « qu'est-ce que la nouvelle révolution industrielle » ? C'est ce qu'elle est !
* L'aéroponie est le processus de culture de plantes dans l'air sans utiliser de sol, dans lequel les nutriments sont livrés aux racines des plantes sous la forme d'un aérosol
** Aquaponie – haute technologieune façon logique d'agriculture qui combine l'aquaculture - élevage d'animaux aquatiques et hydroponie - culture de plantes sans sol.
*** La culture hydroponique est une méthode de culture de plantes sans sol. La plante a son système racinaire non pas dans le sol, mais dans un milieu à air humide (eau, bien aéré; solide, mais à forte intensité d'humidité et d'air et plutôt poreux), bien saturé de minéraux, grâce à des solutions spéciales. Un tel environnement contribue à une bonne oxygénation des rhizomes de la plante.