Lumière, irradiance, rayonnement : de quoi parle-t-on ?
Dans les systèmes agrivoltaïques, la gestion de la lumière est un enjeu central. Il ne suffit pas de « faire de l’ombre » avec des panneaux photovoltaïques : il faut comprendre et maîtriser l’irradiance, c’est-à-dire la quantité d’énergie lumineuse qui atteint les cultures.
L’irradiance correspond à la puissance du rayonnement solaire reçue par unité de surface, exprimée en W/m². Elle doit être distinguée de la luminosité, qui est une perception visuelle humaine, alors que l’irradiance est une mesure physique objective. En agriculture, l’attention se porte particulièrement sur le rayonnement PAR (Photosynthetically Active Radiation), c’est-à-dire la fraction de la lumière réellement utilisable par les plantes pour la photosynthèse. Cela correspond aux longueurs d’onde comprises entre 370 et 650 nm.
La lumière est indispensable au développement des plantes, mais en excès elle peut devenir un facteur de stress : en agrivoltaïsme, tout l’enjeu consiste donc à maîtriser finement l’ombrage afin d’apporter la juste dose de lumière. A travers cet article, nous vous proposons de découvrir comment simuler, mesurer et piloter l’ombrage en agrivoltaïsme.
Différence entre irradiance directe et diffuse
L’irradiance globale reçue par une culture se décompose en deux composantes principales :
La somme de ces deux composantes constitue l’irradiance globale, principale variable d’intérêt pour les cultures.
L’impact de l’irradiance sur le développement des cultures
Les bénéfices
Une irradiance adaptée est essentielle à la croissance des plantes :
- Photosynthèse optimisée : la lumière permet la production de biomasse et le rendement.
- Réduction du stress hydrique : l’ombrage partiel diminue l’évapotranspiration et conserve l’eau dans le sol.
- Amélioration du microclimat : températures plus modérées, notamment en période estivale.
Dans certains cas, l’agrivoltaïsme permet un gain de confort thermique et hydrique, favorable à la croissance.
Les risques
Une mauvaise gestion de l’irradiance peut être préjudiciable. En abondance, elle peut provoquer des brûlures sur les feuilles, le dessèchement des sols ou un stress thermique important.
Cependant, pas assez d’irradiance peu aussi provoquer la réduction de la photosynthèse, la baisse des rendements et l’allongement des cycles culturaux.
Ainsi, l’équilibre lumineux est important : trop de lumière ou trop peu peuvent nuire aux cultures.
L’impact de l’irradiance sur les animaux
En élevage agrivoltaïque, la gestion de l’irradiance joue aussi un rôle clé :
- diminution du stress thermique grâce à l’ombre,
- amélioration du bien-être animal (indice HLI – Heat Load Index),
- zones refuge en période chaude.
L’ombrage adapté permet donc de concilier productivité animale et conditions de confort.
Faire de l’ombre ne suffit pas : l’enjeu de quantification
Dans les projets agrivoltaïques, une idée reçue consiste à penser que l’ombrage est intrinsèquement bénéfique. En réalité, faire de l’ombre ne suffit pas : il faut quantifier cet ombrage dès la phase de design.
Cela implique :
- de mesurer précisément l’irradiance au sol,
- d’anticiper sa variabilité spatiale (hétérogénéité dans la parcelle),
- d’intégrer sa dynamique temporelle (heure, saison, climat).
Comment modéliser l’irradiance ?
La modélisation est aujourd’hui un outil incontournable chez Ombrea.
Principe général
Les projets agrivoltaïques reposent sur des modèles physiques et géométriques permettant de simuler le rayonnement solaire dans une centrale virtuelle .
- prise en compte de la position du soleil (azimut, élévation),
- géométrie des panneaux (orientation, hauteur, espacement),
- génération des ombres projetées.
Nous utilisons la modélisation pour beaucoup d’autres indicateurs, ces derniers nous permettent de fournir des preuves de conformité de nos projets par rapport à la loi APER.
Modélisation de l’irradiance directe
Pour modéliser l’irradiance directe, nous calculons les zones d’ombres via des projections géométriques. Si un point est à l’ombre, l’irradiance directe y devient nulle.
Modélisation de l’irradiance diffuse
Pour cela, nous estimons la part du ciel visible depuis un point donné, et nous calculons la proportion de lumière diffuse reçue.
Couplage agronomique
Ces modèles sont couplés à des modèles de culture (ex : STICS) pour :
- simuler la croissance des plantes,
- estimer les rendements,
- analyser le confort radiatif, hydrique et thermique.
Comment mesurer et suivre l’irradiance ?
La modélisation permet d’anticiper l’impact d’un projet agrivoltaïque, mais elle ne suffit pas à garantir que tout se passe comme prévu. Pour cela, il est indispensable d’observer directement la réalité sur le terrain.
Concrètement, on installe différents instruments de mesure sur chacun de nos projets. Certains capteurs, appelés pyranomètres, permettent de connaître la quantité totale de lumière qui arrive au sol. D’autres capteurs sont plus spécifiques : ils mesurent uniquement la part de lumière réellement utilisée par les plantes pour la photosynthèse, que l’on appelle la lumière PAR. À cela s’ajoutent des stations météo locales qui suivent des paramètres comme la température ou l’humidité, ainsi que des données issues de satellites pour compléter la vision globale.
Ces mesures sont indispensables : elles permettent de valider les modèles et de suivre l’impact sur les cultures.
Déterminer la bonne quantité de lumière
Toutes les cultures n’ont pas les mêmes besoins en lumière. En général, leur réponse se structure en trois niveaux :
- un minimum nécessaire pour assurer la photosynthèse,
- une zone optimale où le rendement est maximal,
- un excès pouvant provoquer stress et baisse de performance.
L’objectif est donc de fournir la bonne quantité d’irradiance, au bon moment. Cet équilibre dépend de la culture, du climat et de la période de l’année.
Pour y parvenir, nous nous appuyons sur des simulations climatiques sur plusieurs années, des essais agronomiques et des indicateurs comme le confort radiatif, qui relie lumière disponible et besoins de la plante.
Les technologies pilotées : ajuster la lumière
Les systèmes agrivoltaïques les plus avancés permettent d’aller plus loin en pilotant directement l’irradiance. Grâce à des panneaux orientables ou mobiles (trackers), il est possible de faire varier l’ombrage selon la culture en place.
Ces technologies permettent ainsi de trouver un équilibre dynamique : produire de l’électricité tout en maintenant des conditions lumineuses favorables aux cultures.
Conclusion
L’irradiance est au cœur de la réussite des projets agrivoltaïques. Elle ne peut être réduite à une simple notion d’ombre : elle doit être mesurée, modélisée et pilotée avec précision.
Ainsi, l’agrivoltaïsme moderne repose sur une approche intégrée :
- comprendre la lumière (physique),
- évaluer ses effets (agronomie),
- la maîtriser (ingénierie et pilotage).
C’est à cette condition que l’on peut réellement concilier : production agricole durable et production d’énergie solaire.
FAQ
Quelle est la différence entre irradiance et luminosité ?
La luminosité correspond à ce que perçoit l’œil humain, alors que l’irradiance est une mesure physique de l’énergie lumineuse reçue sur une surface. En agrivoltaïsme, on travaille avec l’irradiance car elle permet de quantifier précisément la lumière disponible pour les cultures.
Pourquoi parle-t-on de lumière “utile” pour les plantes ?
Les plantes n’utilisent pas toute la lumière solaire. Seule une partie, appelée PAR (Photosynthetically Active Radiation), est utilisée pour la photosynthèse. C’est pourquoi des capteurs spécifiques sont nécessaires pour mesurer cette lumière utile.
Pourquoi modéliser l’irradiance avant de construire un projet ?
La modélisation permet d’anticiper l’impact des panneaux sur la lumière, le microclimat et les cultures. Elle aide à concevoir un projet adapté et à vérifier qu’il respecte les objectifs agronomiques et réglementaires.
Comment sait-on si les cultures reçoivent la bonne quantité de lumière ?
On combine trois approches :
- des simulations,
- des mesures sur le terrain (capteurs),
- et des indicateurs comme le confort radiatif.
Cela permet de comparer les besoins des plantes avec la lumière réellement disponible.
Les panneaux solaires peuvent-ils s’adapter aux besoins des plantes ?
Oui, dans les systèmes les plus avancés. Les panneaux peuvent être pilotés en fonction de la culture en place.
L’agrivoltaïsme réduit-il toujours les rendements agricoles ?
Non. Bien conçu, il peut maintenir, voire améliorer certains rendements, notamment en réduisant le stress hydrique et thermique.
