Anticiper le stress thermique : un enjeu majeur pour l’élevage
Le stress thermique constitue aujourd’hui l’un des principaux facteurs limitant le bien-être et la productivité des animaux d’élevage. Les bovins par exemple, peuvent être en situation de stress à partir d’une température de 25°C (Eigenberg et al., 2003), avec une forte variabilité selon les races et les individus. Sous l’effet du changement climatique, les épisodes de chaleur sont plus fréquents et plus intenses, exposant les troupeaux à des conditions de plus en plus contraignantes.
Dans ce contexte, l’agrivoltaïsme apparaît comme une solution prometteuse, en permettant de moduler le microclimat des parcelles grâce à l’ombrage apporté par les structures photovoltaïques. Toutefois, pour concevoir des projets réellement efficaces, il est indispensable de pouvoir quantifier précisément leur impact sur le confort thermique animal. En effet, la température à elle seule ne suffit pas à caractériser le confort thermique. D’autres paramètres entrent en jeu, tels que l’humidité de l’air, la vitesse de vent, ou encore les radiations solaires, paramètres impactés par la présence des structures agrivoltaïques. Ainsi, Ombrea travaille à la modélisation d’indicateurs intègrent ces dimensions, et que nous présenterons dans cet article.
Une approche spécifique basée sur le Heat Load Index (HLI)
Le HLI, un indicateur complet
Un premier indicateur pour caractériser le stress thermique est le THI (Temperature Humidity Index). Sa formule est la suivante :
Avec Ta, la température ambiante et RH l’humidité relative.
Cet indicateur a été largement utilisé pour les animaux, avec une adaptation des seuils en fonction des espèces, et il a prouvé sa capacité à prédire les effets de la météo sur le bien-être animal pour les élevages en bâtiment.
Néanmoins, il présente des limites importantes pour les conditions d’élevage en extérieur, et en particulier dans le contexte agrivoltaïque. Il ne prend pas en compte des paramètres essentiels tels que le rayonnement solaire ou le vent, pourtant déterminants dans les mécanismes d’échanges thermiques, et fortement influencés par les installations agrivoltaïques.
Pour répondre à cet enjeu, Ombrea s’appuie sur le Heat Load Index (HLI), un indicateur plus complet intégrant :
Le calcul du HLI et l’évaluation du stress thermique des animaux
Etant plus complet, le calcul de cet indicateur est également plus complexe. La formule diffère selon la température du globe noire.
BGT : temperature du globe noir
RH : humidité relative
TBG : température du globe noir
W : Vitesse du vent
e = valeur de base du logarithme env. 2,72
Cette approche permet de reproduire plus fidèlement les conditions microclimatiques réelles auxquelles sont soumis les animaux, notamment sous panneaux photovoltaïques, et d’obtenir une évaluation beaucoup plus pertinente du stress thermique.
Le Heat Load Index repose sur un système de seuils biologiques qui permet de traduire une valeur climatique en niveau de confort ou de stress pour l’animal. Ces seuils sont variable selon les espèces, et les races.
Lorsque le HLI est inférieur à 77, l’animal reste en zone de confort thermique : il est capable de dissiper efficacement la chaleur qu’il produit et de maintenir son équilibre. Entre 77 et environ 86, les conditions deviennent plus contraignantes mais restent tolérables : l’animal parvient encore à réguler sa température, sans accumulation de chaleur, dans une zone d’équilibre fragile.
En revanche, au-delà de 86, l’animal n’est plus en mesure d’évacuer toute la chaleur reçue : il commence à accumuler de la chaleur corporelle, ce qui marque l’entrée dans une situation de stress thermique avéré.
Ces seuils ne sont toutefois pas universels. Ils varient selon les caractéristiques des animaux, notamment leur race, leur état physiologique (production, santé) et leur niveau d’acclimatation. Ainsi, le HLI permet non seulement d’évaluer l’intensité du stress thermique, mais aussi d’adapter son interprétation au contexte d’élevage.
L’enjeu de la mesure en continue
Le HLI ne peut pas être calculé en continu car il repose sur des mesures difficiles à stabiliser dans le temps : la vitesse du vent n’est pas mesurable de façon suffisamment fiable à haute fréquence avec les capteurs actuels, et le capteur de température de globe noir nécessite des conditions d’exposition constantes (plein soleil ou ombre), incompatibles avec les ombrages intermittents en agrivoltaïsme.
Une capacité de modélisation fine et localisée
La force d’Ombrea réside dans sa capacité à modéliser le HLI à l’échelle locale, en intégrant à la fois des données climatiques spécifiques et les caractéristiques propres aux projets agrivoltaïques.
Cette méthodologie permet de :
- simuler les conditions avec et sans ombrage
- comparer différents designs de centrales agrivoltaïques
- analyser l’impact des systèmes sur une période représentative (année météorologique type)
Les résultats montrent clairement que l’ombrage généré par les structures agrivoltaïques améliore significativement le confort thermique des animaux, en augmentant le nombre d’heures en conditions favorables et en réduisant les périodes de stress.
Par exemple, les simulations réalisées sur deux climats contrastés (Méditerranéen et semi-continental) montrent :
- une augmentation marquée des périodes de confort thermique
- une réduction significative de l’exposition au stress thermique
Deux localisations ont été étudiées à titre d’exemple, dans les conditions estivales typiques de chacune des zones. Grâce à l’analyse du HLI, il en ressort que sous ombrage le nombre d’heures passées par les animaux en condition de confort thermique augmente de 109 % à Aix-en-Provence (Climat méditerranéen) et de 31% à Freiburg (Climat continental). Le stress thermique, préjudiciable pour le bien-être animal est lui réduit grâce à l’ombrage offert par les panneaux de respectivement 63 et 65%.
Optimiser le design agrivoltaïque grâce à la simulation
L’un des apports majeurs de cette approche est la possibilité d’évaluer l’efficacité de différents systèmes agrivoltaïques dès la phase de conception.
Les analyses mettent notamment en évidence que :
- les systèmes à panneaux fixes orientés sud offrent une couverture d’ombrage significative pendant les périodes critiques, avec une moyenne d’environ 42 % de surface ombragée lors des épisodes de stress
- les structures verticales est-ouest, en revanche, génèrent moins d’ombre pendant les pics de chaleur, notamment à midi lorsque le rayonnement est maximal
Cette capacité à modéliser permet ainsi de :
- dimensionner les installations pour maximiser le confort animal
- adapter les choix technologiques aux conditions climatiques locales
- sécuriser la performance globale du système
Une vision systémique du microclimat agricole
Au-delà du seul confort thermique, Ombrea développe une approche globale intégrant l’ensemble des interactions microclimatiques induites par les installations agrivoltaïques.
En effet, la modification des conditions environnementales influence non seulement les animaux, mais également la croissance des couverts végétaux, la disponibilité en eau, le fonctionnement global du système agricole.
Cette démarche permet de replacer l’agrivoltaïsme dans une logique de coactivité optimisée entre production agricole et production d’énergie, où le bien-être animal devient un véritable critère de performance.
Conclusion : une expertise au service de projets résilients
Grâce à sa capacité à modéliser finement le Heat Load Index à partir de données locales et de paramètres agrivoltaïques, Ombrea propose un véritable outil d’aide à la décision pour les porteurs de projets.
Cette expertise permet de :
- anticiper les risques liés au stress thermique
- concevoir des systèmes agrivoltaïques adaptés à chaque territoire
- améliorer durablement le bien-être et la productivité animale
Dans un contexte de transition climatique et agricole, cette approche positionne l’agrivoltaïsme comme une solution concrète pour renforcer la résilience des élevages tout en produisant une énergie renouvelable. En effet, la réduction des périodes de stress thermique peut permettre de retarder la période de dormance estivale de la prairie. Cette prolongation de la disponibilité de l’herbe permet une augmentation de la durée de pâturage, offrant aux animaux plus de temps en extérieur.
FAQ - Le confort thermique en élevage
À partir de quelle température les animaux d'élevage subissent-ils un stress thermique ?
Les bovins peuvent entrer en situation de stress dès 25 °C (Eigenberg et al., 2003), avec une forte variabilité selon les races et les individus. La température seule ne suffit toutefois pas : l’humidité de l’air, la vitesse du vent et le rayonnement solaire influencent tout autant le confort réel de l’animal.
Quelle est la différence entre le THI et le HLI ?
Le THI (Temperature Humidity Index) ne combine que température ambiante et humidité relative. Il reste pertinent en bâtiment, mais ignore le rayonnement solaire et le vent — deux paramètres déterminants en extérieur et directement modifiés par les structures agrivoltaïques. Le Heat Load Index (HLI) les intègre, ce qui le rend plus fiable pour évaluer le confort animal sous panneaux.
Comment interpréter les seuils du Heat Load Index ?
En dessous de 77, l’animal reste en zone de confort et dissipe efficacement sa chaleur. Entre 77 et 86, les conditions deviennent contraignantes mais restent tolérables. Au-delà de 86, l’animal accumule de la chaleur corporelle : le stress thermique est avéré. Ces seuils varient selon la race, l’état physiologique et le niveau d’acclimatation.
L'ombrage agrivoltaïque améliore-t-il réellement le confort thermique des troupeaux ?
Oui, et l’écart est mesurable. Les simulations menées sur deux climats contrastés montrent une hausse du nombre d’heures en confort thermique de 109 % à Aix-en-Provence (climat méditerranéen) et de 31 % à Freiburg (climat continental), avec une réduction du stress thermique de 63 % et 65 % respectivement.
Quel type de structure agrivoltaïque protège le mieux du stress thermique ?
Les panneaux fixes orientés sud assurent en moyenne 42 % de surface ombragée pendant les épisodes de stress, y compris aux heures critiques. Les structures verticales est-ouest génèrent moins d’ombre au moment des pics de chaleur, notamment à midi. Le design doit donc être arbitré en fonction du climat local dès la conception.
