Zach Yohannes, un premier cycle enthousiaste à l'Université de Stanford, affine une idée qui, selon lui, pourrait un jour nourrir toute l'humanité avec des produits frais, nourriture locale tout en utilisant moins de terres et moins de pesticides. Yohannes a grandi sur un 1, Ferme de 500 acres dans la vallée centrale de Californie où il a appris à irriguer simultanément 20 acres de vergers de noyers, mais il rêve que la prochaine génération mesurera les terres agricoles en mètres cubes au lieu de superficie. L'été dernier, l'entrepreneur optimiste a entrepris de prouver que l'agriculture hydroponique intérieure à grande échelle n'est pas seulement possible, mais aussi économiquement viable.
Dans un système hydroponique, une solution d'eau riche en nutriments circule à travers les racines des plantes et remplace le besoin de sol et d'engrais traditionnels. Cette technique de science-fiction permet aux agriculteurs et aux jardiniers de faire pousser de la nourriture dans les cuisines et les sous-sols, sur les rebords de fenêtres et les toits. « La technologie est là, les ressources sont là, l'argent est là - en quelque sorte - ce dont nous avons besoin, c'est que cela soit fait, », dit Yohannes. Yohannes a fourni toute la lumière, l'eau, l'air et les nutriments nécessaires pour pousser sur 2, 000 plantes en hydroponie. Il a fait pousser des tomates, soja, laitue et herbes sur des étagères de 8'x8'x30" dans un entrepôt réaménagé sur la ferme de sa famille. La culture conventionnelle nécessite un espacement plus large des plantes et tandis que 500 pieds carrés de sol ne peuvent généralement produire que 500 têtes de laitue, Yohannes a fait pousser 850 laitues dans le même espace.
Autrefois une tendance de niche dominée principalement par les cultivateurs de pots en intérieur, la culture hydroponique pourrait enfin percer le courant dominant. Ses partisans promettent qu'il changera l'avenir de l'agriculture américaine. Mais d'abord la technologie hydroponique doit surmonter ses propres limites, qui ont freiné les progrès pendant plus de 70 ans.
Un rêve utopique différé
C'était en 1940. Le Troisième Reich occupait Paris. Hitler, Mussolini et Hirohito venaient de signer des papiers pour former l'Alliance de l'Axe. Pendant ce temps, William Frédéric Gericke, professeur à l'Université de Californie à Berkeley, a discrètement publié un livre sur une technologie innovante qui, selon lui, mettrait fin à la guerre. Son invention, qu'il a nommé la culture hydroponique, permettrait aux pays de produire plus de nourriture avec moins de ressources. « Des nations comme l'Italie et le Japon, " a écrit Gericke, « qui s'inquiètent du surpeuplement des populations et de l'insuffisance des terres agricoles, pourraient facilement multiplier leur production de denrées alimentaires, ” balayant le besoin d'expansion territoriale.
Les scientifiques ont expérimenté des solutions nutritives dans les laboratoires depuis les années 1860, lorsque le chimiste agricole allemand W. Knop a commencé à isoler des composés chimiques dans le sol pour étudier les engrais, mais, Gericke a écrit, "Les scientifiques n'ont pas réalisé la vraie valeur d'un principe qu'ils ont eux-mêmes appliqué dans des expériences de laboratoire." Au lieu d'utiliser des nutriments pour améliorer la qualité du sol, Gericke voulait que les agriculteurs de toute l'Amérique remplacent leurs champs de blé et de pommes de terre par les systèmes hydroponiques complexes qu'il a développés à partir d'années d'expérimentation avec différentes combinaisons de nutriments et conditions de croissance. Ses systèmes prototypes pour tomates, les fleurs et les feuilles de salade ont donné des rendements qui ont dépassé les pratiques standard pour la culture conventionnelle au champ à l'époque.
Gericke rêvait que la culture hydroponique changerait fondamentalement la façon dont les aliments étaient cultivés dans le monde. Ce n'est pas le cas.
L'armée américaine a utilisé la technologie de Gericke pour nourrir les troupes stationnées sur de petites îles de l'océan Pacifique. Le général Douglas MacArthur l'a apporté aux Japonais après la guerre et ils l'ont utilisé pour faire pousser 3,18 millions de livres de fruits et légumes frais. L'édition de 1953 de Le professeur de biologie américain a demandé aux enseignants de diffuser les idées de Gericke dans la classe, affirmant, « L'élève qui fait pousser la première tomate ou le plus gros radis sera autant un héros de l'école que le quarterback qui lance la passe gagnante !
Gericke rêvait que la culture hydroponique changerait fondamentalement la façon dont les aliments étaient cultivés dans le monde. Ce n'est pas le cas.
Pourquoi? Un cultivateur débutant doit faire un investissement substantiel; acheter des pompes, tuyaux, bassins, lumières, filtres à air, ventilateurs et nutriments en plus de tous les matériaux dont un jardinier conventionnel a besoin. Ensuite, il y a le coût de l'électricité nécessaire pour faire fonctionner le système. « Les coûts d'exploitation peuvent être assez élevés car vous devez fournir tous ces facteurs que vous obtenez normalement gratuitement à l'extérieur, » Yohannes reconnaît, expliquer les limites financières de la culture hydroponique.
La culture hydroponique nécessite également une connaissance approfondie de la chimie, botanique, plomberie et agriculture. Alors que Gericke tentait de convaincre les agriculteurs d'adopter ses méthodes hydroponiques complexes, les progrès biotechnologiques dans les semences hybrides se sont avérés être un moyen plus simple et moins coûteux pour les agriculteurs traditionnels d'augmenter leurs rendements. Les politiques gouvernementales soutenaient ouvertement les méthodes de production agricole à grande échelle. La Loi sur l'alimentation et l'agriculture de 1965 a fermement établi un soutien financier aux pratiques agricoles traditionnelles et les agriculteurs ont continué à se développer dans le sol; tout sauf en oubliant le brillant avenir promis par les systèmes hydroponiques de Gericke.
Rêves verts
Mais il y avait un groupe d'agriculteurs qui ont trouvé les inventions de Gericke non seulement utiles, mais rentable. Après que l'administration Nixon ait rendu trop risqué la culture de marijuana à l'extérieur, les cultivateurs de pots ont cherché refuge à l'intérieur. Et une fois là-bas, Le système hydroponique de Gericke était là pour les aider à prospérer.
Moce, un fervent passionné de culture hydroponique, travaille dans un magasin de culture à l'extérieur de Boston. On lui a demandé d'être appelé par son surnom dans cet article parce que "le côté obscur de l'industrie" imprègne encore des segments de la culture de la communauté hydroponique.
En raison de l'investissement initial élevé, « Faire pousser des légumes pour mille dollars n'est pas possible à court terme. Le concept est génial et il s'amortira avec le temps, mais c'est un retour en douceur, ", dit Moce. Alternativement, une récolte de marijuana relativement petite peut exiger des prix qui rembourseront très rapidement l'investissement d'un producteur.
Alors qu'une majorité de financement de la recherche dans les universités a été consacrée aux méthodes agricoles conventionnelles, investissements dans l'industrie hydroponique de détail - stimulé, en grande partie, par les producteurs de marijuana - ont été laissés pour conduire le développement de la technologie dans les années 1970.
« Je me fiche de savoir qui cultive quoi. Une plante est une plante. Mais c'est frustrant, vous savez? je leur dis, salut frère, ce n'est qu'une plante sur des milliers que vous pouvez faire pousser.
Maintenant que les maraîchers adoptent la culture hydroponique pour des industries plus « légitimes », de nouveaux magasins hydroponiques comme Moce essaient de se débarrasser des associations avec le marché noir. Des signes qui lisent, « Toute discussion sur des substances illégales et il vous sera demandé de partir immédiatement, » tapissent les murs de sa boutique, mais de nombreux clients potentiels posent encore des questions sur la culture de la marijuana. "Je me fiche de savoir qui cultive quoi, ", dit Moce. « Une plante est une plante. Mais c'est frustrant, vous savez? je leur dis, 'Hé frère, ce n'est qu'une plante sur des milliers que vous pouvez faire pousser.
Moce dit qu'aujourd'hui, les gens cultivent des légumes en hydroponie pour de nombreuses raisons différentes. La culture hydroponique permet aux gens de cultiver des plantes beaucoup plus densément que ne le permet l'agriculture conventionnelle, Ainsi, de nombreux clients de Moce sont des amateurs qui vivent dans de petites maisons sans suffisamment de terrain pour un potager conventionnel.
La préoccupation croissante du public pour l'environnement et les émissions de carbone signifie que les Américains veulent cultiver des aliments localement et dans de nouveaux endroits. «Nous avons déjà divisé l'atome et sommes allés sur la lune. On peut mettre un poivre dans un immeuble, " dit Moce.
Rêves de pipe ?
L'espoir de Yohannes est que l'agriculture verticale puisse fournir des produits frais, produits locaux aux communautés du centre-ville. "Nous essayons de nourrir les gens parce que ça va être un vrai problème auquel nous allons faire face au cours de notre vie, », dit Yohannes. « Ce n'est qu'un moyen de lutter contre cela de la manière la plus efficace et la plus durable possible. »
Mais tout le monde n'est pas convaincu. Mélissa Brechner, le directeur du Controlled Environment Agriculture Hydroponic Technology Transfer Center de l'Université Cornell, pense que les rêves d'agriculture verticale de Yohannes sont tirés par les cheveux, au mieux. « Les gens disent que nous voulons apporter des aliments sains aux gens du centre-ville, mais le vrai problème avec les centres-villes, c'est que la nourriture saine coûte beaucoup d'argent.
Brechner a souligné que Yohannes doit vendre ses produits à un prix plus élevé afin de maintenir la rentabilité, mais cela empêche les gens qu'il veut nourrir de l'acheter. Selon Brechner, un cultivateur hydroponique urbain paiera toujours plus cher qu'un cultivateur conventionnel parce qu'il doit payer pour le soleil. « Les plantes poussent en proportion directe de la lumière. Donc si vous leur donnez plus de lumière, alors vous allez améliorer votre rendement, ", dit Brechner.
"La quantité d'énergie qu'il faut pour faire pousser des choses dans l'entrepôt - nous dirions dans nos moments les plus passionnés que c'est écologiquement irresponsable."
Brechner rappelle le travail de son ancien collègue de Cornell, Louis Albright. Compte tenu de l'éclairage et du chauffage d'un entrepôt fermé ou d'un gratte-ciel, Albright a calculé qu'il faut près de trois fois plus de kilowattheures pour faire pousser une tête de laitue verticalement que pour la faire pousser dans une serre en verre à l'extérieur de la ville. Même en tenant compte du coût carbone de l'expédition de laitue en masse, il a découvert qu'il est encore plus écologique de cultiver la laitue loin des centres urbains.
Albright a également découvert que le blé, l'une des cultures les plus consommées en Amérique, n'est pas génétiquement adapté à la production hydroponique. Il a calculé qu'il en coûte actuellement 23 $ d'électricité pour produire suffisamment de blé pour une miche de pain dans un entrepôt fermé.
Brechner met en évidence une autre vulnérabilité majeure avec la production hydroponique à grande échelle. Une panne de courant arrêtera la circulation de la solution nutritive. Avec la plupart des systèmes, cela pourrait détruire toute une saison de récoltes en peu de temps. Du point de vue de Brechner, la technologie hydroponique n'a pas beaucoup progressé depuis l'époque de Gericke. Tant que les systèmes hydroponiques coûtent plus cher et nécessitent plus de ressources que les techniques de culture conventionnelles, Brechner reste opposé à l'agriculture hydroponique. « Je comprends l'importance de rendre les plantes saines plus visibles pour les résidents, " elle dit. "Mais la quantité d'énergie qu'il faut pour faire pousser des choses dans l'entrepôt - nous dirions dans nos moments les plus passionnés que c'est écologiquement irresponsable."
Course spaciale
Gene Giacomelli, le directeur du Controlled Environment Agriculture Center (CEAC) de l'Université de l'Arizona, rencontre tous les jours les préoccupations de Brechner. La culture hydroponique ne peut pas rivaliser avec l'agriculture conventionnelle en ce qui concerne les coûts de démarrage, mais Giacomelli pense que la culture hydroponique peut devenir beaucoup plus économe en ressources – si efficace qu'elle pourrait littéralement nourrir une planète. La planète qu'il a en tête, cependant, n'est pas la nôtre.
La NASA a passé un contrat avec le CEAC pour créer un système de survie biorégénérative hydroponique pour les astronautes en mission prolongée sur la Lune ou sur Mars. Giacomelli perfectionne un système en boucle fermée où les plantes consomment le dioxyde de carbone et les déchets liquides de l'astronaute et, à leur tour, les plantes fournissent de l'oxygène aux astronautes, eau douce et nourriture. Le module actuel repose sur un système informatique complexe avec des moniteurs infrarouges pour s'assurer que chaque plante pousse à son potentiel maximum. Giacomelli a déclaré que son système hydroponique de haute technologie pouvait tenir dans un tube de six cents pieds cubes et fournir à un seul astronaute tous ses besoins quotidiens en oxygène et en eau et environ la moitié de ses calories quotidiennes. Un prototype est actuellement testé au pôle Sud.
Giacomelli a déclaré que son système hydroponique de haute technologie pouvait tenir dans un tube de six cents pieds cubes et fournir à un seul astronaute tous ses besoins quotidiens en oxygène et en eau et environ la moitié de ses calories quotidiennes.
Giacomelli a admis que la technologie du module est actuellement trop chère pour être utilisée dans les villes américaines, mais il dit, « Il est très facile de pointer vers des sujets qui seront immédiatement traduits dans les applications Earth. » Giacomelli prédit que ses recherches changeront la façon dont tous les agriculteurs envisagent la productivité.
« Les gens commenceront à regarder les kilos par mètre carré par entrée d'eau, nutrition, travail ou énergie. Alors que les systèmes de culture deviennent de plus en plus appréciés pour leur utilisation efficace des ressources, les gens réaliseront le potentiel d'un système hydroponique en boucle fermée. Les systèmes hydroponiques peuvent déjà utiliser 60 à 90 pour cent moins d'eau que les méthodes conventionnelles.
Des avancées majeures dans la technologie des serres permettent aux producteurs hydroponiques d'utiliser la lumière solaire naturelle - complétée par des lumières artificielles dans les régions les plus sombres et pendant la saison morte - pour faire pousser des plantes plus efficacement ici sur Terre.
L'avenir de l'agriculteur américain ?
Alors que les consommateurs sont de plus en plus conscients de la provenance et de la culture de leurs aliments, il semble que nous pourrions entrer dans une nouvelle ère de la culture hydroponique. Moce peut témoigner de l'intérêt croissant des amateurs et des bricoleurs d'arrière-cour, mais la demande sociale croissante combinée aux récents progrès technologiques signifie que la culture hydroponique a un nouveau potentiel pour influencer le système alimentaire, de la façon dont William Frederick Gericke rêvait autrefois.
Des entreprises comme Les Fermes Lufa à Montréal, BrightFarms à Philadelphie et Gotham Greens à New York cultivent des aliments en culture hydroponique dans des serres géantes directement sur les toits des supermarchés. Ils profitent de la lumière naturelle disponible tout en réduisant considérablement les coûts de transport. En vendant directement sur les marchés ci-dessous, leurs produits hydroponiques peuvent théoriquement être proposés à un prix compétitif par rapport aux produits conventionnels.
Les rendements toujours croissants de la puissance de calcul de la loi de Moore et l'automatisation efficace rendent les opérations hydroponiques à grande échelle plus accessibles, même aux agriculteurs les plus inexpérimentés. Fret Farms tenues à l'ancienne, conteneurs maritimes en métal avec une isolation intense et un système hydroponique standardisé qui "peut être mis n'importe où dans le monde, dans n'importe quel environnement, » selon le coordinateur de la communication de la start-up basée à Boston, Rebecca Liebman. Elle dit qu'un propriétaire de restaurant du Minnesota peut grandir pendant les mois d'hiver et en produire 13, 000 livres de basilic frais annuellement.
L'investissement initial est encore élevé. Pour 60 $, 000 un nouvel agriculteur reçoit un conteneur d'expédition de 8'x40′ rempli de tout ce dont il a besoin pour commencer à cultiver sur place. « Une tablette à l'intérieur contrôle tout :l'éclairage, le pH et la température, ", dit Liebman. Dans une zone plus petite que l'empreinte de trois places de stationnement, une seule personne travaillant huit heures par semaine peut cultiver l'équivalent d'un acre de légumes-feuilles. Liebman dit que la « ferme de fret » se rentabilise en 9 à 12 mois parce que l'agriculteur récolte des produits de haute qualité chaque semaine, toute l'année. Après l'investissement initial, qui est probablement moins cher que le coût d'un acre de terre, les coûts annuels restent inférieurs à 5 $, 000 dollars.
« Nous avons examiné ce que tout le monde avait mal fait, puis nous l'avons corrigé. Nous avons pris les outils et créé un système innovant. »
"Nous n'avons pas créé le concept de la culture hydroponique, il existe depuis longtemps, Longtemps. Nous avons examiné ce que tout le monde avait mal fait, puis nous l'avons corrigé - nous avons pris les outils et créé un système innovant, ", dit Liebman. Les lumières LED écoénergétiques et l'isolation épaisse maintiennent les coûts d'électricité bas (environ 1 $, 500 par an) et le système d'eau en boucle fermée signifie que le réservoir d'eau n'est rempli que quatre fois par an. La société prévoit d'ajouter des panneaux solaires aux conceptions futures, utiliser des sources d'énergie alternatives pour réduire les coûts et augmenter l'efficacité des ressources. La technologie s'améliore continuellement pour répondre aux préoccupations environnementales exprimées par des personnes comme Brechner et Albright.
Là où Gericke n'a pas réussi à amener la culture hydroponique au public, Freight Farms espère réussir. L'ordinateur interne est chargé de didacticiels d'information et l'agriculteur peut discuter par vidéo avec des experts de Freight Farms s'il rencontre des problèmes.
Zach Yohannes, lui-même agriculteur, un étudiant et un homme d'affaires, soupçonne que la prochaine génération d'agriculteurs américains appartiendra à une nouvelle race, prête à embrasser les rêves hydroponiques de Gericke. "Ils ont la motivation, l'éducation et la volonté d'aider la planète. Le rêve utopique d'un botaniste mort depuis longtemps est encore loin de se réaliser, mais un jour bientôt, il pourrait atteindre son plein potentiel. Aucun sol nécessaire.
