Quels problèmes pose la production alimentaire sous sa forme actuelle ?

La production alimentaire nécessite d’importances ressources en eau, en énergie et en terre. Nous consommons les ressources naturelles plus rapidement qu’elles ne peuvent se régénérer. Le dernier Jour du dépassement, autrement dit le jour où l’humanité a épuisé toutes les ressources que la nature peut renouveler en un an, a été atteint le 29 juillet 2019, ce qui n’a jamais été aussi tôt. En outre, l’usage de pesticides nuit à la biodiversité et à la santé.

La production alimentaire est également vulnérable à l’impact croissant du changement climatique. La hausse des températures entraîne des précipitations abondantes qui dégradent les terres, un manque d’eau et l’érosion des sols, ce qui affecte les récoltes et en diminue le rendement.

L’agriculture verticale, une solution possible

Qu’est-ce que l’agriculture verticale ? Comme son nom l’indique, l’agriculture verticale (AV) consiste à superposer des étages de cultures dans des espaces fermés. L’AV cherche à optimiser les conditions de croissance de chaque plante et à les appliquer dans un environnement contrôlé et entièrement automatisé. Elle permet de maximiser le rendement et de minimiser l’impact environnemental. Les fermes verticales sont particulièrement adaptées aux herbes aromatiques et aux légumes à feuilles qui ne poussent pas trop haut, ni trop profondément dans le sol. En d’autres termes, l’agriculture verticale offre la possibilité de superposer un grand nombre d’étages de plantes dans un bâtiment, ce qui en fait une méthode de culture plus efficace en termes de coûts que l’agriculture traditionnelle.

La première ferme verticale d'Écosse

Chez Aberdeen Standard Investments, nous estimons que la recherche sur le terrain et l’engagement direct sont essentiels pour saisir l’ensemble des tenants et aboutissants d’une entreprise, d'un secteur ou d’une tendance d’investissement.

C’est dans cette optique que nous avons visité la première ferme verticale d'Écosse mise au point par Intelligent Growth Solutions (IGS), une agritech innovante créée en 2013.

En 2018, IGS a construit sa première installation pilote qui lui a permis de développer et de breveter une plateforme révolutionnaire basée sur l’Internet des objets, qui met à contribution l’intelligence artificielle pour identifier les conditions de croissance optimales des plantes.

La ferme verticale se compose de quatre tours de 40,8 m2 dans un bâtiment industriel qui occupent une surface au sol d’environ 250 m2. Elle est complétée par une aire de service. Chaque tour peut accueillir quelque 50 plateaux. La configuration rappelle un système d’entreposage automatisé, simple à construire et à remplacer.

 

IGS a développé un système qui gère individuellement chaque plateau. Chaque plante a son propre algorithme d’optimisation et tout est contrôlé depuis une application mobile. Les besoins en eau, lumière, température et humidité sont déterminés de manière précise et à la minute près sur l’ensemble du cycle de croissance des plantes.

 

Cette installation de pointe est hébergée au James Hutton Institute, leader mondial de la recherche sur les plantes, les cultures, les sols, l’utilisation des terres et l’environnement, ce qui permet à IGS de profiter de l’expertise en science végétale de l’institut. Cela signifie aussi qu’IGS peut participer à des projets qui faciliteront le développement de la technologie et démontreront la modularité de l’AV avec en point de mire, la possibilité de déployer le concept à l’échelle mondiale.

Quels sont les avantages de l’agriculture verticale ?

L’agriculture verticale présente des avantages significatifs par rapport à l’agriculture traditionnelle.

• Utilisation des sols. L’AV utilise beaucoup moins de surface au sol que l’agriculture traditionnelle. Dans la ferme verticale d’IGS, chaque tour occupe seulement 12% de la superficie que nécessiteraient des cultures extérieures similaires. Il est également possible de reconvertir des bâtiments désaffectés pour l’agriculture urbaine (par exemple, un ancien abri aérien à Londres).
• Eau. L’AV nécessite beaucoup moins d’eau que l’agriculture traditionnelle dans la mesure où il y a moins d’évaporation et où l’eau peut être facilement recyclée. La ferme d’IGS dispose d’un système d’irrigation en circuit fermé, autrement dit, l’eau de pluie est recueillie, utilisée et recyclée, ce qui permet d’économiser 95% d’eau.
• Résistance au changement climatique. L’AV contribue à renforcer la résistance au changement climatique de la production locale. En effet, les cultures peuvent pousser toute l’année, indifféremment de la fréquence croissante des événements climatiques extrêmes, sécheresses et inondations.
• Culture toute l’année. La culture est possible 365 jours par an, le nombre de cycles de culture annuels est donc bien supérieur à celui de l’agriculture traditionnelle. L’agriculture verticale offre également la possibilité non négligeable de faire pousser plus rapidement des plantes plus résistantes.
• Consommation d’énergie. L’agriculture verticale combinée aux énergies renouvelables produit une combinaison extrêmement efficace, puisqu’elle ne nécessite pas de charge de base en continu et peut faire face à l'intermittence. Les tours peuvent stocker l’énergie et en prélever dans le réseau si nécessaire.

L’énergie peut également s’avérer problématique dans la mesure où pour fonctionner, une ferme verticale consommera plus d’énergie que l’agriculture en extérieur. Chez IGS, la climatisation et l’éclairage de chaque plateau nécessitent environ 1 kilowatt d'électricité. Il est donc essentiel d’optimiser l’efficacité énergétique. La ferme verticale d’IGS fournissant uniquement la lumière dont les plantes ont besoin, elle est plus efficace en énergie et en coûts que d’autres méthodes de culture en intérieur, notamment les serres.

Outre les besoins en énergie, l’AV fait face à d’autres problématiques. Seules quelques cultures sont adaptées à l’AV, mais le champ des possibles s’élargira au gré de l’évolution technologie. Les coûts de démarrage et les frais courants peuvent être élevés. Il y aussi le fait que l’AV peut sembler « artificielle » aux yeux de certains. Une nouvelle fois, nous sommes convaincus que ces problématiques s’atténueront à mesure que le secteur gagnera en maturité, que le soutien politique se renforcera et que les atouts de l’AV deviendront plus apparents.

Où en est l’agriculture verticale, quelle est sa croissance attendue ?

L’AV en est à ses balbutiements, mais pourrait modifier les modes de culture, notamment dans les régions qui connaissent une croissance démographique rapide et une forte urbanisation, qui ont des surfaces limitées et qui sont très vulnérables au changement climatique et à la pénurie d’eau. Selon IGS, le marché mondial de l’AV progressera au rythme de 24% par an au cours des trois prochaines années.

Son adoption plus large serait extrêmement bénéfique dans les régions les plus arides, notamment au Moyen-Orient et en Afrique. Elle est également adaptée aux pays de petite taille très urbanisés tels qu’Israël, Singapour, le Japon, Taïwan et les Pays-Bas. Par ailleurs, l’AV pourrait être utile là où les sols sont épuisés et la pollution très élevée, mais où la demande pour des aliments de qualité est forte. Ce serait le cas dans certaines régions de Chine.

L’exploitation du potentiel de l’AV nécessitera le soutien des pouvoirs publics, notamment par le biais d’une stratégie claire sur la manière dont l’AV s’intègre aux politiques nationales. La collaboration des parties prenantes et la sensibilisation joueront un rôle essentiel. En parallèle, les investissements privés et publics seront nécessaires et opportuns. Compte tenu du volume de capitaux disponibles, ces investissements pourraient permettre de réaliser d'immenses progrès en termes d’optimisation, de déploiement et de baisse des coûts.

Qu’est-ce que cela signifie pour les investisseurs ?

Les investisseurs se doivent de connaître les développements de l’AV, la technologie sur laquelle elle repose et les avantages qu’elle offre en matière de durabilité et ce, pour plusieurs raisons. En effet, la révolution de l’AV produira sans doute des gagnants et des perdants. Il est donc essentiel de comprendre les risques et les opportunités de ce secteur en plein développement. Ces connaissances peuvent ensuite être intégrées dans les décisions d’investissement et sous-tendre l’engagement auprès des entreprises concernées.

Dialoguer avec les entreprises qui sont impliquées dans l’AV ou qui s’y intéressent pourrait permettre d'obtenir de précieux renseignements sur le potentiel de croissance de ce secteur. Cet engagement fournit également une indication sur les opportunités qui s’ouvrent aux entreprises cotées qui sont exposées à une agriculture plus durable.

Il est également possible d'investir directement, par exemple, en finançant des sociétés privées innovantes qui développent la technologie et les algorithmes permettant d’optimiser les cultures. Les investisseurs peuvent également acheter les bâtiments abritant des fermes verticales en tant qu’actifs réels.

En conclusion

La manière dont nous cultivons les sols pour produire des aliments n’est pas durable en termes de terre, d’eau et d’énergie. Toutefois, l’agriculture verticale représente une façon innovante de produire des aliments de meilleure qualité, de manière plus efficace et plus écologique. Avec le bon investissement et le bon engagement, l’AV pourrait finir par devenir la méthode de production alimentaire de choix des générations futures.

Pour regarder l’intégralité de la vidéo sur la ferme verticale d’IGS, cliquez ici.

Taking a look at Scotland’s first vertical farm

At Aberdeen Standard Investments, we believe on-the-ground research and first-hand engagement are essential to fully understand a company, sector or investment trend.

To that end, we recently visited Scotland’s first vertical farm, developed by Intelligent Growth Solutions (IGS), an innovative agritech company established in 2013.

In 2018, IGS built its first vertical farming demonstration facility, which has allowed the team to develop and patent its breakthrough Internet-of-Things-enabled Power & Communications Platform. This platform uses Artificial Intelligence to identify optimal growth conditions for plants.

The vertical farm consists of four 40.8 square metre (sq. m) towers in an industrial block, utilising approximately 250 sq. m of land space. This is also then supported by an additional service area. Each tower can accommodate approximately 50 trays of plants. This setup is similar to a widely available automated warehousing system, and is easy to build and replace.

IGS has developed a system where conditions on each tray are managed individually. Each plant growth is supported by an optimisation algorithm and everything is controlled from a mobile application. It specifies the exact needs in terms of water, lighting, temperature and humidity by the minute, for the full growth cycle of the plant.

This state-of-the-art facility is based at the James Hutton Institute, a world leader in plant, crop, soil, land use and environmental research. Being based at the institute gives IGS access to expertise in plant science. It also means IGS can collaborate on projects that will facilitate the development of technology and demonstrate the scalability of VF – with the opportunity to deliver on a global scale.

What benefits does vertical farming deliver?

VF delivers significant benefits over traditional farming, as detailed below.

• Land use. VF uses significantly less land than traditional farming. At IGS’s vertical farm, each tower only requires 12% of the land compared to growing the same crops outdoors. There is also an opportunity to repurpose unused buildings for urban growth ( for example, London underground plant growth).
• Water. VF requires significantly less water than traditional farming as there is less evaporation and water can be easily recycled. The IGS farm has a closed loop irrigation system, which means rainwater is harvested, used and recycled, saving up to 95% on water usage.
• Climate resilience. VF helps increase the climate resilience of local food production. This is because crops can be grown all year, irrespective of the increasing frequency of extreme weather events, droughts and floods.
• Year-round growth. Given growth is possible 365 days a year, the number of annual growing cycles in vertical farming is much higher than in outdoor farming. This is also hugely beneficial for breeding more resistant plants quicker.
• Energy usage. A vertical farm combined with renewable energy would work extremely well, as it does not require a continuous baseload of energy and can cope with intermittency. The tower can be used to store energy and take it from the grid when needed.

Energy can also be a concern, as keeping the vertical farm running requires energy that outdoor growth doesn’t. At IGS, each tray requires around 1 kilowatt for cooling and lighting. Maximising energy efficiency is critical. IGS’s vertical farm only delivers the lighting the plants need at a certain time and is, therefore, more energy efficient and cost effective than other indoor plant growth, e.g. a glasshouse.

On top of the energy requirements, there are additional challenges to VF. Only a relatively small number of crops are suitable for VF, but these ranks will expand as technology evolves. Start-up and ongoing costs can be high. There is also the perception that VF is ‘unnatural’. Again, we believe these will become less of an issue as the sector matures, policy support strengthens and the benefits become more apparent.

What is the status and expected growth of vertical farming today?

VF as a sector is in its infancy, but has the potential to change the way we grow our food. This is particularly relevant for areas with rapid population growth, strong urbanisation trends, land constraints and high vulnerability to climate change and water stress. IGS estimates the global market in VF will increase 24% per annum over the next three years.

Its wider adoption would be most effective in drought-stricken regions, such as some areas in the Middle East and Africa. It is also suited to small and highly urbanised countries such as Israel, Singapore, Japan, Taiwan and the Netherlands. Further, VF is attractive in countries that suffer from heavy pollution and soil depletion but where demand for high-quality food is high. This would include parts of China.

To realise VF’s potential will require government policy support, including a clear strategy on how it fits into national polices. Stakeholder collaboration and education will be important. Meanwhile, there will be a need and opportunity for private and public investment. Given the levels of capital available, such investments could dramatically improve optimisation, increase scale and bring down costs.

What does this mean for investors?

For investors, knowledge about VF developments, the technology behind it and the sustainability benefits it delivers is relevant in a number of ways. There are likely to be winners and losers in the VF revolution. It is therefore important to understand the risks and opportunities as the sector develops. These insights can then be integrated in investment decisions and used to inform engagements.

Engaging with companies that are involved or are showing an interest in VF could afford valuable insights into the growth potential of the sector. It also provides an indication of opportunity for those publicly listed companies positively exposed to more sustainable farming.
There is potential for direct investment, too. For example, there are opportunities to fund innovative private companies that develop the technology and algorithms to optimise plant growth. Investors can also buy vertical farm buildings as real assets.

Final thoughts…

The way we grow food today is unsustainable in terms of land, water and energy. However, vertical farming represents an innovative way to produce better food, in a more efficient and environmentally sound way. With the right investment and engagement, VF could eventually become the food production method of choice for future generations.