Voies vers une irrigation à coût optimal et à émissions nulles aux États-Unis

Nourrir les gens tout en protégeant la planète

Les agriculteurs dépendent de l’irrigation pour maintenir les cultures en vie quand la pluie manque, mais pomper toute cette eau consomme généralement beaucoup de combustibles fossiles. Cette étude pose une question simple aux conséquences importantes : comment les États‑Unis peuvent‑ils irriguer leurs champs de manière à la fois abordable pour les agriculteurs et beaucoup plus propre pour le climat, et que faudrait‑il réellement pour atteindre des émissions nettes nulles liées à l’irrigation ?

Pourquoi l’énergie d’irrigation compte

La plupart des terres cultivées dans le monde dépendent encore des précipitations, ce qui rend les récoltes vulnérables aux sécheresses et aux variations du climat. Les parcelles irriguées peuvent produire davantage de nourriture et mieux résister à la chaleur et aux périodes sèches, mais cela a un coût. Déplacer l’eau depuis les rivières ou des nappes profondes vers les cultures représente déjà environ 90 % des prélèvements d’eau mondiaux et émet des centaines de millions de tonnes de dioxyde de carbone chaque année, principalement à cause du diesel et de l’électricité du réseau utilisés pour actionner les pompes. Aux États‑Unis, les émissions liées à l’énergie d’irrigation dépendent des cultures cultivées, de leur localisation, de la profondeur de la nappe phréatique et du fait que les pompes fonctionnent au diesel ou à l’électricité. À mesure que le changement climatique resserre l’accès à l’eau, il devient essentiel, pour la sécurité alimentaire comme pour les objectifs climatiques, de déterminer comment alimenter l’irrigation de manière plus propre.

Tester des trajectoires plus propres pour pomper l’eau

Les auteurs réunissent deux mondes rarement combinés : la modélisation détaillée des systèmes énergétiques et la gestion de l’eau. Ils examinent 774 comtés américains qui représentent ensemble 98 % des prélèvements nationaux pour l’irrigation. Pour chaque comté, ils reconstruisent les volumes d’eau pompés, l’énergie nécessaire, les moments de la journée où l’eau est demandée et l’ensoleillement disponible pour alimenter des panneaux solaires. Ils construisent ensuite un modèle d’optimisation qui choisit entre pompes diesel, pompes électriques, électricité du réseau, panneaux solaires à la ferme, batteries et réservoirs d’eau. Le modèle cherche la combinaison d’équipements et de fonctionnement la moins coûteuse tout en satisfaisant les besoins horaires en eau, et il peut aussi être contraint par des limites de plus en plus strictes sur les émissions de carbone, jusqu’à un système totalement neutre en émissions.

Moins cher et plus propre sans efforts excessifs

Par rapport aux pratiques actuelles, les résultats montrent que l’irrigation américaine est loin d’être efficace. Dans un scénario de statu quo, les pompes diesel et électriques existantes continuent de fonctionner comme aujourd’hui, coûtant environ 3,8 milliards de dollars par an et émettant près de 9,9 millions de tonnes de dioxyde de carbone. Lorsque le modèle peut choisir l’installation la plus économique sans contrainte climatique, il élimine presque l’usage du diesel au profit de pompes électriques plus efficaces et déploie environ 6,6 gigawatts de solaire. De manière surprenante, cela réduit non seulement les émissions de 39 % mais diminue aussi les coûts annuels totaux de 23 %, économisant environ 0,89 milliard de dollars. Aller plus loin dans la réduction des émissions reste relativement peu coûteux : réduire environ 85 % des émissions augmente les coûts totaux de moins d’un pour cent par rapport au statu quo, ce qui suggère que des gains climatiques importants sont disponibles pour un sacrifice financier modeste.

La rude ascension vers une irrigation à émissions nulles

Atteindre de véritables émissions nettes nulles pour l’irrigation est possible dans le modèle mais beaucoup plus coûteux. Pour éviter toute émission provenant du réseau électrique, le système doit passer entièrement au solaire à la ferme, augmenter considérablement la capacité des pompes électriques et ajouter d’importantes capacités de batteries et de stockage d’eau pour lisser les variations quotidiennes d’ensoleillement et de demande en eau. La capacité solaire devrait passer de 6,6 gigawatts dans le cas optimal en coût à plus de 42 gigawatts, et le volume de stockage d’eau dépasserait celui du plus grand barrage des États‑Unis. Ces ajouts doublent plus que les coûts annuels par rapport au scénario de statu quo. Le fardeau ne serait pas réparti également : des États comme la Californie, l’Arkansas, le Nebraska et l’Idaho absorberaient une grande part des coûts et subiraient d’importantes transformations à mesure que le diesel disparaît et que le solaire prend le relais.

Limites, choix locaux et options futures

L’étude explore aussi la sensibilité de ses résultats à des paramètres incertains comme le prix des panneaux solaires, l’efficacité des pompes et les émissions futures du réseau. Le coût de la technologie solaire apparaît comme le facteur le plus important : un solaire moins cher rend l’irrigation à faible carbone encore plus attractive, tandis que des coûts beaucoup plus élevés ralentissent l’adoption et augmentent les émissions. En revanche, les incertitudes sur le prix du diesel et le coût des pompes modifient à peine les décisions optimales, confirmant que le diesel est une solution peu performante sur une large gamme d’hypothèses. Les auteurs notent que leur analyse repose sur les schémas d’irrigation actuels, ignore les coûts de raccordement de nouvelles lignes électriques aux parcelles éloignées et traite chaque comté comme un système unique et homogène, ce qui peut sous‑estimer les complications réelles rencontrées par des exploitations individuelles.

Ce que cela signifie pour les agriculteurs et le climat

Pour un non‑spécialiste, la principale conclusion est que l’irrigation plus propre n’est pas seulement une question climatique, mais aussi une question économique. Remplacer simplement des pompes diesel inefficaces par des pompes électriques et ajouter une quantité modeste de solaire peut faire économiser de l’argent aux agriculteurs et à la société tout en réduisant fortement les émissions liées à l’arrosage des cultures. Aller jusqu’au net‑zéro est beaucoup plus difficile et coûteux, nécessitant des investissements majeurs dans les panneaux solaires, les batteries et les réservoirs d’eau ainsi qu’une utilisation réfléchie des terres et des matériaux. Le travail suggère une voie pragmatique : récolter dès aujourd’hui les grandes réductions d’émissions à faible coût grâce à l’électrification et à l’irrigation solaire, tout en planifiant judicieusement si et quand l’effort final vers le net‑zéro aura du sens selon les régions.

Citation: Späte, J., Mingolla, S. & Rosa, L. Pathways to cost-optimal and net-zero emissions irrigation in the United States. Nat Commun 17, 4504 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71122-7

Mots-clés: énergie d’irrigation, pompage solaire, émissions agricoles, gestion de l’eau, agriculture zéro émission nette