Décarboner la production sous serre dans le désert par enrichment en CO2 issu du captage direct de l’air

Nourriture fraîche malgré la chaleur extrême du désert

Cultiver des salades et des tomates dans des déserts brûlants peut sembler impossible, et pourtant des serres high-tech le font déjà en utilisant très peu d’eau. Le hic, c’est que ces forteresses de verre dépendent de dioxyde de carbone livré par camion, ce qui augmente les coûts et la pollution. Cette étude se demande si les serres pourraient plutôt extraire le CO2 directement de l’air sur place, réduisant à la fois la consommation de carburant et l’impact climatique, tout en continuant à alimenter les populations dans certains des lieux les plus secs et chauds de la planète.

Pourquoi les serres désertiques ont besoin d’un coup de pouce

Les serres modernes des zones désertiques sont des bâtiments très étanches refroidis par de puissantes unités de climatisation et alimentés par de l’électricité solaire bon marché. À l’intérieur, les producteurs gèrent soigneusement la lumière, la température, l’eau et les nutriments pour obtenir plusieurs fois plus de rendement par hectare que les champs ouverts tout en utilisant une fraction de l’eau. Mais il manque un ingrédient. Parce que la structure est fermée pour garder la chaleur à l’extérieur, les plantes épuisent rapidement le dioxyde de carbone présent dans l’air. Les concentrations internes peuvent tomber à la moitié de celles de l’extérieur, ralentissant la photosynthèse et limitant la production de laitue et de tomates cerises.

La solution actuelle repose sur des camions

Pour résoudre cela, la plupart des exploitants commerciaux achètent du CO2 liquide pur capté d’installations industrielles, le font livrer par camion à la serre, le stockent dans de grands réservoirs et le vaporisent dans l’espace de culture. Ce procédé augmente de façon fiable les rendements et les bénéfices, mais comporte des compromis. Le prix payé par l’agriculteur pour chaque tonne de CO2 inclut la production, le transport routier et les marges du fournisseur. Pour de nombreux sites désertiques éloignés des sources de gaz, ces coûts sont élevés et les trajets en camion ajoutent des émissions de gaz à effet de serre substantielles. De plus, la manipulation sécurisée de réservoirs sous pression et les livraisons fréquentes complexifient l’exploitation.

Extraire le carbone de l’air mince sur place

Les chercheurs ont exploré une approche différente connue sous le nom de captage direct de l’air, qui utilise des matériaux solides spéciaux pour saisir le CO2 directement dans l’air ambiant. Ils ont modélisé deux configurations pouvant être installées à côté d’une serre désertique d’un hectare. Dans un système température-vide, des ventilateurs poussent l’air à travers une colonne remplie d’un sorbant poreux qui lie le CO2. Une fois le matériau saturé, la colonne est scellée, légèrement chauffée et soumise à un léger vide pour que le CO2 soit libéré sous la forme d’un flux de faible pureté suffisant pour alimenter les cultures. Dans un système à basculement d’humidité, le sorbant retient le CO2 lorsqu’il est sec et le relâche lorsqu’il est humidifié, de sorte que le cycle est entraîné par l’ajout et le retrait d’eau plutôt que par la chaleur et le vide profond.

Que disent les chiffres sur le coût et le climat

À l’aide de modèles informatiques reliés à des données météorologiques réelles de Djeddah, en Arabie saoudite, l’équipe a estimé la quantité de CO2 dont la serre aurait besoin sur une année entière, sur la base de calculs détaillés de la photosynthèse des cultures. Ils ont ensuite dimensionné chaque option d’enrichissement pour couvrir cette demande et calculé les coûts d’équipement et d’exploitation sur la durée de vie, y compris la consommation d’électricité et d’eau. Pour la laitue comme pour la tomate cerise, les systèmes de captage direct ont fourni du CO2 à environ 240 à 252 dollars US la tonne, ce qui est similaire ou moins cher que le CO2 liquide transporté par camion dans de nombreuses conditions de marché réalistes. Lorsqu’ils ont ajouté une analyse du cycle de vie, qui suit les émissions des matériaux, de l’énergie et du transport du berceau à la serre, ils ont constaté que faire fonctionner les unités de captage avec une électricité fortement solaire réduisait l’impact climatique global comparé au transport routier du CO2, en particulier pour les tomates qui nécessitent plus d’enrichissement.

Leviers clés et compromis pour les producteurs

L’analyse a montré que les deux conceptions de captage présentent des forces différentes. L’option à basculement d’humidité nécessite moins de composants, donc son coût matériel initial est plus faible, mais elle consomme plus d’énergie pour les ventilateurs et plus d’eau pendant le fonctionnement. Le système température-vide coûte davantage à construire car il requiert une pompe à chaleur et une pompe à vide, mais il utilise l’électricité de manière légèrement plus efficace et tend à avoir des émissions plus faibles. Dans les deux cas, les principaux facteurs influençant le coût sont le prix local et la propreté de l’électricité et la quantité de CO2 que chaque kilogramme de sorbant peut traiter par jour. Des améliorations des performances des sorbants et une énergie solaire à faible coût dans les régions désertiques chaudes peuvent donc rendre ces systèmes encore plus attractifs avec le temps.

Ce que cela signifie pour l’alimentation future dans les déserts

En termes clairs, l’étude suggère que les serres désertiques n’ont pas à dépendre de camions diesel transportant du CO2 sur de longues distances. Avec la bonne conception, des unités compactes de captage de l’air alimentées par des panneaux solaires peuvent fournir le CO2 nécessaire pour que les cultures poussent rapidement tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre. Le refroidissement des serres reste le principal poste d’empreinte climatique, mais associer un refroidissement efficace à une électricité bas carbone et au captage du CO2 sur site offre une voie prometteuse pour produire davantage de nourriture dans des régions en stress hydrique sans augmenter proportionnellement leur impact sur la planète.

Citation: Lopez-Reyes, Z., Hopwood, W., Jones, J. et al. Decarbonizing desert greenhouse crop production with direct air capture–based CO₂ enrichment. npj Sustain. Agric. 4, 39 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00149-6

Mots-clés: serre désertique, captage direct de l’air, enrichissement en CO2, énergie solaire, agriculture durable