L’efficacité énergétique dans la culture et la transformation du cannabis médical nécessite une grande stabilité des conditions environnementales, compte tenu des exigences liées à la croissance et à la transformation de la plante. Cette maîtrise est indispensable pour garantir la constance de la composition des différents cannabinoïdes et permettre ainsi au produit final d’être considéré comme un médicament aux propriétés spécifiques.
Dans la plupart des cas, le coût énergétique de la production de cannabis médical constitue l’un des principaux postes de dépenses et peut déterminer la rentabilité même de l’exploitation industrielle. Une conception efficace des installations permet d’améliorer directement la rentabilité tout en réduisant l’empreinte carbone, apportant ainsi une valeur ajoutée à ces produits d’origine végétale.
Contexte de la conception des installations
La plupart des mesures permettant d’optimiser le contrôle et la stabilité des conditions environnementales, tout en améliorant l’efficacité énergétique, nécessitent un investissement initial plus important. Or, cet investissement doit souvent être décidé et engagé bien avant même l’obtention de la licence, ce qui complexifie la prise de décision lorsque le retour sur investissement s’étale sur plusieurs années.
D’un côté, la hausse des coûts de l’énergie nous pousse à concevoir des installations privilégiant l’efficacité et les économies d’énergie. De l’autre, les incertitudes qui entourent le marché du cannabis médical — volumes, prix, etc. — ainsi que la complexité du produit et de son procédé de production incitent à la prudence.
Il n’existe donc pas de solution de conception « standard » qui soit optimale dans tous les cas. Chaque installation doit être conçue sur mesure, en fonction de nombreux facteurs :
- La localisation : conditions de température, d’humidité et nombre d’heures d’ensoleillement.
- La taille de l’exploitation, la taille des lots et les éventuelles extensions futures.
- La destination du produit final : consommation directe ou extraction.
Dans cet article, nous identifions les différents aspects à analyser afin de mettre en œuvre des solutions techniques permettant d’améliorer l’efficacité énergétique des installations. Les résultats de cette analyse devront ensuite être intégrés au calcul de rentabilité de chaque projet, en tenant compte des différentes solutions d’optimisation envisageables.
Efficacité appliquée à la culture du cannabis médical
Dans la culture du cannabis médical, l’efficacité doit être optimale. Un constat fait consensus dans le secteur : toute amélioration de la stabilité et de la maîtrise des conditions environnementales de culture contribue à améliorer le rendement et la qualité du produit et, par conséquent, la rentabilité de l’exploitation.
Localisation
La localisation est l’un des facteurs les plus importants en raison de son impact économique considérable. Il convient de choisir un site bénéficiant d’un climat adapté aux besoins de la culture et d’un nombre suffisant d’heures d’ensoleillement.
Il est également nécessaire de garantir l’accès à une eau de qualité et à un réseau électrique, autant de facteurs qui auront une incidence sur la conception, l’investissement initial et les coûts d’exploitation.
Éclairage
L’éclairage des cultures peut être naturel, artificiel ou combiner les deux. L’utilisation de la lumière naturelle permet de réduire la consommation énergétique, mais son exploitation dépend notamment du type d’enveloppe choisi pour l’installation.
Les enveloppes en film offrent la meilleure transmission de la lumière solaire, mais présentent une étanchéité et une isolation thermique moindres dans les régions ou pendant les nuits froides. Il peut alors être nécessaire d’installer des écrans black-out, qui contribuent également à améliorer l’isolation thermique.
D’autres solutions, comme le polycarbonate ou le verre, améliorent l’isolation thermique mais réduisent la transmission solaire et nécessitent un investissement plus important.
Les régions proches de l’équateur bénéficient des meilleures conditions de lumière naturelle tout au long de l’année. À mesure que l’on s’en éloigne, si l’on souhaite maintenir un flux lumineux stable, il devient nécessaire d’installer un éclairage d’appoint, voire un système capable de fournir l’intégralité de l’éclairage requis.
Dans ces situations, il est recommandé d’utiliser des LED à puissance variable, afin de fournir uniquement la quantité de lumière nécessaire en complément de la lumière naturelle et ainsi de maîtriser la consommation énergétique.
Dans les installations dotées d’enveloppes opaques, comme les panneaux sandwich, l’éclairage est entièrement artificiel et reste indépendant de la saison. Lorsque l’installation est raccordée au réseau électrique, une solution intéressante pour maîtriser les coûts consiste à faire fonctionner l’éclairage pendant la nuit.
En l’absence de raccordement au réseau, l’installation de panneaux photovoltaïques et de batteries de stockage peut permettre d’alimenter l’éclairage pendant la journée et de prolonger la photopériode jusqu’à 12 heures, voire davantage pendant la phase végétative et pour les plantes mères.
Isolation extérieure
L’isolation extérieure permet de réduire la consommation énergétique liée à la régulation et au contrôle de la température et de l’humidité des cultures.
L’isolation de la toiture et des parois peut toutefois réduire la transmission de la lumière solaire et, par conséquent, augmenter la consommation liée à l’éclairage. Chaque projet doit donc être étudié individuellement afin de trouver le bon équilibre.
À l’exception des régions bénéficiant de conditions climatiques particulièrement favorables, l’isolation du sol constitue généralement un investissement pertinent. Une dalle en béton posée sur une couche isolante et un pare-vapeur permet d’assurer à la fois une bonne isolation et une inertie thermique adaptée aux nuits froides. Cela est particulièrement intéressant au niveau inférieur de la plante, où se trouvent les racines et où l’on souhaite maintenir une température légèrement plus élevée.
Conditions environnementales intérieures
Le maintien des conditions de température et d’humidité, de jour comme de nuit et tout au long de l’année, représente un autre poste important de consommation énergétique. Certaines localisations ou solutions techniques peuvent d’ailleurs être écartées dès la phase d’étude du projet en raison d’un taux d’humidité trop élevé ou de conditions thermiques défavorables.
Le principal défi consiste à maîtriser l’humidité générée par les plantes. Pendant la journée, celles-ci transpirent pratiquement toute l’eau absorbée par leurs racines. La solution la plus économique pour réduire cette humidité intérieure consiste à renouveler l’air de la serre avec un air extérieur plus sec. Selon son niveau d’humidité, cet air peut même être refroidi de manière adiabatique, ce qui constitue l’une des solutions les plus efficaces sur le plan énergétique.
Cependant, les conditions extérieures ne pouvant jamais être totalement garanties, il convient de prévoir des systèmes de déshumidification et de refroidissement capables de gérer l’humidité générée par les plantes ainsi que les charges thermiques internes — notamment l’éclairage — et externes.
L’efficacité énergétique dépendra alors largement de la qualité du système de contrôle, qui doit permettre de réduire les coûts d’exploitation lorsque les conditions extérieures sont favorables.
La nuit, dans les régions froides, il est notamment important de :
- Réduire au minimum le renouvellement de l’air, tout en garantissant l’apport d’oxygène nécessaire.
- Renforcer l’isolation thermique à l’aide d’écrans black-out, de rideaux créant une lame d’air, etc.
- Chauffer en priorité les zones proches des racines, même si les parties hautes de la serre se refroidissent.
Dioxyde de carbone (CO₂)
Afin d’améliorer le rendement des cultures, il est courant d’augmenter pendant la journée la concentration de CO₂ au-delà de son niveau ambiant. Cette pratique entraîne toutefois un coût supplémentaire et une empreinte carbone qui doivent être analysés afin d’en vérifier la rentabilité.
Travailler avec des concentrations plus élevées de CO₂ nécessite de maintenir un équilibre précis entre l’apport de nutriments et la quantité de lumière disponible. Dans le cas contraire, l’amélioration du rendement recherchée ne sera pas obtenue, tandis que les coûts augmenteront et que la qualité du produit final pourra même être affectée.
L’enrichissement en CO₂ est peu rentable lorsque les apports d’air neuf sont importants. Il est donc principalement recommandé dans les cultures indoor ou dans les serres présentant une bonne étanchéité.
Dans les grandes exploitations disposant de procédés de combustion destinés à produire de l’énergie ou de l’eau chaude, les gaz de combustion pourraient être valorisés afin d’augmenter la concentration de CO₂, à condition de mettre en place un système adapté de filtration, de stockage et de refroidissement.
Efficacité de la production de froid et de chaleur
Les procédés de climatisation, de déshumidification et de séchage nécessitent une production efficace de froid et de chaleur. Nous recommandons de privilégier des systèmes de production centralisés qui, malgré un investissement initial plus élevé, présentent plusieurs avantages :
- Les équipements de grande puissance offrent généralement un meilleur contrôle — condensation, variateurs de vitesse, etc. —, des compresseurs plus performants et donc une meilleure efficacité énergétique.
- Ils peuvent produire simultanément du froid et de la chaleur, ce qui améliore l’efficacité globale puisque les zones de culture et de process présentent souvent des besoins simultanés en chaud et en froid.
- La quantité de fluides frigorigènes nécessaire est réduite, la maintenance est mieux maîtrisée et il s’agit de machines industrielles conçues pour fonctionner en continu.
Pour la distribution du froid et de la chaleur, il est recommandé d’utiliser des circuits d’eau chaude et d’eau froide. Dans ce type d’installation, les réseaux à débit variable sont particulièrement intéressants en raison des importantes variations des besoins en chaud et en froid entre le jour et la nuit et selon les saisons.
Efficacité dans les salles de transformation GMP
Les solutions d’efficacité énergétique appliquées aux salles de transformation GMP reposent sur des principes couramment utilisés dans les systèmes de climatisation. Voici quelques recommandations permettant de les adapter aux particularités de la transformation du cannabis.
Zonage des centrales de traitement d’air
Il est important de distinguer les différentes zones en fonction de leurs besoins environnementaux et de leur organisation opérationnelle.
Le contrôle de l’humidité ne sera nécessaire que dans les salles où le produit est déjà sec et exposé à l’environnement, notamment lors du trimming à sec, de l’affinage et du conditionnement.
Dans les zones où le produit est encore humide — effeuillage, trimming en vert —, la température requise sera plus basse. Il peut donc être intéressant que la centrale de traitement d’air desservant ces zones fonctionne de manière indépendante.
Au sein d’une même installation, la plupart des salles fonctionneront sur un ou deux postes et, tant que l’exploitation n’aura pas atteint sa pleine capacité, certaines resteront inoccupées. À l’inverse, d’autres équipements, comme les tunnels de séchage, fonctionneront 24 heures sur 24.
Il est donc important que les centrales de traitement d’air puissent être sectorisées, arrêtées ou fonctionner avec des régimes réduits de température et de débit lorsque les besoins sont moindres.
Efficacité dans la gestion de l’eau
La qualité et la quantité d’eau disponible constituent des facteurs déterminants dans le choix de la localisation d’une exploitation. Même s’ils ne sont pas toujours décisifs à eux seuls, plusieurs éléments doivent être pris en compte :
- Le système d’irrigation sera généralement hydroponique, de préférence avec des eaux de drainage contrôlées et collectées afin de permettre leur éventuelle réutilisation pour d’autres cultures moins sensibles à une conductivité élevée, pour l’arrosage des espaces verts, etc.
- L’eau de pluie ainsi que les condensats provenant des systèmes de déshumidification peuvent être récupérés et acheminés vers les réservoirs de sécurité destinés à l’irrigation. Ces réservoirs étant présents dans toutes les installations, l’investissement nécessaire à cette récupération reste limité et permet de disposer d’une source d’eau de très bonne qualité.
- L’eau de rejet issue de l’osmose peut être valorisée pour les opérations de nettoyage hors environnement GMP, les chasses d’eau des sanitaires, etc.
Conclusions
Les solutions techniques permettant d’améliorer l’efficacité énergétique existent et sont bien connues. Dans le domaine du cannabis médical, la principale difficulté réside dans leur évaluation, notamment en raison du manque de données permettant de mesurer précisément leur impact sur la quantité et la qualité du produit.
Sur la base de notre expérience, nous estimons qu’il est essentiel de commencer par une conception robuste garantissant la qualité du produit. Une fois l’activité stabilisée, une surveillance et une analyse continues par des professionnels spécialisés permettront d’optimiser progressivement l’efficacité énergétique et la rentabilité de l’installation, tout en respectant les exigences des bonnes pratiques de fabrication GMP.