La culture et la transformation du cannabis à des fins médicinales nécessitent de grandes quantités d’énergie en raison des exigences de stabilité environnementale pendant sa croissance et sa transformation pour garantir la constance de la composition des différents cannabinoïdes. Ainsi, le produit final peut être considéré comme un médicament ayant des propriétés spécifiques.
Le coût énergétique de production du cannabis médicinal devient, dans la plupart des cas, le coût le plus important et celui qui détermine si l’exploitation industrielle est rentable ou non.
Une conception efficace de l’installation augmentera la rentabilité directe de la ferme et réduira l’empreinte carbone en apportant une valeur ajoutée à ces produits d’origine végétale.
La plupart des actions qui nous permettent d'optimiser le contrôle et la stabilité des conditions environnementales, ainsi que l'efficacité énergétique, impliquent un investissement de départ plus élevé. Étant donné que cet investissement est décidé et réalisé bien avant d’avoir obtenu l'autorisation, ceci complique la prise de décision sur un coût dont le retour s’étend sur plusieurs années.
D'une part, nous avons le scénario du coût élevé de l'énergie qui nous amène à concevoir sur la base de l'efficacité et des économies, et, d'autre part, l'incertitude sur le marché du cannabis médicinal (volumes, prix, etc.) et sa difficulté en tant que produit et processus, qui nous incite à la prudence.
Il est impossible de parler d’une solution "standard" optimale de conception d’installation, car elle dépend de nombreux facteurs, et doit être développée "sur mesure" :
Pour toutes ces raisons, dans cet article, nous nous proposons d’identifier les points à analyser pour pouvoir implanter des solutions techniques dans l’installation qui aboutiront à une amélioration de l’efficacité énergétique. Le résultat de l’analyse doit être appliqué au calcul de la rentabilité au cas par cas, en tenant compte des éventuelles améliorations proposées.
Les conditions de culture doivent être optimales, et s’ il y a une chose sur laquelle le secteur est d’accord, c’est que toute amélioration de la stabilité et de la sécurité dans les conditions environnementales de la culture se traduisent par une amélioration du rendement et de la qualité du produit et donc par une augmentation de la rentabilité.
C’est l’une des conditions les plus importantes car elle a un impact économique important. Nous devons chercher une bonne parcelle, dans une zone avec un climat adapté aux besoins de la culture, et suffisamment d’heures de lumière. De plus, nous devons assurer un accès à une eau de qualité et disposer d'un réseau électrique, ce qui a un gros impact sur la conception, l’investissement et les coûts d'exploitation.
L'éclairage des cultures peut se faire en utilisant la lumière du soleil, la lumière artificielle ou une combinaison des deux.
La lumière du soleil nous permet d’économiser sur la consommation d’énergie, mais pour l’utiliser nous devons nous concentrer sur le type de fermeture.
Les fermetures de type film fournissent la plus grande transmission de la lumière du soleil, mais en même temps moins d’étanchéité et d’isolation pour les zones ou les nuits froides, il sera donc nécessaire d’installer des écrans de type black-out qui aideront à améliorer l’isolation thermique.
D’autres finitions comme le polycarbonate ou le verre améliorent l’isolation thermique, réduisent la transmission solaire, mais augmentent l’investissement.
Dans les zones proches de l’équateur, nous aurons les meilleures conditions de lumière naturelle tout au long de l’année, mais à mesure que nous nous en éloignons, si nous voulons avoir la stabilité dans le flux lumineux, nous devrons installer des lumières de soutien, ou même des lumières qui peuvent fournir l'apport total nécessaire. Dans ces cas, les lumières à installer devraient être de type LED et réglables en puissance pour garantir que l'on ne fournisse que la lumière nécessaire pour compléter le solaire et contenir la consommation d'énergie.
Dans les installations à caissons opaques (panneau sandwich), l’éclairage est entièrement artificiel et sera constant quelle que soit la période de l’année. Pour contrôler la consommation et réduire les coûts, si nous sommes reliés au réseau électrique, une mesure intéressante consiste à allumer les lumières la nuit. S'il n'y a pas de réseau électrique, nous devrions installer des panneaux photovoltaïques et des batteries pour stocker l’énergie qui nous permettent d’allumer les lumières pendant la journée et de prolonger la photopériode jusqu’à 12 heures ou plus pour le végétal et les plantes mères.
En raison de la nécessité de réguler et de contrôler la température et l’humidité de la culture, une isolation optimale nous permet de réduire la consommation d’énergie.
L’isolation du toit et des murs peut avoir pour contrepartie la diminution de la transmission de la lumière du soleil et donc une augmentation de la consommation pour assurer l’éclairage, il faudra alors étudier chaque cas particulier pour trouver l’équilibre.
L'isolation des sols, sauf dans les régions où le climat est excellent, sera toujours un bon investissement. Une dalle de béton, posée sur une couche d'isolant et un pare-vapeur (pour assurer la durée et la qualité des finitions), assure l’isolation et l’inertie thermique pour les nuits froides, et c'est précisément dans la partie basse du plancher (racines) que nous voulons assurer une température légèrement plus élevée.
Être capable de maintenir des conditions de température et d'humidité constantes de jours comme de nuit et ce tout au long de l'année est un autre des facteurs de consommation d'énergie. Certains emplacements et solutions techniques pourraient être écartés lors de l'étude du projet en raison de leurs conditions d'humidité ou thermiques élevées.
Le principal problème est de lutter contre l'humidité générée par les plantes. Au cours de la phase diurne, la plante transpire pratiquement toute l'eau
captée par les racines. Le moyen le plus économique de réduire cette humidité intérieure est de renouveler l'air de la serre avec de l'air extérieur plus sec. En fonction de sa sécheresse, il est même possible de procéder à un refroidissement adiabatique, qui est sans doute le moyen le plus efficace.
Dans tous les cas, comme les conditions environnementales extérieures ne peuvent pas être assurées, nous devrons envisager la nécessité d’installations de déshumidification et de refroidissement pour lutter contre l’humidité générée par les plantes, ainsi que la charge thermique interne (lumières) et extérieure. L'efficacité énergétique dépendra de la présence d'un bon système de contrôle afin de réduire les coûts d'exploitation lorsque les conditions extérieures sont favorables.
La nuit, dans les régions froides, il est important :
Afin d'augmenter le rendement des cultures, il est courant d'augmenter la concentration en CO2 au-dessus de la concentration ambiante pendant la journée, cette pratique entraîne un coût et une empreinte carbone qu'il faut analyser pour assurer la rentabilité.
Travailler avec des taux de CO2 plus élevés implique le besoin de maintenir un équilibre parfait entre l'apport de nutriments et la quantité de lumière, sinon nous n'obtiendrons pas les performances souhaitées, mais nous subirons une augmentation des coûts voire même une qualité plus faible encore du produit final.
Augmenter le taux de CO2 pendant que nous avons des apports d’air nouveaux élevés est peu rentable, il est donc seulement conseillé à l’intérieur ou dans des serres étanches.
Dans les grandes fermes, où il existe un processus de combustion pour la production d’énergie ou d’eau chaude, les gaz de combustion pourraient être utilisés pour augmenter la concentration de dioxyde de carbone, par une installation de filtration, de stockage et de refroidissement.
Une dalle béton, posée sur une couche d'isolant et de pare-vapeur (pour assurer la durée et la qualité des finitions), assure l’isolation et l’inertie thermique pour les nuits froides
Les procédés de climatisation, de déshumidification et de séchage impliquent la nécessité d'installer des équipements de génération de froid et de chaleur. Notre proposition est d’opter pour des systèmes de production centralisés car, même si l’investissement économique est plus important, ils nous offrent les avantages suivants :
Pour la distribution de ce froid et de cette chaleur il est préconisé d’utiliser des circuits d'eau chaude et froide. Dans ce type d’installations, il est fortement recommandé d’utiliser des circuits de distribution à débit variable en raison des grandes différences entre les besoins de froid et de chaleur de jour ou de nuit, ou entre les différentes saisons de l’année.
Tout procédé de production qui tire parti de l'énergie solaire, de la cogénération, du refroidissement adiabatique ou évaporatif, du biogaz, etc.sera applicable et bienvenue.
La qualité et la quantité d'eau accessible est l'un des facteurs décisifs pour le choix de l’emplacement, mais ce ne sera pas toujours le plus déterminant.
Les solutions d'efficacité dans ces salles sont standard dans les systèmes de climatisation, nous allons ici donner quelques lignes directrices pour les appliquer aux particularités du traitement du cannabis.
Il est important de différencier les différentes zones selon leurs besoins environnementaux et de programmation de travail.
Un environnement à humidité contrôlée ne sera nécessaire que dans les pièces où le produit est déjà sec et exposé à l'environnement (taille sèche, séchage et emballage).
Dans les zones où le matériau est humide (effeuillage, taille humide), la température sera plus basse, c'est donc une option intéressante pour que le climatiseur qui fonctionne dans ces zones soit indépendant.
Au sein d'une même installation, nous constatons que la plupart des salles fonctionneront en un ou deux quarts de travail et jusqu'à ce que l'opération soit à pleine capacité pendant plusieurs jours, certaines salles seront inoccupées tandis que d'autres, comme les tunnels de séchage, fonctionneront 24/24 h, il est donc important que les climatiseurs puissent être sectorisés, éteints ou faire fonctionner à des températures et des débits réduits.
Il en va de même pour les extractions localisées (de poussières, vapeurs, etc.), il est très intéressant qu’elles
puissent être activées et désactivées indépendamment, car le nombre d'heures d'utilisation est relativement faible.
Adapter le niveau de filtration (F9... H14) aux renouvellements afin d’avoir la qualité ISO 8 de niveau des particules. Une sur-spécification dans la conception a des coûts d'exploitation élevés.
L'eau est une ressource à bien gérer. Une eau de qualité (faible conductivité) peut être utilisée avec un prétraitement simple tandis qu’une eau de mauvaise qualité aura besoin d'un traitement d’osmose inverse, avec des coûts d’exploitation, de consommation par rejet d’eau et d’investissement associés.
La qualité et la quantité de l’eau accessible est l’un des facteurs décisifs pour le choix de l’emplacement, mais il ne sera pas toujours le plus déterminant, c’est pourquoi nous attirons l’attention sur certains points à prendre en considération:
Des solutions techniques d'efficacité énergétique sont existantes et connues. Peut-être la difficulté du cannabis médicinal réside-t-elle dans l’évaluation, par manque de données, de son impact sur la quantité et la qualité du produit, l’utilisation d’un environnement plus contrôlé et précis (dépenses énergétiques plus élevées) par rapport à un autre avec des marges plus larges.
Sur la base de notre expérience, nous pensons que nous devrions commencer avec une conception robuste qui assure la qualité et, une fois que l’activité démarre de manière stable, surveiller et collecter des données afin d’améliorer l’efficacité par des agrandissements ou des investissements futurs.
Ce suivi et cette analyse continus doivent être projetés et réalisés par un personnel expert axé sur l’obtention de ces objectifs rentabilité.
AUTEUR :
Eudald Bogatell
Ingénieur projet chez VALTRIA