Économie et rentabilité

Coûts d'exploitation d'une ferme verticale : réduire l'électricité fait grimper la main-d'œuvre

En fin de mois, vous êtes devant le tableau des postes de coûts et vous vous dites : « Alors, par où commencer à couper ? » Électricité, main-d’oeuvre, matières — parcourez les chiffres alignés et votre regard s’arrête presque toujours sur le plus gros, l’électricité. Mais ces postes ne bougent pas indépendamment les uns des autres. Coupez dans le mauvais ordre et le coût que vous pensiez avoir réduit gonfle ailleurs.

Réduire le poste le plus lourd le fait au contraire augmenter

Réduisez de moitié l’éclairage et la facture électrique du mois baisse effectivement. Mais dans la plage de fonctionnement normale où la lumière est le facteur limitant, le rendement chute avec elle. Il faut plus d’effort pour produire la même quantité à expédier, et le coût de main-d’oeuvre par kilogramme expédié augmente en réalité. La facture électrique a baissé, mais en coût total par kilogramme vous n’y gagnez rien. Vouloir couper chaque poste séparément est une erreur de départ. Et ce glissement est d’autant plus visible dans les petites structures où le mouvement d’un seul poste se répercute facilement sur l’ensemble. Dans une ferme verticale, le coût relie l’électricité, la main-d’oeuvre et le rendement par une seule et même ficelle. Réduisez l’éclairage, et la force exercée en tirant l’extrémité « facture électrique » ressurgit, via le rendement, à l’autre extrémité — la main-d’oeuvre. Si vous cherchez à couper chaque poste séparément sur un tableau, cette ficelle reste invisible et vous ratez l’endroit où la force que vous avez appliquée refait surface.

« L’électricité est de loin le poste le plus lourd » — ce n’est pas qu’une impression. Dans une estimation, une étude ayant réalisé une analyse du cycle de vie d’une ferme verticale de type culture indoor a rapporté que l’électricité pour l’éclairage et le CVC représente plus de la moitié des principaux impacts — émissions de gaz à effet de serre, acidification, eutrophisation — et que pour l’épuisement des ressources et de l’eau, la quasi-totalité (plus de 98 %) est d’origine électrique (voir 1). Il s’agit d’une répartition vue en termes d’impacts environnementaux, qui ne se superpose pas directement à la répartition des postes en euros, mais le fait que l’énergie se concentre dans l’éclairage et le CVC est lui, tout à fait clair. C’est précisément pour ça qu’on a envie de penser : « Coupons d’abord sur le poste le plus lourd, l’électricité. » Mais cette électricité est liée par la ficelle au dénominateur qu’est le rendement. C’est précisément parce que c’est le poste lourd qu’on ne peut pas le couper seul.

Distinguer les postes liés au rendement

L’ordre de réduction des coûts s’en trouve donc inversé. On commence par anticiper « si je touche à ceci, où est-ce que ça rebondit en passant par le rendement ? » — la force appliquée qui revient, via le rendement, sur un autre poste — et on agit en premier sur les postes où ce rebond ne revient pas. L’éclairage et la densité de plantation sont directement liés au rendement : ils sont sur le corps principal de la ficelle et rebondissent presque à coup sûr. En revanche, des éléments comme la logique de régulation CVC, les séquences de transport et d’emballage, la consommation en veille et la manière de contracter la puissance, les procédures de nettoyage et de tenue de registres — ceux-là peuvent être réduits seuls, précisément parce qu’ils n’ont pas de ficelle attachée au rendement. Même sous l’appellation « réduction des coûts », tirer sur le corps principal de la ficelle ou couper une extrémité sans ficelle n’a pas du tout le même sens. Dans cet article, je me concentre sur ce qui entoure l’électricité, la main-d’oeuvre et le rendement, là où l’interdépendance est la plus forte. La même logique de « ficelle » s’applique aux matières, à l’eau et aux coûts de vente, mais je commence ici, où l’effet est le plus grand.

Ce qui prête le plus à confusion ici, c’est le CVC. Réduisez l’éclairage, la chaleur dégagée diminue, la charge de refroidissement baisse d’autant, et la facture CVC évolue en parallèle. Est-ce un poste intermédiaire à moitié accroché au corps principal de la ficelle, ou une extrémité qu’on peut couper seule ? Il vaut mieux voir le CVC comme un poste qui se branche en cours de route sur la ficelle. Il est suspendu à l’éclairage via la chaleur, si bien que réduire l’éclairage fait baisser la charge de refroidissement en parallèle. Mais cette interdépendance ne passe pas par le rendement. C’est là le point clé de la distinction. Le lien qui va de l’éclairage à la chaleur puis au refroidissement est déterminé par la physique, et il évolue sans toucher au rendement. Le CVC lui-même peut donc être compté comme une extrémité où le rebond ne revient pas. Quand vous tirez sur l’éclairage en tant que corps principal, le CVC se trouve du côté favorable du rebond — il baisse de lui-même en même temps. Son signe est l’inverse d’une extrémité comme la main-d’oeuvre, qui gonfle dans la direction opposée.

En pratique, on intègre d’emblée la part liée au CVC dans la compensation au moment où on bouge l’éclairage. Cela dit, la logique de régulation CVC elle-même — la plage de consigne, l’intensité de la déshumidification, la séquence de ventilation — est à moitié détachée de la ficelle de l’éclairage et du rendement, et peut être traitée comme une extrémité distincte. Celle-ci, cependant, n’est pas totalement indépendante. Trop élargir la plage de température ou trop réduire la déshumidification crée une limite à partir de laquelle cela rebondit sur le rendement via les maladies ou la brûlure des bords de feuilles. Dans la plage que j’ai observée — des installations de culture indoor cultivant des légumes-feuilles — la baisse ici est plus redoutable d’un cran que la hausse de température. Les feuilles entassées à haute densité développent la pourriture grise dès que l’humidité stagne, et si la transpiration est insuffisante se développe la nécrose de la pointe des feuilles (tip burn). Une fois ces symptômes apparus, le nombre de plants commercialisables chute d’un coup, et l’électricité économisée est loin de couvrir les pertes. C’est pourquoi, même pour le CVC, on le divise en deux — « la part qui vient avec via l’interdépendance thermique » et « la part qu’on peut bouger par la régulation » — et cette dernière est gérée en surveillant le rendement, encore plus prudemment que pour la plage de température.

De fait, en regardant sous un autre angle ce poids de l’électricité, ces deux postes — éclairage et CVC — représentent la majeure partie de la consommation énergétique. Une analyse du cycle de vie domestique (rapport de conférence) a rapporté que, dans les émissions de CO2 d’un système de culture indoor complet, l’éclairage et le CVC représentent environ 90 %, et même dans un type hybride combinant la lumière du soleil, environ 70 % (voir 2). C’est un ratio vu en termes de CO2 et distinct de la répartition des postes de coûts, mais l’ampleur du lien physique — le CVC suspendu à l’éclairage via la chaleur — correspond bien à ce qu’on ressent sur le terrain.

Pas dans l’ordre du poids, mais dans l’ordre de ce qui ne rebondit pas

Que l’électricité soit de loin le poste le plus lourd est un fait, et il est naturel que votre regard s’y arrête. Mais dès qu’on part de « c’est le plus lourd, donc on coupe en premier », la main se tend généralement vers le corps principal — l’éclairage et la densité de plantation. Le poste le plus lourd est en même temps le corps principal de la ficelle, là où le rebond est le plus fort. Plutôt que « dans l’ordre du poids », il faut d’abord réordonner selon « ce qui ne rebondit pas », en commençant par la régulation CVC, les séquences de transport et la manière de contracter la puissance. Il vaut mieux accepter franchement que le classement par poids et le classement par ce qu’on peut réduire en sécurité sont deux choses différentes.

Comme ligne de partage : la plage qui ne nécessite que de réorganiser les réglages ou les procédures — la plage de température, la logique de ventilation et de déshumidification, les séquences, la révision du type de contrat — peut être ajustée par les opérations. En revanche, les réductions à fort rebond — baisser la consommation en maintenant le rendement sans réduire l’éclairage, réduire la quantité absolue de main-d’oeuvre — sont hors de portée des opérations et relèvent de l’équipement.

Ce qu’il faut toutefois garder à l’esprit, c’est que l’automatisation n’est pas une magie qui ramène le coût de main-d’oeuvre à zéro. La main-d’oeuvre réduite se transfère simplement vers d’autres postes — l’amortissement et la maintenance de cette machine — et ne disparaît pas avec sa ficelle. On juge donc moins mal l’investissement en équipement si on le voit non pas comme « le coût de main-d’oeuvre disparaît » mais comme « rediriger l’endroit où le rebond atterrit, vers un poste plus facile à contrôler ».

Pour baisser l’électricité sans toucher à l’éclairage lui-même, on dépasse les simples changements de réglages et on entre dans la dimension équipement. Il existe par exemple un rapport — sur un prototype de rayonnage unique — selon lequel un rayonnage de culture économe en énergie, conçu avec des matériaux réfléchissants et une gestion particulière de la prise et de l’évacuation d’air, a maintenu la consommation à environ la moitié du niveau conventionnel tout en conservant une distribution uniforme de l’environnement dans le rayonnage (voir 3). L’objectif de l’équipement est que moins l’environnement à l’intérieur du rayonnage est inégal, moins la croissance varie, mais dans tous les cas il s’agit d’une refonte du rayonnage lui-même — c’est donc clairement une action du côté de l’investissement en équipement, et non des opérations. C’est manifestement d’un tout autre niveau que ce qu’on peut ajuster avec des réglages dès aujourd’hui.

Trois postes de coûts à ajuster dès ce mois-ci

Pour passer concrètement à l’action aujourd’hui, ce mois-ci, commencez par revoir votre contrat de puissance et la gestion de la demande. Sortez la dernière facture de compteur ou l’enregistrement de demande sur 30 minutes, et regardez une semaine de plages horaires où le pic se manifeste. Il y a des cas où le démarrage de l’éclairage et celui du CVC se superposent et poussent le pic à la hausse — en décalant simplement l’heure d’allumage de quelques minutes à une dizaine de minutes par équipement, il y a de la marge pour faire descendre le pic sans toucher au rendement. Cela peut être essayé aujourd’hui sans aucun investissement. Mais si la révision de la puissance souscrite a un effet durable une fois réalisée, ce n’est pas une action qu’on peut répéter chaque mois pour accumuler des économies supplémentaires.

Le deuxième est la plage de consigne du CVC. On voit souvent des réglages collés à une plage de température étroite, maintenant le CVC en fonctionnement en continu. Cela vient généralement de la crainte que la température de la pièce dérive en dehors de la plage, mais en élargissant simplement les limites haute et basse de 1°C chacune et en créant dans cette plage des moments où le CVC s’arrête de lui-même, on peut réduire le fonctionnement sans toucher au rendement. Arrêtez aussi la déshumidification en continu et limitez-la aux seules plages horaires où la condensation ou l’humidité pose problème. Mais c’est le revers du risque de maladie et de la nécrose de la pointe des feuilles (tip burn) évoqués plus tôt, alors soyez encore plus prudent qu’avec la plage de température. Dans les structures cultivant des feuilles à haute densité, trop abaisser ou augmenter l’humidité affecte le rendement — surveillez donc le journal d’humidité et limitez-vous d’abord à bouger la plage d’un tout petit peu pour voir ce qui se passe. Dans une saison où la température extérieure varie entre le jour et la nuit, vérifiez aussi s’il y a des plages horaires où la seule ventilation suffit. Ne bougez pas tout d’un coup ; d’abord un pas à la fois — c’est la démarche sûre.

Le troisième est la consommation en veille et les séquences de travail. C’est peu spectaculaire, mais c’est le travail de repérer les postes où vous payez pendant que les équipements sont à l’arrêt. Coupez la veille des équipements auxiliaires dans les sections inutilisées et des lignes de transport et d’emballage qui ne tournent pas la nuit. Remplacez l’éclairage des allées et des zones de bureau non directement liés à la culture par des détecteurs de mouvement ou des minuteries. Revoyez les séquences de récolte et d’emballage, regroupez les mêmes tâches et réduisez le nombre même de démarrages et d’arrêts des équipements. Aucune de ces actions ne rebondit facilement sur le rendement.

Les réglages CVC, cependant, rebondissent sur le rendement si on pousse trop loin. La manière de vérifier est donc cruciale. Avant de toucher quoi que ce soit, prenez obligatoirement une semaine de référence. Enregistrez la consommation électrique totale journalière, la valeur de pic de demande sur 30 minutes, les journaux de température et d’humidité de la pièce, ainsi que le rendement et le taux de produits commercialisables. Ne bougez qu’un seul poste à la fois, et observez la différence dans les chiffres électriques — valeur de pic et kilowattheures — pendant environ deux semaines. L’impact sur le rendement, lui, doit être suivi plus longtemps. Attendez que le lot planté après le changement de réglage soit récolté — pour les installations de culture indoor, jusqu’à ce qu’un cycle de croissance d’environ un mois pour la laitue soit complété — vérifiez alors que le rendement n’a pas chuté. Ne sautez pas aux conclusions en regardant uniquement les chiffres électriques. Bougez plusieurs choses à la fois et vous ne saurez plus ce qui a fonctionné. L’ordre : un à la fois, en commençant par ce dont vous êtes sûr qu’il ne rebondira pas.

Dans la direction « faire fonctionner sans toucher au rendement », des expériences et simulations montrent que soigner la disposition physique de l’éclairage — la distance entre la source lumineuse et les plants, l’uniformité de la disposition des luminaires — peut réduire l’inégalité de la lumière reçue par les plants avec la même électricité. C’est un exemple où revoir la disposition des luminaires a permis de réduire d’environ 15 % l’inégalité de la lumière reçue par les plants en simulation (voir 4). Tout n’est pas une simple question de modifier des réglages, si bien que cela se situe entre les opérations et l’équipement, mais que la direction « faire fonctionner sans augmenter l’électricité » existe vraiment, c’est ce que montre aussi cette recherche.

Mesurer la limite par kilogramme expédié

Considérer une extrémité comme non rebondissante et réduire trop un poste peut au contraire dégrader l’ensemble. Chaque poste individuel s’est amélioré, mais le total est pire qu’avant. Pour mesurer la limite, le point clé est d’aligner le dénominateur non pas sur « les kilowattheures ou heures de main-d’oeuvre investis » mais sur « le coût total par kilogramme réellement expédié ». Quand le taux de produits commercialisables chute, toute l’électricité et toute la main-d’oeuvre utilisées pour produire ce kilogramme se redivisent sur la seule quantité qu’on a pu expédier. Donc dès que l’effort en aval augmente, même si les kilowattheures eux-mêmes ont baissé, le chiffre par kilogramme monte. Un renversement invisible dans les postes individuels ne devient visible qu’une fois le dénominateur aligné sur la quantité récoltée.

Pour l’éclairage également, selon la même logique, une autre opportunité reste inexploitée. L’éclairage a un point de saturation : jusqu’à une certaine intensité lumineuse, plus on ajoute de lumière plus le rendement augmente, mais au-delà, même l’intensifier plafonne le rendement et ne consomme qu’électricité. Il existe un rapport indiquant que, en cultivant de la laitue et du basilic en type fermé, le rendement plafonne une fois l’intensité lumineuse montée à un certain niveau, et que l’intensifier au-delà ne l’augmente plus (voir 5). L’intensité lumineuse à laquelle le rendement par unité d’électricité investie (rendement électrique) est le meilleur varie selon la culture, et elle coïncide parfois presque avec le point où le rendement plafonne, et parfois se décale légèrement vers le côté lumière plus faible. Dans tous les cas, il y a un plafond : pousser jusqu’au point de saturation n’améliore pas l’efficacité et plafonne le rendement aussi (voir 5). C’est là que cela compte comme une action côté opérations. Si votre fonctionnement actuel se situe dans cette plage de saturation, il y a de la marge pour baisser la sortie de l’éclairage sans faire chuter le rendement du tout — la gradation peut être non seulement « une affaire d’équipement » mais une action en opérations pour récupérer l’électricité saturée. Cependant, Savoir si votre propre installation est vraiment en plage de saturation ne se vérifie pas en baissant brusquement. La direction à explorer est fixée : baisser le coût total par kilogramme expédié dans la plage où le rendement n’a pas encore chuté, et s’arrêter un pas avant que le rendement commence à se dégrader. Un poste à la fois, seulement après avoir confirmé que le rendement n’a pas chuté — cette procédure sert précisément à sonder le bord de cette plage sûre pendant qu’on peut encore faire marche arrière. Pas « les kilowattheures ont-ils baissé ? » mais « le chiffre par kilogramme a-t-il baissé ? ». Faites-en votre axe de jugement.

Permettez-moi d’ajouter ici un plafond réaliste. Même si la gradation ou le décalage de pic que nous venons de voir permet de récupérer des pertes, la part ajustable par les opérations reste une infime tranche vue contre l’ensemble des coûts. Ce qui décide vraiment de l’ordre de grandeur de la rentabilité relève d’une autre mesure — l’échelle, le débouché commercial, le choix de la culture — et c’est en dehors de cet article. Que votre perte actuelle puisse être résolue par la réduction de postes, ou que ce soit un problème de structure de coûts elle-même plus en amont, mieux vaut y réfléchir séparément, une bonne fois. La bonne façon de cadrer les choses : les actions opérationnelles ne changent pas cette structure — elles évitent que les pertes ne s’échappent à l’intérieur de celle-ci et élargissent un peu votre marge de manoeuvre. Les consignes peuvent être remises à leur valeur initiale, mais le rendement qu’on a laissé chuter ou la qualité qu’on a dégradée entre-temps ne reviennent pas — c’est ce que signifie « pendant qu’on peut encore faire marche arrière ».

Enfin, laissez-moi énoncer une ligne de partage. Tout ce qui précède concerne des actions limitées à « la plage ajustable par les opérations » — la manière de contracter la puissance, la régulation CVC, les séquences de travail, la consommation en veille, et la gradation et l’uniformisation dans une plage qui ne dégrade pas le rendement. Tout cela peut être touché dès ce mois-ci sans investissement en capital, et peut être annulé. En revanche, les réductions à fort rebond — remplacer l’éclairage pour baisser la consommation en maintenant le rendement, réduire la quantité absolue de main-d’oeuvre — ne s’arrêtent pas au seuil des opérations ; ce sont des décisions d’investissement en capital qui se transfèrent en amortissement et maintenance. C’est un domaine à réfléchir avec une mesure différente, couplée non pas à la facture électrique d’une seule année mais à la période de récupération. La conclusion est donc simple. Les coûts de fonctionnement ne sont pas un problème à résoudre en coupant les postes les plus lourds un par un — c’est un système lié par le même dénominateur, le coût par kilogramme expédié — et on bouge une chose à la fois, en commençant par l’extrémité qui ne rebondit pas, dans une plage dont on peut revenir en arrière — tout commence par reconstruire sa vision en ces termes.

Si vous souhaitez faire cette reconstruction correctement, une fois, sur votre propre tableau de postes, j’ai préparé un modèle où vous pouvez noter la rentabilité et un plan opérationnel poste par poste (ici). Posez à côté la dernière facture de compteur et votre journal de rendement, commencez par trier les postes qui rebondissent de ceux qui ne rebondissent pas, et l’ordre de réduction se révèle.