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La notion de ferme verticale ou d'agriculture verticale regroupe divers concepts fondés sur l'idée de cultiver des quantités significatives de produits alimentaires dans des tours, parois ou structures verticales, de manière à produire plus sur une faible emprise au sol, éventuellement en ville pour répondre à des besoins de proximité (filières courtes). Certains projets sont des sortes de gratte-ciel consacrés à l'agriculture (farmscrapers en anglais).
L'idée de base des projets les plus souvent cités vient d'un concept développé en 1999 par Dickson Despommier, professeur en santé environnementale et microbiologie à l'université Columbia à New York avec des étudiants diplômés d'une classe d'écologie de la santé (Medical ecology class).
Selon lui, une telle tour pourrait être construite pour environ 84 millions de dollars US.
La première tour a été ouverte à Singapour en 2012.
Le design architectural de ces tours a d'abord été développé par Andrew Kranis de l'université Columbia et Gordon Graff[1],[2] à l'université de Waterloo.
Selon les projets, les objectifs peuvent varier ; avec par exemple :
L'agriculture horizontale est très perturbatrice pour la faune sauvage qui vit dans et autour des terres cultivées. En comparaison, l'agriculture verticale entraînerait très peu de destruction d'insectes et autres animaux lors des labours, traitements chimiques, récoltes etc.
Le concept de ferme verticale s'est d'abord fait connaître du grand public en 2007 par un article de Lisa Chamberlain dans le New York[4]. Depuis 2007, des articles ont été publiés par The New York Times[5], U.S. News & World Report[6], Popular Science[7], Maxim, ainsi que par des médias francophones tels que Le Monde[8], Le Figaro[9],[10], The Conversation[11], Le Soir[12] et Le Temps[13],[14].
De premières fermes verticales sont évoquées comme projets à Las Vegas (Nevada), à Incheon (Corée), à Abou Dabi et Dubaï (Émirats arabes unis), à Nashville (Tennessee) ou encore dans la future ville écologique de Dongtan, en Chine.
Des projets de fermes verticales à bas coûts commencent également à apparaître dans les pays en voie de développement comme le Burkina Faso, où un projet de tour maraîchère de 400 m2 basé sur le système Courtirey va être réalisé dans la ville de Toussiana.
Une tour moitié bureaux et moitié ferme verticale est en construction par Plantagon en 2018 à Linköping en Suède[15].
La Cité Maraîchère de Romainville, se développant respectivement sur trois et six niveaux, est un autre exemple de ferme urbaine verticale livrée à l'été 2021 en France[8].
Despommier estimait qu'en utilisant les technologies disponibles en 1999, une ferme verticale occupant la place d'un îlot urbain, et haute de 30 étages pourrait alimenter 10 000 personnes[16]. Des fermes verticales d'au moins 200 mètres (pour 30 à 40 étages) sont techniquement plausibles. Elles visent un rendement 4 à 5 fois supérieur au rendement moyen de l'agriculture actuelle. Des capteurs situés dans le plafond de chaque étage pourraient même recueillir l'évapotranspiration des plantes pour produire de l'eau pure. Les sous-sols pourraient également servir au traitement des eaux usées en installant une unité de traitement des eaux, incluant éventuellement un dispositif de méthanisation (par exemple dans le sous-sol[3], source d'énergie, le CO2 étant ensuite réutilisé comme « engrais gazeux » pour les plantes).
L'agriculture verticale produit des fruits et légumes par culture hydroponique ou aéroponique (permettant de mettre plusieurs couches de cultures par étages), ainsi que des champignons comestibles et des algues toute l'année. Certains projets intègrent des animaux et produits animaux (poulets et des œufs, poisson ou cochon).
Parce que des surfaces ou bassins de cultures empilés verticalement manqueraient de lumière naturelle équivalente à celle qui alimente une surface équivalente en milieu agricole rural, une tour agricole nécessiterait un apport important de lumière sous forme d'éclairage artificiel, ainsi que dans certains pays, du chauffage tout ou partie de l'année. Des critiques estiment que les frais d'éclairage artificiel des cultures poussant dans les étages inférieurs seraient rédhibitoires pour un projet rentable[18]. On notera cependant que certaines cultures sous serres (ex : tomates aux Pays-Bas) se pratiquent déjà depuis plusieurs années sous un éclairage artificiel maintenu toute la nuit.
Les partisans d'une « agriculture verticale » doivent encore montrer que les coûts de production (incluant la production d'énergie à partir de sources renouvelables) pourraient être équilibrés par les économies faites sur les coûts de production et surtout de transport des filières agroalimentaires existantes.
Despommier[16] estime que des cultures hydroponique ou aéroponique bien conduites, associées à la production d'énergies renouvelables locales (éolienne et solaire) et au recyclage des matériaux de production (dont en particulier l'eau) permettraient une forte augmentation de productivité, mais il reste à démontrer que ce type d'agriculture ne favoriserait pas certains parasites ou certaines maladies des plantes. Il estime que si la culture se faisait toute l'année, la productivité serait 5 à 6 fois plus élevée, et jusqu'à 30 fois pour certaines cultures (fraises par exemple).
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