1 Les toitures des villes offrent des lieux uniques pour cultiver. Bon nombre de projets d’agriculture urbaine s’y développent aujourd’hui. En soi, rien de nouveau. Mais dès lors que de véritables outils performants de production comme les serres horticoles s’y installent, de nouvelles synergies avec l’architecture laissent à penser que les villes et l’agriculture du futur pourraient en être révolutionnées. Alors, les serres sur les toits sont-elles vraiment une réalité aujourd’hui ? Quels sont les freins à leur développement ? Plus utopiques encore, les projets de serres verticales isolées ou liées au bâti, sont-ils en passe de devenir réalité ? Probablement, des solutions seront encore à trouver via des modèles hybrides intégrant la serre dans un projet d’agriculture urbaine global et multifonctionnel.

Les projets de serres sur les toits existent-ils déjà en France et dans le monde ?

2 C’est en Amérique du Nord que se sont développées les premières serres urbaines sur toiture  [1]. Cet essor s’explique par une volonté affirmée de certains consommateurs de disposer de denrées alimentaires produites localement. En outre, l’architecture nord-américaine génère un important foncier aérien inexploité avec de larges surfaces disponibles.

3 Ainsi, dès 1995, la ville de New York voit apparaître les premières serres productives sur les toits de deux bâtiments appartenant à la chaîne de distribution Eli Zabar  [2]. Sur près de 850 m², deux serres fournissent tomates, légumes feuilles, figues et fruits rouges, vendus relativement chers dans les épiceries fines du rez-de-chaussée. Il faut attendre 2011 pour qu’apparaissent à Montréal de véritables outils de production à hauts rendements sur toiture avec l’entreprise Les Fermes de Lufa (voir illustration n° 2).

4 Dans le même temps à New York, l’entreprise Gotham Greens  [3] bâtit, sur 1 393 m², la première serre commerciale des Etats-Unis. Depuis, elle a développé deux autres sites, de 1 858 m² et 5 574 m², dans la région. En 2015, près de 7 000 m² de serres sont construites sur la toiture d’une usine à savon proche de Chicago. Les productions sont principalement constituées de légumes feuilles comme les laitues ou le basilic. Mais l’Europe n’est pas en reste. Déjà en 2008, au Pays-Bas, le producteur horticole Vida Verde à Honselersdijk construisait des serres de 3 500 m² de toiture. À Barcelone, en 2014, le projet Fertile City  [4] donnait naissance à une serre expérimentale de 250 m² en toiture pour mettre en évidence les bénéfices environnementaux et économiques résultant de la connexion entre un outil de production de végétaux et un bâtiment  [5]. Récemment, l’entreprise suisse Urban Farmers  [6] vient d’ouvrir deux sites : un premier expérimental et démonstratif de 250 m² situé à Bâle ; un second, commercial, d’environ 1 400 m², installé à La Haye aux Pays-Bas sur le toit d’une ancienne usine. Mais, aujourd’hui ce projet est arrêté, (voir infra, illustration n° 3), et l’analyse de cet échec montre la difficulté d’implanter un projet d’agriculture urbaine économiquement viable. Cela n’a pas empêché la société BIGH  [7] d’inaugurer une imposante serre sur le toit des anciens abattoirs d’Anderlecht à Bruxelles, en 2018.

Illustration n° 1 – Sur les toits de Bruxelles, le projet de la Ferme Abattoir s’étend sur près de 4 000 m² dont 2 000 m² de serre horticole dans lesquelles sont produites tomates, basilic en pot, micro-pousse et poissons en aquaponie. Bruxelles, Belgique. 2018.

Illustration n° 1 – Sur les toits de Bruxelles, le projet de la Ferme Abattoir s’étend sur près de 4 000 m² dont 2 000 m² de serre horticole dans lesquelles sont produites tomates, basilic en pot, micro-pousse et poissons en aquaponie. Bruxelles, Belgique. 2018.

5 La France aussi, hébergera bientôt des projets commerciaux d’envergure. Par exemple dans le cadre de l’appel à projets « Les Parisculteurs »  [8], plusieurs lauréats proposent la construction de serres commerciales sur toiture. À Nantes, le projet de la « Ferme des Cinq Ponts »  [9] envisage la création d’une serre de 740 m² en lien avec une surface productive de 3 000 m². À Angers, le projet « Climax », lauréat de l’appel à projet « Imagine Angers », promet la création de 400 m² de serres aériennes  [10], et bien d’autres projets sont en cours de réflexion dans la plupart des métropoles européennes.

6 En Asie, certains pays participent aussi à cette vague. En Thaïlande, une ferme hydroponique a implanté 2 800 m² de serre sur le toit d’un hôtel de Bangkok. En Chine, pour le moment, quelques projets de petite taille et à but démonstratif ou pédagogique sont répertoriés, comme sur le toit de l’université d’agriculture chinoise à Shengze.

7 On observe donc l’essor de ces concepts de production urbaine en toiture un peu partout dans le monde. Pour autant s’agit-il d’une véritable rupture avec la production agricole et les modes de construction de la ville ? L’analyse des synergies entre les serres de production sur toiture, les modes de construction et la ville, apporte des premières clefs de compréhension.

L’intégration des serres urbaines en toiture dans le métabolisme urbain, clef de leur développement ?

8 À l’échelle du bâtiment et plus largement de la ville, les serres en toiture ne manquent pas d’intérêts. Plus spécifiquement, les serres connectées au bâti offrent l’opportunité de récupérer la chaleur perdue par le toit. Lorsqu’on sait que le secteur du bâtiment consomme 44 % de l’énergie finale en France selon l’ADEME  [11] et que les déperditions se font à 30 % par le toit et pour 40 % à cause du chauffage, l’enjeu énergétique est majeur. En participant au chauffage de la serre en hiver et à l’amélioration du confort thermique du bâtiment en été  [12], ces déperditions thermiques, appelées encore énergies fatales, retrouvent une finalité via la production végétale. La société BIGH réutilise ainsi l’énergie fatale issue des chambres froides des boucheries situées juste en dessous. Il est à noter que si la serre n’est pas complètement connectée au bâtiment, comme dans les cas de Gotham Greens, un chauffage d’appoint est alors nécessaire en période froide ; dans ce cas l’usage d’énergie renouvelable, à base de panneaux photovoltaïque par exemple est une solution pour limiter l’empreinte énergétique. Dans le même ordre d’idée, Ceron-Palma (2012)  [13] a simulé les effets de l’utilisation de chaleur issue de la serre en toiture pour les besoins de chauffage d’un bâtiment de bureaux, qui diminueraient de plus de 79 %. Ces données sont à modérer car l’analyse du cycle de vie de serres sur toiture indique qu’elles restent plus impactantes pour l’environnement, entre 17 et 75 % de plus que des serres conventionnelles  [14], en raison notamment du surdimensionnement de la structure du bâtiment. Cependant, l’implantation de serres sur les toits près des consommateurs limite le transport des denrées alimentaires et donc les émissions de CO₂. Même si le transport est moins déterminant en matière de bilan environnemental que le mode de production  [15], Sanyé-Mangual et al (2013)  [16] ont démontré qu’une tomate produite et vendue à Barcelone, comparée à une tomate produite dans le Sud de l’Espagne, limite chaque année les émissions de CO₂ de 440 g par kg de produit. Les serres urbaines en toiture peuvent aussi utiliser directement le CO₂ résiduel issu du bâtiment pour optimiser la production végétale et améliorer les rendements. Ainsi, en doublant la concentration de CO₂ sous serre, de 400 ppm à 800 ppm, les rendements augmentent d’environ 30 %  [17].

9 La réduction des émissions de gaz à effet de serre via les serres en toiture constitue l’axe principal du programme de recherche européen Interreg North/West « GROOF  [18] », pour « Greenhouses to Reduce CO₂ on RooFs ». Il est porté en France par l’Institut Technique de l’Horticulture (ASTREDHOR) en partenariat avec le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) et les Fermes de Gally. Au niveau européen il associe des partenaires luxembourgeois, allemands, belges et espagnols. Réalisé de 2018 à 2021, le projet GROOF vise à faciliter l’émergence de ce type de serres sur le marché. Il s’agit de vulgariser les bonnes pratiques en démontrant leur fonctionnalité et en communiquant auprès des acteurs de la construction et de l’agriculture sur l’intérêt économique et social. Ce projet concerne quatre sites pilotes, de 300 à 500 m² chacun, qui étudient la pérennité des modèles proposés. 

10 La récupération des déchets organiques urbains à des fins agronomiques est aussi possible au sein de ces systèmes de production  [19]. Même si des questions sanitaires restent à lever, à terme il pourrait être envisageable de fertiliser les cultures avec de l’urine ou des lixiviats de compost issu du recyclage. Des essais sur tomates et basilic, sont d’ailleurs en cours sur des colonnes de cultures verticales hydroponiques dans le cadre du programme de recherche et développement CasDar TECHN’AU  [20]. D’autres projets, comme BIGH par exemple, vont plus loin en mettant en place un système de production circulaire, nommé aquaponie, avec la production de poissons, (des bars rayés dans ce cas), couplée à la production végétale.

11 Longtemps reléguée au rang de simple espace technique (installation des systèmes de ventilation ou de climatisation) et fonctionnel (protection contre les intempéries), la toiture revient au premier plan. À l’heure de l’artificialisation importante des terres agricoles, retrouver une production, sous serre, sur ces espaces délaissés mais à proximité immédiate des bassins de consommation, peut avoir du sens.

12 L’optimisation de l’usage de l’eau constitue un avantage important des serres en toiture. D’une part la captation et la réutilisation des eaux de pluie, et plus rarement des eaux grises, sont pratiquées, évitant ainsi la consommation d’eau potable à des fins agronomiques  [21]. D’autre part, les systèmes de culture, très souvent de type hydroponique, favorisent une économie importante en eau, tout en offrant de bons rendements  [22].

13 Énergie, eau, déchet, foncier ; les serres urbaines en toiture sont de nouveaux outils s’inscrivant dans le métabolisme urbain. Il semble encore trop tôt pour parler de rupture mais le monde agricole s’engage sur cette voie. Par exemple, dans les Côtes-d’Armor, la ville de Pluzunet a vu naître en 1998 une synergie entre une usine d’incinération et quatre producteurs horticoles. Ceux-ci achètent à bas coût de l’eau à 65 °C issue de l’usine pour chauffer leurs trois hectares de serres de production. En ce sens, les serres en toiture accompagnent une transition vers des villes plus durables ou les déchets deviennent ressources. Cependant, des interrogations subsistent sur leur avenir et leur durabilité, liées aux réglementations, aux techniques et aux modèles économiques.

Freins techniques, réglementaires et économiques à lever

14 S’agissant d’un projet en toiture urbaine, l’impact des immeubles voisins sur l’ombrage de la serre, comme les vents dominants, sont à analyser afin d’optimiser la lumière naturelle et la capacité de refroidissement de la serre. En effet, les centres-villes voient leurs températures extérieures augmenter fortement en période estivale. Les fortes températures et les hygrométries faibles sont généralement préjudiciables au bon développement des plantes : stress hydrique, régulation stomatique, limitation de l’absorption racinaire, carence en calcium, montaison ou absence de nouaison. Cependant, dans le cas d’une serre urbaine ouverte au public, ce n’est plus la croissance des plantes seule qui est au centre de l’ambiance climatique, mais aussi le confort des usagers dans une architecture mixte. Pour réaliser une production toute l’année, même en hiver, sans vide sanitaire, des solutions d’évitement et de piégeage viennent compléter une lutte biologique intensive combinée à des plantes-relais abritant les parasitoïdes. Ces démarches de protection s’accompagnent bien sûr d’un choix de variétés adaptées au contexte urbain, sous serre et sur toiture  [23].

15 Outre ces complexités techniques, les acteurs et les méthodologies de montage de projet sont inhabituels. Dans le cadre d’une construction « traditionnelle » chaque acteur apporte une réponse sur une thématique réglementaire. Par exemple, l’architecte est le pivot, il coordonne, rassemble, dessine et synthétise les propositions techniques des uns et des autres ; l’économiste est chargé d’évaluer financièrement le montant de l’opération, le bureau de contrôle vérifie le respect des règles de construction. Dans le cadre d’un projet de serre en toiture, comment se passer de l’agriculteur urbain, et pourtant sa place reste encore à définir dans ce processus.

16 Concernant la réglementation, les serres constituent une nouveauté aux yeux des urbanistes. Pour les favoriser, la ville de Paris a intégré en 2016 un article dans son plan local d’urbanisme [24] qui autorise la construction de serres en toiture, si celles-ci s’insèrent harmonieusement dans le bâti environnant et concernent l’agriculture urbaine professionnelle. Les normes et les réglementations de construction du bâtiment s’appliquent à la serre [25], ce qui constitue une rupture et un handicap au regard des serres rurales. La réglementation incendie, par exemple, impose des issues de secours d’évacuation des personnes et des matériaux résistants au feu. Si la serre reçoit du public, les règles d’accessibilité des handicapés s’imposent. Concernant l’éclairage, même s’il subsiste un vide réglementaire, les plaintes du voisinage sont à anticiper.

17 La construction de serres de production en hauteur entraîne des contraintes de chantier et des temps de travaux beaucoup plus importants. Les coûts, de trois à six fois supérieurs à ceux d’une serre au sol  [26], interrogent la viabilité de ce modèle économique, constamment à la recherche de projets équilibrés en guise d’exemple.

Illustration n° 2 – Sur les toits de Montréal, l’une des premières serres de production a été inaugurée en 2011. Plus que la serre, c’est avant tout l’outil logistique situé au rez-de-chaussée qui offre une viabilité économique à cette entreprise 2015. Les fermes Lufa. Montréal. Québec.

Illustration n° 2 – Sur les toits de Montréal, l’une des premières serres de production a été inaugurée en 2011. Plus que la serre, c’est avant tout l’outil logistique situé au rez-de-chaussée qui offre une viabilité économique à cette entreprise 2015. Les fermes Lufa. Montréal. Québec.

18 Les Fermes Lufa  [27] est l’un de ces projets. L’entreprise développe des serres en toiture dans la banlieue proche de Montréal. À l’intérieur s’effectue une production hydroponique intensive de tomates, poivrons ou salades. Le rez-de-chaussée est consacré à la logistique de distribution de paniers à destination des consommateurs urbains. Entre 25 et 40 % des produits issus de la serre composent ces paniers. Les autres produits proviennent de 200 producteurs, localisés dans la région de Québec, qui respectent un cahier des charges strict, notamment en matière environnementale. En 2016, cette société a construit trois serres en toiture représentant 1 hectare de production. Les importants investissements, environ 2,2 millions d’euros pour la première serre (soit près de 800 €m²) imposent une stratégie de mise en marché des produits rémunératrice, répondant aux attentes des clientèles aisées tout en limitant les charges. Plus de 10 000 paniers, sont ainsi livrés dans un point relais suite à une commande rapide sur internet. La vente directe en circuit court permet de conserver la marge financière. Cette stratégie nécessite un partenariat avec des producteurs périurbains pour fournir des paniers complets comprenant les légumes classiques de plein champ, mais aussi d’autres produits comme des fromages, de la viande, des boissons ou même des cosmétiques. La qualité constitue l’un des points clés de réussite de cette opération qui devient un formidable outil de communication et de marketing auprès des citadins.

Illustration n° 3 – Aujourd’hui en faillite, ce projet de serres de 1 400 m² sur la toiture de cette ancienne usine abritait tomates et salades cultivées en aquaponie, les poissons étaient élevés à l’étage inférieur. Projet UF002 De Schilde par la société Urban Farmers. 2016. La Haye. Pays-Bas.

Illustration n° 3 – Aujourd’hui en faillite, ce projet de serres de 1 400 m² sur la toiture de cette ancienne usine abritait tomates et salades cultivées en aquaponie, les poissons étaient élevés à l’étage inférieur. Projet UF002 De Schilde par la société Urban Farmers. 2016. La Haye. Pays-Bas.

19 Mais d’autres projets ne fonctionnent pas aussi bien. Depuis juillet 2018, l’une des plus imposantes serres en toiture d’Europe a mis la clé sous la porte. Créée en 2016 par la société Urban Farmers à la Haye au Pays-Bas, cette serre de près de 1 400 m² ciblait une clientèle de niche, les restaurants et les hôtels. Aujourd’hui plusieurs facteurs semblent expliquer l’arrêt du projet. Une gamme de produits peu innovante : tomates, concombres et aubergines pour la serre chaude et herbes aromatiques et salades en serre froide. Malgré l’association de l’aquaponie permettant la vente de poisson, les prix restaient peu compétitifs (supérieurs à 10 €kg pour les tomates), dans le Westland, première région européenne productrice de légumes hors-sol. Le modèle économique proposé était mal adapté pour une population à revenus modestes.

20 Pour que ces outils se développent et offrent une rupture viable vers une agriculture urbaine pérenne, l’économie du projet doit être solide. Or ces projets restent pionniers et la plupart des modèles économiques ne sont pas encore stabilisés.

Les serres en toiture constituent-elles réellement une rupture ou plutôt une transition vers des villes plus productives et résilientes ?

21 À la lumière du faible nombre de projets, il reste encore du chemin à parcourir pour valider l’ensemble des techniques mises en œuvre en culture sur toiture et valider des stratégies commerciales viables. Les projets actuels inaugurent-ils cependant une nouvelle ère productive pour les toitures du XXI^e siècle ? Sans incarner véritablement une rupture, ces serres urbaines jouent la carte de la transition et offrent une saisissante et passionnante synergie entre deux mondes antagonistes, celui de la construction et celui de l’agriculture. Au-delà des aspects techniques et économiques, ces serres pourraient devenir des vitrines pédagogiques pour la culture des végétaux. À l’heure où les consommateurs sont de plus en plus sensibles à la qualité et à l’origine des fruits et légumes frais  [28], la visite des serres et la tenue d’ateliers pédagogiques constituent des outils de sensibilisation des plus jeunes à l’éducation alimentaire et aux effets de la nutrition sur la santé. L’avenir des serres en toiture passera aussi certainement par leur intégration dans des projets urbains globaux, durables et multifonctionnels.

22 Mais, les ruptures proposées par l’agriculture urbaine pourraient bien être encore plus technologiques, comme l’indoor farming ou les fermes verticales solaires illustrées par Sky Greens à Singapour, Vertical Harvest aux États-Unis ou la Cité Maraichère à Romainville (93). Si ces expériences se comptent encore sur les doigts de la main elles pourraient bien questionner notre perception collective de l’acte agricole.