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Agriculture numérique : champs et agriculteurs connectés

Publié le 11/02/2015

© rzoze19 - Fotolia.com

Connectée : c’est le mot d’ordre de l’agriculture de demain ! Les équipes d’Irstea suivent de près la tendance et développent des systèmes à même de suivre au plus près et en temps réel ce qu’il se passe dans les champs. Objectif : acquérir des données contribuant à améliorer les pratiques agricoles du point de vue productif et environnemental. « Dans le futur monde agricole, tout sera connecté : les champs, les machines, les bâtiments. Ceux-ci transmettront des données et des nouveaux services seront à inventer », analyse Jean-Pierre Chanet, chercheur au centre Irstea de Clermont-Ferrand et président de l’association francophone d’informatique en agriculture (AFIA).

Un réseau wifi pour anticiper les risques agricoles

Sur une exploitation agricole les risques qui pèsent sur les cultures sont multiples : stress hydrique des plantes, apparition d’un ravageur, risque de verse … Pour agir la détection au plus tôt de ce phénomène est essentielle.

Actuellement, les agriculteurs peuvent s’appuyer sur des stations météorologiques ou des capteurs embarqués sur leurs machines, pour suivre, par exemple, l’indice de végétation, le rendement, l’état hydrique des cultures et du sol, cependant ces données ne peuvent être recueillies qu’à des intervalles de temps espacés. Et, si, les satellites peuvent aussi fournir ces informations, c’est avec une faible résolution spatiale.

Les réseaux de capteurs autonomes sans fil (RCSF) une technologie prometteuse est en train de faire sa place pour compléter ces solutions existantes et pallier leurs manques : Implantés au cœur des parcelles, ceux-ci peuvent assurer en continu le suivi de différents paramètres. « C’est une nouvelle génération de systèmes embarqués associée aux technologies de communication sans fil. Grâce à ces dispositifs, on peut acquérir, stocker, traiter et transmettre des données », explique Gil de Sousa, chercheur au centre Irstea de Clermont-Ferrand.

Le projet CROCUS travaille à la mise au point de capteurs permettant de mesurer l’état du couvert végétal. « Celui-ci peut être caractérisé grâce à 2 paramètres. Le premier est la réflectance, qui est la proportion de lumière réfléchie par un matériau, en l’occurrence la végétation. Celle-ci donne des indications sur la fraction de couverture, la sénescence (vieillissement) de la végétation, l’état de la nutrition azotée. Le second paramètre étudié est la transmittance, qui est la quantité de lumière traversant la végétation : celle-ci est un indicateur précieux de la structure du couvert », décrit le chercheur.

À quoi ressemble ce nouveau type de capteur ? C’est un ordinateur à taille très réduite. Il est composé :

  • d’un microcontrôleur (circuit intégré miniature ou sonde, comme un pluviomètre ou thermomètre)
  • d’une interface de connexion (port USB)
  • d’un module de communication sans fil, Bluetooth ou wifi par exemple.

Certains dispositifs, déjà proposés à la vente, comprennent jusqu’à une soixantaine de capteurs ! Ceux-ci mesurent le taux de CO2, l’humidité du sol, la température, la radiation, la luminosité et assurent même la détection de véhicules.

Mais surtout, un capteur ne fonctionne jamais seul : il communique en permanence avec un ensemble d’autres capteurs identiques et dispersés au cœur d’une ou plusieurs parcelles. Pour comprendre, direction la Champagne-Ardenne, où est mis en œuvre le projet . Là, des expériences de suivi de l’irrigation de la vigne ou du développement des cultures sont par exemple menées. Sur les parcelles, des capteurs autonomes sans fil sont disposés à des emplacements stratégiques et à des distances suffisamment rapprochées pour rendre compte le plus justement de la réalité des conditions rencontrées sur le terrain. Tout se passe comme si ces capteurs dialoguaient entre eux.

 

Chacun des capteurs envoie les données acquises à une station centrale de collecte. C’est le cerveau des RCSF : c’est elle qui intègre toutes les données récoltées sur les parcelles et les rend utilisables. « C’est un système d’information complet, qui va du champ jusqu’à l’agriculteur. L’objectif final est en effet de pouvoir se servir de ces données pour assister les agriculteurs face aux risques éventuels rencontrés sur leurs parcelles », explique le chercheur. Une fois digérées par la plateforme d’intégration, les données sont en effet transmises, via internet, aux utilisateurs. Elles permettent d’alimenter des applications concrètes sur la prévision du risque de développement de ravageurs, l’actualisation du risque de verse, la prévision du rendement… Associées à des outils d’aide à la décision, elles sont ainsi à même de fournir des conseils précieux aux agriculteurs et aux techniciens. « Les valorisations potentielles du projet sont importantes », conclue le chercheur. « Le système de monitoring proposé, basé sur des capteurs sans fils, a un potentiel de développement significatif de par les informations collectées (état hydrique et température du sol, état de la végétation, conditions climatiques, etc.) et les conditions d’application, notamment sur les grandes cultures ».

Drones et robots pour une agriculture de précision

Aux côtés des réseaux de capteurs sans fil, d’autres technologies prometteuses sont étudiées. Le crédo de certaines d’entre elles : prendre de la hauteur ! C’est l’apanage descapteurs d'aimages embarqués sur des drones, ces petits systèmes automatiques et robotisés capables de voler. Le projet Rhea, débuté en 2010 au centre Irstea de Montpellier, se concentre sur le développement de leur utilisation dans le cadre du traitement chimique et physique des adventices,  entendez des plantes indésirables. Ces petits engins permettent en effet de survoler les parcelles à basse altitude et d’en réaliser des images afin, notamment, de déterminer les zones à traiter. A leur côtés, d’autres robots, terrestres cette fois-ci, sont envoyés sur les parcelles afin d’assurer le traitement des zones spécifiées.

 

> Fiche technique / Drones : le terrain vu du ciel

 

« Les drones et leurs semblables terrestres permettent une agriculture de précision. Aujourd’hui, lorsqu’un herbicide est appliqué dans une parcelle, 80 % du produit ne sert à rien car il est appliqué dans des zones qui n’en ont pas besoin. C’est très nocif pour l’environnement, et ça revient très cher ! En pratiquant un désherbage de précision, on peut au contraire appliquer l’herbicide seulement là où il y en a besoin », explique Gilles Rabatel, chercheur au centre Irstea de Montpellier.

En Europe, une large variété de productions agricoles pourrait être concernée, telles que les cultures en rangs larges (tomates de plein champ, maïs, fraises, tournesol, coton), celles en rangs étroits (blé et orge d’hiver) ou les cultures arboricoles (noix, amandes, olives). Même les forêts ouvertes pourraient bénéficier de ces technologies. « L’objectif du projet est de réduire l’usage des intrants chimiques agricoles d’environ 75%. Au travers de cela, la qualité des produits sera améliorée, tout comme la santé et la sécurité des hommes travaillant sur les parcelles. Rhea tend vers une gestion plus durable des cultures », explique Gilles Rabatel.

« Nous sommes encore limités aujourd’hui par le fait que la détection des mauvaises herbes via des images est encore difficile. Il existe une grande variété de ces adventices, et celles-ci sont en plus parfois difficiles à différencier visuellement des plantes cultivées. Actuellement, on sait discriminer les rangs de culture du terrain qui sépare les rangs : ce qui est présent entre eux est désherbé  », explique le chercheur. Des avancées sont attendues via des capteurs d’image plus élaborés pour obtenir une meilleure connaissance des signatures spectrales de chaque plante : c’est le rayonnement réfléchi par une surface, en fonction de la longueur d’onde reçue. Chaque type de plante ou d’arbre possède une signature spectrale unique, dépendant de ses caractéristiques intrinsèques. Des travaux sont d’ailleurs également menés pour détecter les maladies du verger grâce à cette même signature spectrale, modifiée en cas de pathologies. Affaire à suivre…!