Les chercheurs du pôle d'excellence PhenoRob de l'université de Bonn étudient entre autres l'utilisation de drones dans l'agriculture. Crédit : Volker Lannert / Université de Bonn
L’IA et la robotique transforment l’agriculture, la rendant plus durable et plus efficace grâce à des interventions ciblées dans la gestion des cultures.
Des chercheurs de l’Université de Bonn révolutionnent l’agriculture en tirant parti de l’IA et des nouvelles technologies pour accroître l’efficacité et la durabilité. Dans un article récent, publié dans le Revue européenne d'agronomieles chercheurs ont souligné les questions de recherche clés qui doivent être abordées pour faire progresser la numérisation intelligente de l'agriculture.
Le défi de l’agriculture moderne
Une agriculture moderne et performante a permis à la Terre de nourrir plus de huit milliards de personnes. Cependant, ce succès s’accompagne d’un coût environnemental important. Les méthodes de culture actuelles mettent en danger la biodiversité, les engrais synthétiques contribuent aux émissions de gaz à effet de serre et les produits chimiques agricoles contaminent les plans d’eau et l’environnement au sens large.
Bon nombre de ces problèmes peuvent être atténués grâce à des méthodes agricoles plus précises. Par exemple, l’application d’herbicides uniquement là où les mauvaises herbes posent problème plutôt que sur des champs entiers peut réduire l’utilisation de produits chimiques. De même, traiter uniquement les cultures malades et appliquer des engrais là où cela est vraiment nécessaire peut optimiser l’utilisation des ressources. Cependant, de telles stratégies sont complexes et difficiles à mettre en œuvre à grande échelle en utilisant les méthodes traditionnelles.
Les informations provenant de divers capteurs aéroportés ou terrestres sont combinées pour aider l’agriculture à devenir beaucoup plus efficace et respectueuse de l’environnement à l’avenir. Crédit : Ansgar Dreier / Université de Bonn
Adopter les technologies intelligentes
« Une réponse pourrait être d’utiliser des technologies numériques intelligentes », explique Hugo Storm, membre du pôle d’excellence PhenoRob. L'Université de Bonn s'est associée au Forschungszentrum Jülich, à l'Institut Fraunhofer d'algorithmes et de calcul scientifique de Sankt Augustin, au Centre Leibniz de recherche sur le paysage agricole de Müncheberg et à l'Institut de recherche sur la betterave sucrière de Göttingen dans le cadre d'un projet à grande échelle visant à fabriquer une agriculture plus efficace et plus respectueuse de l’environnement grâce aux nouvelles technologies et à l’intelligence artificielle (IA).
L’équipe comprend des experts de diverses disciplines, notamment l’écologie, les sciences végétales, les sciences du sol, l’informatique, la robotique, la géodésie et l’économie agricole. Dans leur document, ils exposent les étapes qu’ils considèrent comme prioritaires à court terme. « Nous avons identifié quelques questions de recherche clés », explique Storm. L’un d’eux concerne la surveillance des terres agricoles pour détecter en temps réel toute carence en nutriments, croissance de mauvaises herbes ou infestations de ravageurs. Les images satellite fournissent une vue d’ensemble, tandis que les drones ou les robots permettent une surveillance plus détaillée. Ce dernier peut couvrir systématiquement un champ entier et même enregistrer l'état de plantes individuelles au cours du processus. « Une difficulté réside dans la liaison de toutes ces informations », explique Sabine Seidel, collègue de Storm, qui a coordonné la publication avec lui : « Par exemple, quand une basse résolution sera-t-elle suffisante ? Quand faut-il que les choses soient plus détaillées ? Comment les drones doivent-ils voler pour obtenir une efficacité maximale dans la surveillance de toutes les cultures, en particulier celles à risque ?
Les robots pourraient également contribuer à améliorer l’efficacité et la durabilité environnementale de l’agriculture. Crédit : Volker Lannert / Université de Bonn
Intégration et analyse des données
Les données obtenues donnent une image de la situation actuelle. Cependant, les agriculteurs souhaitent avant tout comparer les différentes stratégies potentielles et leurs impacts. Des questions telles que la quantité tolérable de mauvaises herbes, les quantités d’engrais nécessaires et les conséquences de la réduction de l’utilisation des pesticides nécessitent des réponses précises. « Pour répondre à des questions comme celles-ci, vous devez créer des copies numériques de vos terres agricoles, pour ainsi dire », explique Seidel. « Il y a plusieurs moyens de le faire. Les chercheurs doivent encore découvrir comment combiner les différentes approches pour obtenir des modèles plus précis. Des méthodes adaptées doivent également être développées pour formuler des recommandations d’action basées sur ces modèles. Techniques empruntées à apprentissage automatique et l’IA ont un rôle majeur à jouer dans ces deux domaines.
Implication et adoption des agriculteurs
Pour que ces avancées numériques soient pleinement intégrées à la production agricole, les agriculteurs doivent en comprendre et en accepter les avantages. « À l'avenir, nous devrons nous concentrer davantage sur la question des conditions sous-jacentes nécessaires pour garantir cette acceptation », déclare le professeur Heiner Kuhlmann, géodésiste et l'un des deux intervenants du pôle d'excellence aux côtés du chef de son groupe de robotique, le professeur Cyrill Stachniss. « Vous pourriez par exemple proposer des incitations financières ou fixer des limites légales à l’utilisation d’engrais. » L’efficacité de tels outils, seuls ou en combinaison, peut également être évaluée aujourd’hui à l’aide de modèles informatiques.
Dans leur article, les chercheurs de PhenoRob utilisent également des exemples pour démontrer de quoi les technologies actuelles sont déjà capables. Il est par exemple possible de créer un « jumeau numérique » des zones cultivées et d'alimenter un flux constant de données de toutes sortes à l'aide de capteurs, par exemple pour détecter la croissance des racines ou la libération de composés azotés gazeux du sol.
«À moyen terme, cela permettra d'adapter en temps réel les niveaux d'engrais azotés appliqués aux besoins des cultures en fonction de la richesse en nutriments d'un endroit particulier», ajoute Stachniss. Dans certains endroits, la révolution numérique dans l’agriculture est déjà plus proche qu’on pourrait le penser.
Le pôle d'excellence PhenoRob abrite des chercheurs de l'Université de Bonn, du Forschungszentrum Jülich, de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'analyse et d'information intelligents (IAIS) à Sankt Augustin, du Centre Leibniz pour la recherche sur le paysage agricole à Müncheberg et de l'Institut de recherche sur la betterave sucrière. à Göttingen. Le projet est financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG).
