Avec une fourche et un drone

? la station de recherche en sciences végétales de Lindau, Helge Aasen pilote un grand drone noir à six rotors. Le postdoctorant l'utilise pour "phénotyper", c'est-à-dire pour quantifier les propriétés de quelque 350 variétés de blé sur le champ d'essai devant lui. Et ce, à une vitesse et avec une précision qui auraient été impensables il y a encore peu de temps. Pour ce faire, le drone porte une structure de six kilogrammes équipée de toutes sortes de technologies : une caméra thermique mesure la température du blé pendant le vol. Cela permet de calculer l'évaporation de l'eau des plantes. Les deux caméras spectrales servent à calculer la teneur en chlorophylle et donc la productivité des plantes. La caméra RGB, quant à elle, crée un modèle 3D du paysage au centimètre près, ce qui permet de calculer la hauteur des tiges et la surface des feuilles. Cette dernière est déterminante pour la résistance naturelle d'une variété de blé aux ravageurs. Ce qu'Aasen présente ici, c'est un aper?u de l'avenir de l'agriculture. Le drone et les caméras high-tech pourraient un jour faire partie de l'équipement de base des agriculteurs et des agricultrices.

Quatrième révolution dans le secteur agricole

La station de recherche de Lindau est la résidence d'été du groupe "Crop Science", dont Aasen fait partie. Achim Walter, professeur de sciences des plantes cultivées à l'ETH, et son équipe font ici avancer la quatrième révolution agricole, qu'il a proclamée avec des collègues de l'ETH en 2017 dans un article d'opinion très remarqué paru dans la revue spécialisée PNAS. Selon les auteurs, l'agriculture du 21e siècle sera marquée par l'utilisation intelligente des données. La technologisation de la ferme n'est pas complètement nouvelle : depuis les années 1990, les fabricants de matériel ont équipé les machines agricoles de GPS et de capteurs infrarouges sous le slogan "Precision Farming" afin d'augmenter la productivité des exploitations. Mais les systèmes du futur, regroupés sous le terme de "Smart Farming", vont encore plus loin : basés sur un traitement intelligent des images, d'énormes quantités de données et un apprentissage efficace des machines, les machines agricoles prendront bient?t des décisions de manière autonome ; elles deviendront "intelligentes".

Les experts reconnaissent un grand potentiel au smart farming : selon la FAO, 20 à 40 pour cent des récoltes de céréales sont aujourd'hui perdues en raison de parasites et de maladies - malgré l'utilisation d'environ deux millions de tonnes de pesticides par an. L'utilisation intelligente des données et des technologies les plus récentes permettrait d'augmenter les rendements tout en réduisant considérablement l'empreinte écologique, espère-t-on. Les engrais, pesticides, herbicides et fongicides peuvent être utilisés de manière beaucoup plus précise, sur la base de données telles que celles recueillies par le drone de Lindau et ses capteurs. On ne pulvérise que là où c'est vraiment nécessaire. Achim Walter estime, sur la base des études actuellement disponibles, que le potentiel d'économie est supérieur à 90 pour cent.

En haut débit

Dans la communauté internationale du smart farming, la station de recherche de Lindau est désormais une référence. Walter y a initié une installation expérimentale unique au monde : l'installation de phénotypage au champ (FIP). La pièce ma?tresse est une tête de capteur avec un appareil de mesure laser, des caméras multispectrales, une caméra infrarouge et deux spectromètres. Elle glisse silencieusement sur des c?bles en kevlar suspendus entre quatre hauts m?ts, au-dessus d'un champ d'essai de 100 mètres sur 130, avec des centaines de variétés différentes de blé, de soja, de ma?s, de sarrasin et de graminées fourragères. Dans une salle de contr?le équipée de plusieurs écrans, les chercheurs dirigent la tête du capteur dans n'importe quelle position au-dessus du champ à l'aide de treuils électriques. Les capteurs produisent ainsi des images couleur haute résolution, des images thermiques et des images multispectrales qui donnent un aper?u des processus de croissance, de la photosynthèse et du comportement de maturation des différentes variétés. L'installation co?teuse est unique en son genre : les caractéristiques des plantes peuvent être observées en continu, sans intervention sur le terrain et pratiquement par tous les temps. Et contrairement à un drone et à ses rotors, la tête de capteur suspendue ne provoque pas non plus de turbulences de vent gênantes, qui font bouger les tiges et les feuilles et faussent ainsi les mesures. Cela rend la FIP particulièrement précieuse pour l'étalonnage des méthodes de mesure basées sur les drones.

Les nouveaux travailleurs agricoles

Une équipe internationale coordonnée par Roland Siegwart, professeur de systèmes autonomes à l'ETH, a montré dans le cadre du projet européen "Flourish", d'une durée de trois ans et demi, à quoi pourrait ressembler à l'avenir l'utilisation de drones dans l'agriculture. Pour les cultures de betteraves sucrières, importantes en Europe, son équipe a développé un tracteur automoteur qui est en contact avec un drone. Celui-ci repère depuis le ciel les mauvaises herbes dans le champ et envoie la position exacte au tracteur. Celui-ci écrase alors les mauvaises herbes à l'aide de poin?ons métalliques hydrauliques. Les agriculteurs seraient soulagés par un tel robot et un désherbage mécanique redeviendrait compétitif par rapport à un désherbage chimique, malgré un surco?t. "Flourish" a été achevé en 2018. Le système est maintenant développé par "Deepfield Robotics", une entreprise du groupe Bosch qui a participé au projet européen.

"Les drones sont un outil idéal pour collecter rapidement et à grande échelle des données sur l'état des plantes", explique Siegwart. Mais le traitement des données des capteurs pour en faire des applications agricoles utiles est très exigeant, ajoute-t-il. "Les systèmes biologiques sont variés et complexes, ce qui complique notre travail". Par exemple, il existe en Suisse une trentaine de variétés de blé aux caractéristiques différentes. A cela s'ajoutent des conditions de mesure difficiles, causées par les ombres projetées par les nuages ou les mouvements dus aux vents. Pour que les systèmes autonomes fonctionnent de manière fiable, il faut donc de grandes quantités de données, un apprentissage automatique sophistiqué et beaucoup de temps. Mais à plus long terme, Siegwart voit le potentiel des drones non seulement dans la collecte de données, mais aussi dans les travaux sur le terrain. ?quipés d'un réservoir et d'un dispositif de pulvérisation, les drones autonomes pourraient appliquer des fongicides et des pesticides avec une grande précision sur les plantes qui sont effectivement attaquées par des parasites. Pour faire avancer ce type de technologies et d'autres similaires, Siegwart et Walter prévoient de créer un laboratoire à Lindau, dans lequel des phytologues, des biologistes, des roboticiens et des informaticiens travailleront en étroite collaboration.

A qui appartiennent les données ?

Les grands potentiels du smart farming s'accompagnent aussi de risques. Pour Nina Buchmann, professeure à l'ETH en sciences des prairies et coauteur de l'article d'opinion de 2017, la question de savoir à qui appartiennent les données collectées et ce qu'elles deviennent est centrale. "Le risque de dépendance vis-à-vis de quelques acteurs mondiaux existe bel et bien. C'est pourquoi le plus grand nombre possible de pays, dont la Suisse, devraient faire des efforts pour y remédier." En outre, qui assume la responsabilité en cas d'accident avec un drone ou de pollution de l'environnement due à une mauvaise décision de systèmes autonomes - le paysan, le programmeur ou le fabricant de capteurs ? Et enfin, une question se pose inévitablement : sommes-nous bient?t face à une ferme entièrement automatisée sans agriculteur ? "Ce n'est certainement pas ma vision de l'agriculture intelligente", répond Walter par la négative. "Mais la digitalisation pourrait justement contribuer en Suisse à ce qu'une agriculture à petite échelle, diversifiée et axée sur la qualité reste compétitive au niveau international, même avec moins d'engrais et de pesticides".

Les réactions des agriculteurs sont mitigées. Dans le cadre du programme national de recherche 73 "?conomie durable", ils ont été interrogés sur les applications qui seraient judicieuses dans une perspective pratique et sur leur volonté d'accepter les robots et les drones comme nouveaux assistants dans les champs. "Certains nous ont assuré qu'ils abattraient immédiatement un drone au-dessus de leur champ", raconte Walter. "D'autres, en revanche, ont répondu : 'Cool, je vole de toute fa?on déjà avec des drones pendant mes loisirs. Pourquoi ne pas utiliser les images pour optimiser mon rendement?'"?