A quoi ressemblera l’agriculture dans 10 ans ?

L’agriculture de précision

Ce concept devient de plus en plus populaire avec l’engouement croissant pour le Big Data et les drones. On parle d’une vision de l’agriculture basée sur la collecte d’énormément de données afin de rationaliser et d’optimiser le travail de l’agriculteur.

Agriculteur connectéCette connexion des exploitations passent par 3 axes :

  • Les drones ou les satellites fournissent des mesures aériennes régulières qui permettent de suivre l’état des champs. On peut aussi réaliser des mesures au sol (prélèvement de sol par ex)
  • Les machines agricoles sont équipées de capteurs qui mesurent précisément le nombre de graine semées, le volume d’engrais épandu …
  • Les récoltes sont précisément mesurées et analysées afin de vérifier leur qualité et de valider l’efficacité des actions menées en amont.

L’apport des mesures aériennes

Contrairement à ce qu’on peut penser, l’imagerie aérienne fournie bien plus qu’une simple photo des champs (source)

  • Drone survolant un champs - AG Eagle

    Drone survolant un champs – AG Eagle

    On est capable de déterminer à l’aide d’une caméra multi-spectrale (lumière visible et infrarouge) si une plante est malade ou pas depuis le ciel en fonction de la couleur des feuilles. Si elle varie dans le temps, alors c’est un signe de mauvaise santé. Cela permet de détecter plus tôt la présence de maladie ou de parasite et donc d’utiliser moins de produits pour traiter puisque la zone contaminée est encore restreinte.

  • Avec une caméra thermique on peut détecter les différences de chaleur, prévenir le stress hydrique sur les plantes  et ajuster l’irrigation plus finement.
  • On peut aussi déterminer le niveau de chlorophylle visible sur la canopée (le haut) des plantes et en déduire les besoins ou non en azote (engrais).
  • Avec un Lidar (télémètre laser) on est même capable de reconstituer un modèle en 3D du champ et déterminer exactement le nombre de plants, leur taille…

Exploiter les données

Solution Prescription Scripts - Monsanto

Solution Prescription Scripts – Monsanto

Une fois notre ferme bardée de capteur, reste à exploiter la masse des données. Le plus efficace reste la plupart du temps de faire appel à un logiciel spécialisé.

Des éditeurs de logiciels fournissent des plateformes capables d’analyser les mesures aériennes pour établir des recommandations sous forme de cartes (prescription maps). Elles informent l’agriculteur sur les actions à prendre sur telle ou telle zone de la parcelle. Certains engins agricoles peuvent directement lire ces cartes et vont ensuite appliquer la quantité exacte de produit recommandé aux coordonnées GPS spécifiées.

Sur ce créneau on retrouve des géants du secteur comme Monsanto (qui a racheté la start-up Climate Corporation pour $1 milliard en Octobre 2013), DuPont ou John Deere (engins agricoles) mais aussi de plus petites entreprises comme SST Software ou FarmRite Equipment.

Les opérateurs de drone sont également capables de fournir des solutions clefs en main : AgriBotix, PrecisionHawk, Honeycomb ou AgEagle par exemple.

Identifier les pratiques les plus efficaces

Les logiciels de recommandation sont diablement efficaces. En 2 ans, les agriculteurs clients de la solution FieldScripts de Monsanto ont constaté une amélioration des rendements de 5% (source).

De plus il existe désormais des systèmes experts d’agronomie (agronomy management systems) pour intégrer tous les flux d’informations. On peut citer des entreprises comme AgWorks ou MyAgCentral.

D’ici quelques années les fournisseurs de logiciel devraient disposer d’une énorme base de donnée de plusieurs dizaine de milliers de récolte dont tous les paramètres auront été mesurés de A à Z du labourage jusqu’à la récolte.

Une fois passée à la moulinette du Big Data et du Deep Learning, les experts devraient mieux comprendre les paramètres qui déterminent le rendement ou la qualité nutritionnelle des plantes. Les meilleurs pratiques pourront alors être diffusées largement.

L’automatisation

Depuis la première révolution industrielle au 18ème siècle la part des travailleurs agricoles dans l’emploi total n’a cessé de diminuer. Un céréalier peut désormais gérer seul une exploitation de plusieurs dizaines d’hectares.

Robot de traite - Lely

Robot de traite – Lely

Le phénomène de mécanisation et d’automatisation dans l’agriculture est ancien simplement car nombreuses sont les tâches répétitives et fastidieuses à effectuer. Mais à quelques exceptions notables (la traite des vaches par exemple) les ingénieurs n’ont jamais vraiment réussi à proposer plus efficace que l’emploi de nombreux saisonniers que ce soit dans le maraichage, l’arboriculture ou encore la viticulture.

Dans les années 80, l’Etat français par le biais du Cemagref finançait des études pour mettre au point des robots dédiés à la récolte des fruits (robot Magali). Mais les prototypes n’ont jamais atteint un niveau d’efficacité suffisant pour être commercialisés.

Cependant la donne a changé grâce aux progrès récents de la robotique. Les techniques de Deep Learning ont bouleversé les systèmes de vision par ordinateur qui sont maintenant capables de percevoir l’environnement avec précision. A l’aide d’une caméra, un robot sait reconnaitre les fraises sur un plant et selon sa couleur, déterminer si elle est mure ou pas.

Sur le volet mécanique, on conçoit aujourd’hui des dispositifs de préhensions beaucoup plus souples. Ce robot sait ainsi s’adapter selon qu’on lui demande de saisir un œuf ou une brique.

Voici donc un rapide aperçu de la nouvelle génération de robots agricoles.

La voiture autonome appliquée aux engins agricoles

Avec un tracteur ou une moissonneuse batteuse l’agriculteur peut abattre seul le travail de dizaines d’ouvriers à pied. Prochaine étape ? Retirer le conducteur et laisser la machine se conduire toute seule.

Cela fait déjà des années que les constructeurs comme John Deere vendent des tracteurs qui se conduisent presque tous seuls dans les champs mais qui nécessite toujours un conducteur pour certaines manœuvres délicates.

Des entreprises comme Reimer Robotics ou Kinze Manufacturing veulent désormais déployer des technologies de convoi : un seul conducteur pour 2 engins. Par exemple l’agriculteur au volant de la moissonneuse batteuse et la remorque qui reste toujours à ses côtés. Lorsqu’elle est pleine, elle rejoint le lieu de stockage dédié sans assistance (voir cette vidéo)

Le tracteur reste au niveau la seconde machine de manière autonome - Reimer Robotics

Le tracteur reste au niveau de la seconde machine de manière autonome – Reimer Robotics

Logiquement, on supprimera ensuite le pilote dans le second véhicule. Ca ne pose pas de problème technique majeur : la technologie de la voiture autonome est relativement au point lorsqu’elle est utilisée sur des lieux connus et cartographiés. Dans un champ, pas de véhicule qui double ou de piéton qui s’engagent sans prévenir.

D’autres industries qui fonctionnent dans un milieu fermé comme les mines exploitent déjà des véhicules autonomes.

Entretenir

Wall-YE PruningNom : Pruning Robot MYCE_1197

Constructeur : Wall-Ye (FR)

Utilité : entretien de la vigne (taille, surveillance de la santé des sols et des pieds). Récolte en cours de de développement.

Prix : $32,000

Concurrents : Vineyard Pruner (Intelligent Robotic), Grapevine Pruner (Vision Robotic)

 

Oz Naio Technologies

Nom : Oz

Constructeur : Naïo Technologies (FR)

Utilité : désherbage

Prix : €25,000

Concurrents : BoniRob Field Robot (Amazone Bosch), EMP-300 grafting robots (Conic Systems), Vitorover (Vinerobot)

 

Precision Lettuce ThinningNom : Precision Lettuce Thinning

Constructeur : Blue River Technology (US)

Utilité : désherbage et optimisation des rendements. Le robot passe au-dessus des rangées de salades avec une caméra et tue les mauvaises herbes en répendant une mini-dose d’herbicide dessus. L’espacement entre 2 salades est aussi optimisé pour améliorer le rendement (il vaut mieux avoir 2 plants que 3 très rapprochés car ils grandiront mal).

Prix : facturation en fonction de la surface, serait légèrement supérieur au coût horaire classique de la main d’œuvre.

Concurrents : 6-line Lettuce Thinner (Vision Robotics), Poulsen Weeder (F Poulsen Engineering ApS), ecoRobotix

Récolter

Citrus Harvesting SystemNom : Citrus Harvesting System

Constructeur : Energid (US)

Utilité : récolte des agrumes

Prix : $300,000 – $400,000 (disponible fin 2016)

Concurrents : Fresh Fruit Robotics (Isr), Vision Robotics (US)

 

Agrobot robot fraiseNom : Agrobot SW6010

Constructeur : Agrobot (Spa)

Utilité : récolte des fraises

Prix : $250,000

Du robot spécialisé au généraliste

Les robots sont fonctionnels mais ils demeurent chers et assez spécialisés (souvent un seul type de culture). Cependant, les fabricants devraient être en mesure de capitaliser sur l’expérience acquise pour créer bientôt des robots généraux capables de s’adapter à un grand nombre de tâches et de culture.

Ils communiquent d’ailleurs sur de nombreux prototypes en cours de développement.

Si on regarde ce qui se passe dans les usines, la robotique collaborative portée par des entreprises comme Rethink Robotics rencontre un grand succès. Son robot Baxter est capable d’être entrainé très facilement par un salarié lambda pour reproduire son travail.

Les 3 facteurs suivants seront déterminants pour observer une véritable robotisation de l’agriculture :

  • Amélioration des technologies avec des robots généralistes
  • Baisse du coût unitaire avec la production en série
  • Capacité des robots à travailler en flotte ainsi qu’au contact des ouvriers agricoles.

Vers des fermes entièrement robotisées ?

A ce stade on a donc identifié 2 tendances fortes :

  • Une importance de plus en plus grande des données et des mesures pour gérer l’exploitation, optimiser les rendements et limiter l’usage d’intrants chimiques
  • Une possibilité d’automatiser un certain nombre de tâches qui demande aujourd’hui de la main d’œuvre.

A quoi pourrait donc ressembler une exploitation qui exploite à fond ces deux philosophies ?

Aujourd’hui : des fermes verticales automatisées

Qu’est-ce qu’une ferme verticale ?

On est ici à mi-chemin entre l’agronomie et l’architecture. L’idée est d’empiler les unes sur les autres des « planches » de culture hors-sol disposant d’un éclairage dédié.

Au lieu de la terre, les plantes grandissent dans un substrat inerte dans lequel on injecte une solution nutritive (hydroponie). On peut même se passer complètement de la terre de substitution en faisant baigner les plantes directement dans la solution nutritive vaporisée (aéroponie).

Culture verticale de salade - Spread

Culture verticale de salade – Spread

Pour ses partisans, l’agriculture verticale présente de nombreux avantages :

  • Libérée de la contrainte de la terre, il est possible de concentrer un maximum de production dans un minimum d’espace.
  • On est potentiellement proche des lieux de consommation (villes) ce qui limite les pertes liées au transport.
  • L’exploitant a une maitrise totale sur les intrants de la plante. Il est possible de recycler une grande partie de l’eau apportée.
  • Grâce à la maitrise totale de la température et de l’ensoleillement, on est plus dépendant des saisons et on peut multiplier les récoltes dans l’année.
  • L’environnement est fermé aussi les parasites ne peuvent en théorie pas s’introduire. Il est donc inutile de traiter les plantes contre les maladies.

Après 10 ans d’activité, David Rosenberg le directeur d’Aerofarm déclare pouvoir faire pousser en 16 jours ce qui en prend 30 dans les champs, en utilisant 95% d’eau en moins, 50% d’engrais en moins et aucun pesticides, herbicides ou fongicides (source)

Ces nouvelles usines à légumes, proches de lieux de consommation essaiment à travers les Etats-Unis : Vertical Harvest (Wyoming), Green Spirit Farms (Michigan), Alegria Fresh (Californie), Aerofarm (New Jersey) ou Green Sense Farms (Indiana), FarmedHere (Illinois).

Rentabilité économique

Le concept de culture vertical n’est pas du tout nouveau mais jusqu’à aujourd’hui il n’était pas économiquement rentable : les coûts d’investissements sont très élevés et la consommation d’énergie est importante.

Cependant grâce aux progrès des LED (la lumière artificielle représente la majorité des investissements et des coûts), l’automatisation qui permet de réduire la main d’œuvre et un recours facilité aux données pour optimiser les rendements le modèle devient intéressant.

Spread, une entreprise japonaise entend ouvrir courant 2017 une ferme verticale de 4,400 m2 dans la préfecture de Kyoto. Mis à part la mise en terre des graines, tout sera intégralement automatisé : le rempotage des jeunes pousses vers de plus gros pots à mesure qu’elles pousseront, l’arrosage et la récolte. (source)

Spread fournit déjà 2000 supermarchés japonais en salade. Une installation de taille comparable peut produire 21,000 salades par jour aujourd’hui. L’objectif est de monter à 50,000 puis 500,000 par jour tout en divisant le cout de la main d’œuvre par 2.

Une opportunité intéressante pour le maraichage seulement

Ces entreprises se concentrent toutes exclusivement sur la culture d’herbes aromatique et de salade car ce sont des cultures qui se vendent avec une marge importante, poussent rapidement, et n’ont pas besoin de beaucoup d’espace pour grandir.

Concrètement on voit mal comment faire pousser des céréales ou des fruits dans de telles conditions. Or d’après le ministère de l’agriculture des Etats-Unis, la production nationale totale de légumes était valorisée à $13 milliards.

A titre de comparaison, la récolte annuelle de mais représentait $53 milliard, celle de soja $39,5 milliards et d’amandes $6 milliards.

Autrement dit, l’agriculture verticale est séduisante mais ne constituera jamais une révolution car elle ne peut concerner qu’une minorité de cultures. En revanche, elle fournit un bon aperçu de ce que pourrait devenir l’agriculture au sens large. De part son environnement fermé, elle rend plus facile l’implantation de solution d’automatisation à grande échelle et est donc relativement en pointe dans ce domaine.

Demain : Une exploitation qui tourne quasiment toute seule

Si on prend un peu de recul et que l’on agrège l’apport des différentes technologies évoquées on peut tenter d’imaginer le quotidien d’une ferme dans 10 ans.

Tous les matins, un drone décolle automatiquement et survole l’exploitation pour réaliser des relevés aériens de l’état des sols et des cultures. Ces données sont transmises à un système de gestion central. Ce système est également relié à des services qui fournissent en temps réels des données satellites et météorologiques.

Selon les mesures, l’ordinateur central décide en temps réel de l’irrigation, des fertilisants et des éventuels traitements à apporter aux cultures. Les machines agricoles sont envoyées en pilote automatique dans les champs et sont dirigées grâce à leur GPS sur les zones nécessitant une action.

L’agriculteur dispose à travers les logiciels d’une large base de données de référence pour prendre ses décisions et choisir les meilleures dates et les cultures les plus adaptées à chaque sol.

Dans ses serres, une flotte de robot autonome s’occupe de la manutention, de l’entretien de la récolte.

Il n’y a quasiment plus personne dans les champs et l’agriculteur vaque à ses occupations :

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