totagp

L’enjeu français de l’agriculture de précision

Hétérogénéité parcellaire et gestion des intrants

L’ INRA, le Cemagref et l’ITCF veulent mettre l’accent sur des travaux

de re c h e rche complémentaires, autour de nouvelles technologies

donnant plus de précision aux interventions culturales. Dans le

souci d’optimiser les productions végétales, mais aussi de limiter leurs

impacts sur l’environnement, de nouveaux outils sont mis au point pour

p re n d re en compte l’hétérogénéité des parcelles. Les techniques perm e t t a n t

de moduler les opérations culturales en fonction de cette hétérogénéité doi-

vent être couplées à de nouveaux modèles agronomiques d’aide à la déci-

s i o n .

Un exemple d’innovation clé est l’installation, sur les moissonneuses bat-

teuses, de capteurs de rendement liés à un positionnement par satellite

(GPS). Ils permettent d’obtenir une cartographie du rendement de la par-

celle, utilisée avec d’autres informations pour mieux ajuster les travaux.

Agriculteurs, chercheurs et constructeurs sont donc concernés par la modu-

lation intraparc e l l a i re qui touche à la fois l’ensemble des cultures et l’en-

semble des travaux agricoles (travail du sol, semis, apports d’engrais, pro-

tection des cultures, irr i g a t i o n . . . ) .

Cette conférence-débat, qui fait un point des re c h e rches menées en France

sur l’agriculture de précision, est l’occasion de connaitre les bases de la

réflexion scientifique sur la question. Les textes rassemblés dans ce dossier

sont ceux écrits par les intervenants. Ce ne sont pas les re p roductions i n

e x t e n s ode leurs exposés mais un complément pour débattre avec ces spé-

cialistes sur les enjeux technologiques, agronomiques et enviro n n e m e n t a u x

de l’agriculture de précision.

L’équipe org a n i s a t r i c e

1L’enjeu français de l’agriculture de précision

Conférence-débat organisée par l’INRA, le Cemagref et l’ITCF

J e a n - M a rc Meynard ( I N R A )Les règles de modulation pour la fertilisation azotée (Plan de l’interv e n t i o n ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .p. 3

B e rn a rd Nicoullaud ( I N R A )Variabilité des sols et techniques de cartographie détaillée . . . . . . . . . . . . . . . .p. 4

Raphaël Rouveure ( C e m a g re f )Caractérisation des lits de semence ; application au contrôle automatique des outils agricoles. . . . . . . . . . . . . . . . . . .p. 6

Frédéric Bare t ( I N R A )Le potentiel de la télédétection pour l’agriculture de précision. . . . . . . . . .p. 8

B e rn a rd Bonicelli ( C e m a g re f )Techniques futures de protection des cultures ; perspectives pour l’agriculture de précision. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .p. 12

Gilles Thevenet ( I T C F )L’ a g r i c u l t u re de précision en France, état de la situation et questions posées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .p. 15


Les règles de modulation

pour la fertilisation azotée

Jean-Marc MeynardINRA - GrignonTél : 01 30 81 54 20e-mail : [email protected]

Plan de l’interv e n t i o n

1 • Les bases du raisonnement• Méthode du bilan prévisionnel• C a rte de potentialités• C a rte de profondeur de sol

2 • Les apports d’une mesure spatialisée de la réflectance du couvert végétal en fin d’hiver• Estimation des besoins en azote (thèse de Nouraya Akkal),p a rt i c u l i è rement utile s’il y a des hétérogénéités de densité dansla parc e l l e• Estimation du cœfficient d’utilisation de l’engrais azoté

3 • Perspectives de re c h e rc h e• Analyse des cartes de rendement pour élaborer des référe n c e s• Spatialisation des reliquats d’azote minéral du sol

Résumé de la thèse de N. A k k a lObjectif : définir les bases scientifiques d’une pro c é d u re opéra-

tionnelle qui permette d’estimer précocément les besoins en azote

du blé sur une base journ a l i è re depuis la sortie de l’hiver jusqu’à

la floraison et pour une large gamme de variétés. Les re c h e rc h e s

visent à re n d re possible la modulation des apports d’azote, dans

une perspective de réduction des impacts négatifs de l’agricultu-

re sur l’environnement (eaux souterraines, etc.).

Pour répondre à cet objectif, on a créé un modèle prédictif de

l’évolution de l’indice foliaire sur la base d’une estimation pré-

coce d’une valeur initiale. Les paramètres entrant dans le modèle

sont eux-mêmes déterminés en fonction du stade d’observ a t i o n

de cette valeur initiale et de la variété. La qualité de robustesse des

relations trouvées a fait l’objet d’une attention part i c u l i è re : un jeu

de données très complet a permis de cro i s e r, sur deux ans, tro i s

variétés (Soissons, Thésée, Pernel), trois densités et deux dates de

s e m i s .

Le modèle d’indice foliaire a été à son tour combiné avec une

modélisation classique de la dynamique de croissance de la bio-

masse potentielle (formalisme de Monteith) et des besoins en

azote (travaux de Lemaire et Salette). La sensibilité du modèle

d’estimation des besoins en azote à diff é rentes dates d’observ a t i o n

du LAI sortie hiver (LAIS H), a été réalisée dans le but de tester le

c a r a c t è re opérationnel de la méthode.

L’indice foliaire repose notamment sur la mesure d’un indicateur

de l’état de la culture, duquel on tire une estimation initiale. Nous

p roposons, après les avoir testés, les deux indicateurs suivants :

• Le taux de couvert u re (TC %) que les agriculteurs utilisent

spontanément lorsqu’ils font leur “tour de plaine”;

• La réflectance radiométrique dans les bandes du rouge et du

p roche infrarouge, ou encore une combinaison de ces bandes

sous la forme d’un indice de végétation (TSAVI), que l’on peut

aisément mesurer en continu grâce aux techniques de l’agricultu-

re de précision (capteurs embarqués, positionnement GPS).

M a l h e u reusement la relation entre indicateurs et indice foliaire

n’est pas unique : elle dépend des facteurs agronomiques (varié-

té, densité).

Le passage des indicateurs à l’indice foliaire a été réalisé grâce à la

mise en œuvre d’un modèle de stru c t u re du blé en 3D, déve-

loppé parallèlement à notre travail. Ce modèle rend compte de la

c roissance de la plante au cours du tallage et, part i c u l i è re m e n t ,

des degrés de liberté de la stru c t u re, du port foliaire et des pro-

priétés optiques. Il permet de simuler un peuplement, même

h é t é rogène, et calcule la réflectance dans des conditions données

d ’ é c l a i rement.

Grâce à cet outil, nous avons construit des abaques “indice

f o l i a i re-TC %” et “indice foliaire - T S AV I ” pour les trois variétés

sélectionnées. Une étude de sensibilité du modèle 3D a permis de

h i é r a rchiser les paramètres et de proposer à l’utilisateur une

caractérisation de la stru c t u re du blé par des grandeurs non-

ambiguës, dans le souci d’étendre la démarche à d’autres variétés

et dans d’autres conditions agro n o m i q u e s .


Mots-clés : Blé d’hiver, dynamique des besoins en azote, gestion

des intrants, modèle de croissance, techniques culturales, variété,

densité, agriculture de précision, structure du couvert, indice

foliaire, biomasse, indicateurs, taux de couverture du sol,

radiométrie, réflectance, photogrammétrie, stéréovision.

Variabilité des sols

et techniques de cartographie détaillée

B. Nicoullaud, D. King, A. Dorigny

I N R A - O r l é a n s

Science du Sol - SESCPF

Tél : 02 38 41 78 45

e-mail : [email protected]

Les techniques dites “d’Agriculture de Précision” perm e t t e n t

d é s o rmais de moduler les opérations culturales au sein même des

p a rcelles agricoles. Le sol constitue l’un des facteurs de pro d u c-

tion et la connaissance de la variabilité spatiale de ses pro p r i é t é s

est indispensable comme support d’aide à la décision pour le

pilotage des travaux. Nous examinerons les méthodes actuelle-

ment opérationnelles pour la cartographie détaillée des caracté-

ristiques permanentes des sols mais aussi celles de la re c h e rc h e

pour la cartographie du suivi des états du sol au cours du temps.

Nous soulignerons enfin la nécessité de disposer de bases de don-

nées complémentaires et de techniques de modélisation des cul-

t u re s .

Faut-il envisager une cartographie fine de toutes les parcelles?

L’utilisation des techniques d’Agriculture de Précision constitue

un investissement financier important et une remise en cause du

mode de gestion des travaux au sein d’une exploitation. Ainsi,

avant tout investissement, il est nécessaire d’établir un diagnostic

de la variabilité des sols au sein des parcelles de l’exploitation.

Pour cette phase préalable, une cartographie détaillée du sol n’ap-

paraît pas obligatoire. Il suffit de re c o n n a î t re la nature des sols

présents, d’estimer approximativement leur surface respective au

sein des parcelles et d’analyser les caractères pédologiques sus-

ceptibles de jouer un rôle majeur dans le développement et la

c roissance des plantes. Le rapport entre la taille des parcelles et

l’intensité de la variabilité des sols sera confronté au gain attendu

par l’introduction de techniques de modulation intra-parc e l l a i re .

Il faut toujours se rappeler qu’une faible variabilité ne re n t a b i l i s e-

ra pas l’investissement et qu’une très forte variabilité se résoud

p a rfois plus aisément par un simple redécoupage du parc e l l a i re .

Méthodes de cartographie des sols

• Par observations ponctuelles

L’o b s e rvation du sol est réalisée par le pédologue à l’aide de caro t-

tages ou sondages (profonds au maximum d’1,2 m). Les échan-

tillons ainsi prélevés sont expertisés ou analysés. Après cette

phase de prospection, le pédologue trace les contours des unités

de sols.

La cartographie des sols par cette méthode implique des moyens

qui seront pro p o rtionnels au nombre d’observations jugées

n é c e s s a i res. Celles-ci dépendent de la variabilité même du milieu,

et de l’efficience du pédologue cartographe. Le choix d’un plan

d’échantillonnage est donc une phase déterminante de la réalisa-

tion d’une carte. Une méthode simple mais coûteuse consiste à

réaliser un maillage régulier des parcelles. En général, on préfère

établir un plan raisonné de l’échantillonnage en s’aidant de l’en-

semble des informations disponibles: morphologie du re l i e f ,

c a rtes géologiques ou pédologiques pré-existantes, photographies

a é r i e n n e s . . .

Une autre possibilité est d’utiliser des cartographies de re n d e m e n t

lorsque celles-ci existent afin d’orienter la prospection vers les

zones les plus variables ou les zones de transition. Pour ce faire ,

il est préférable de posséder plusieurs cartes de rendement obte-

nues sur plusieurs années. En utilisant une seule année, on risque

de dresser une carte du facteur limitant de cette année là seule-

m e n t .

• Par mesures géophysiques (observations continues)

La méthode par carottage permet des observations directes du sol

mais elle présente l’inconvénient d’être destructive et d’être réali-

sée sur un nombre nécessairement limité de sondages.

Depuis quelques années, de nouvelles méthodes de pro s p e c t i o n

ont vu le jour grâce au développement des techniques de géo-

physique de surface. Le principe de ces méthodes consiste à

é m e t t re une onde (électrique, électromagnétique, sonore...) ou à

utiliser une onde préexistante (naturelle, émission radio), puis à

examiner la modification des caractéristiques de cette onde après

son passage dans le sol. Ces techniques permettent : (1) de réali-

ser des mesures non destructives des terrains étudiés, (2) de pro s-

pecter des milieux présentant une forte résistance mécanique (par

exemple, terrains caillouteux) et (3) de multiplier les mesures et

ainsi de réaliser une prospection quasi-continue de l’espace. Nous

détaillons ici une seule de ces méthodes.

La méthode électrique consiste à envoyer un courant électrique

dans le sol et à mesurer la résistivité électrique des terrains. Cette

résistivité dépend de la nature et de l’arrangement des matériaux

ainsi que de leurs propriétés (teneur en eau, température, masse

volumique apparente). Selon l’écartement d’électrodes placées à

la surface du sol, on atteint diff é rents niveaux de pro f o n d e u r. Ces

m e s u res peuvent être réalisées sous forme de sondages vert i c a u x

p e rmettant une analyse détaillée des discontinuités des horizons

pédologiques et des couches géologiques présentes. On eff e c t u e

également des “trainés” qui consistent en mesures électriques réa-

lisées avec un écartement fixe des électrodes et répétées selon une

résolution spatiale fine de l’ord re du m2. Ces mesures sont eff e c-


tuées à l’aide d’appareils munis de systèmes de géoréfére n c e m e n t

(GPS). Le résultat des investigations est exprimé sous forme de

c a rtes d’isorésistivité.

Si ces méthodes sont non destructives et d’acquisition rapide,

elles ne donnent pas accès directement aux caractéristiques des

sols qui intéressent l’agronome. L’interprétation des mesure s

nécessite un calage à l’aide de points d’observations réalisés par

c a rottage par le pédologue expert. Il faut alors disposer d’un réfé-

rentiel afin d’interpréter par exemple les cartes d’isorésistivité

obtenues par la méthode électrique.

Suivi temporel des états du sol

La cartographie des caractéristiques permanentes du sol n’est pas

toujours suffisante pour répondre aux besoins exprimés lors

d’opérations culturales modulées au sein des parcelles. En eff e t ,

dans bien des cas, il est utile d’avoir accès à des variables tempo-

r a i res, par exemple le stock hydrique ou minéral. Pour ce faire ,

deux possibilités peuvent être à nouveau envisagées : soit par

modélisation puis estimation de ces variables, soit par mesures et

c a rtographie directe sur le terr a i n .

Dans le premier cas, on choisit quelques principaux types de sol

au sein de la parcelle et on applique sur ceux-ci des modèles agro-

pédoclimatiques. Cela nécessite de disposer de données météoro-

logiques précises et représentatives de la parcelle (pluie, tempéra-

t u re, évapotranspiration...). On simule le fonctionnement hydri-

que et thermique du profil de sol. Des suivis ponctuels sur le ter-

rain permettent un calage ou une validation de ces modèles au

cours du temps. La généralisation des paramètres de sortie des

modèles est réalisée par analogie entre les diff é rents types de sols

p r é s e n t s .

Dans le second cas, on préfère une cartographie des variables

d’état à un instant donné. L’évolution de ces variables au cours du

temps implique l’utilisation de méthodes rapides d’acquisition.

Seules les méthodes géophysiques semblent pouvoir répondre à

cette exigence et on pourrait envisager l’installation de capteurs

sur le tracteur ou les outils agricoles afin de réaliser une cart o g r a-

phie lors de chaque passage dans la parcelle. Cependant, les

méthodes géophysiques permettent rarement d’accéder dire c t e-

ment aux variables souhaitées. Elles nécessitent une phase délica-

te d’interprétation des signaux enregistrés. Bien que les matériels

existent déjà sur le marché, ces méthodes ne sont pas encore

mises en œuvre en routine. Des re c h e rches sur la connaissance

des facteurs du sol à l’origine de la modification du signal re s t e n t

à entre p re n d re. Dans tous les cas, il faudra former du personnel

compétent pour valoriser au mieux ces nouvelles technologies.

Bases de connaissances

Quelles que soient les méthodes de cartographie envisagées, il est

indispensable de disposer de bases de données et de bases de

connaissances permettant de faire le lien entre les observ a t i o n s

réalisées sur les parcelles et les propriétés des sols en terme de

fonctionnement (par exemple propriétés de rétention en eau,

obstacle à l’enracinement, etc).

Ces bases de données doivent être créées régionalement afin de

d é c r i re et de caractériser d’une façon exhaustive les principaux

sols d’une région qui seront re t rouvés dans les parcelles. Ces don-

nées devraient être obtenues à partir d’inventaires réalisés à peti-

te échelle. Les besoins prévisibles très importants d’inform a t i o n s

“sol” générés par les techniques d’Agriculture de Précision font

a p p a r a î t re d’une façon cruciale l’importance de tels pro g r a m m e s .

Toutes les données ainsi acquises (obligatoirement géoréfére n-

cées) seront intégrées au sein d’un Système d’Inform a t i o n

Géographique. Elles pourront servir d’éléments de base à une

modélisation spatiale du fonctionnement des cultures réalisée à

l’aide de modèles agro m é t é o rologiques. La confrontation des sor-

ties de ces modèles avec les données de rendement sera une aide

i m p o rtante au diagnostic des cartographies obtenues et à l’élabo-

ration de nouveaux itinéraires techniques.

C o n c l u s i o n

Des méthodes de cartographie du sol et de ses propriétés existent

et peuvent d’ores et déjà être mises en œuvre. A côté des appro-

ches classiques par carottage, des méthodes de prospection géo-

physique se sont développées. Compte tenu des avantages et

inconvénients de chacune de ces méthodes, il est souhaitable de

coupler ces approches complémentaires. L’objectif est d’arriver au

meilleur compromis entre le coût de telles opérations et le béné-

fice retiré par l’agriculteur ou la collectivité. La mise en place de

r é f é rences et de bases de connaissances à une échelle régionale

s ’ a v è re nécessaire afin de coupler ces cartographies à des modèles

a g ropédoclimatiques pour le suivi du développement et de la

c roissance des culture s .


Caractérisation des Lits de Semence :

application au contrôle automatique des outils agricoles

Raphaël Rouveure,

Jean-François Billot, Anicet Marionneau

Cemagref - Clermont-Ferrand

Tél : 04 73 44 06 85


C o n t e x t e

Les experts agricoles constatent ces dern i è res années une muta-

tion profonde des pratiques agricoles, liée à trois évolutions

m a j e u re s :

• évolution de l’off re et des besoins mondiaux ;

• évolution de la Politique Agricole Commune (PAC) ;

• évolution de la demande des consommateurs.

Pour faire face à ces changements, et améliorer la compétitivité

tout en conservant une agriculture à haut niveau de pro d u c t i o n ,

l’agriculteur ne dispose que d’un faible espace de liberté. Ainsi,

pour le poste de travail du sol qui est devenu au fil des années le

plus gros consommateur en temps et énergie, deux possibilités

d’amélioration sont aujourd’hui envisagées :

• modification des techniques culturales (avec par exemple les

Techniques Culturales Simplifiées) ;

• optimisation des outils agricoles grâce à l’apport de nouvelles

fonctions intelligentes.

Les travaux présentés ici s’inscrivent dans ce deuxième axe. En

e ffet, le contrôle automatique du réglage des outils de préparation

des sols doit perm e t t re à terme l’amélioration de la qualité des lits

de semence et la réduction du nombre de passage sur la parc e l l e

par l’obtention du lit de semence “optimal” dès le premier passa-

ge du tracteur. Les améliorations visées concernent à la fois les

domaines économiques et enviro n n e m e n t a u x : diminution du

n o m b re de passage sur la parcelle et donc réduction de la

consommation de fioul et des effets du compactage des sols ; gain

sur les temps de travail ; limitation des intrants (semences et pro-

duits phytosanitaire s ) ; diminution des risques d’éro s i o n ; etc…

L’un des principaux problèmes concerne la prise d’inform a t i o n :

quel paramètre (ou ensemble de paramètres) est caractéristique

de la qualité du lit de semence ? Et comment mesurer “simple-

ment” ce(s) paramètre ( s ) ?

Travaux en cours

En collaboration avec les équipes de re c h e rche de l’INRA (Laon)

et de l’ITCF (Boigneville), nous nous sommes intéressés dans un

p remier temps à l’état de surface comme paramètre descriptif des

lits de semence. En effet, parmi l’ensemble des paramètres physi-

co-chimiques qui caractérisent un lit de semence, l’état de surf a-

ce (taille et répartition des mottes) est un critère important qui

peut être mis en relation avec la germination et la levée des cul-

t u res. Ce critère intervient dans la gestion des opérations de tra-

vail du sol, et il influe sur de nombreux phénomènes comme l’in-

filtration, le ruissellement, l’évaporation, la résistance à la battan-

ce, etc. Mis en corrélation avec d’autres facteurs (humidité, etc.),

il rend possible la mesure quantitative de l’effet du travail du sol

sur la production agricole.

Pour la mesure de l’état de surface, diff é rentes approches ont été

e x p l o r é e s :

• Traitement d’images

Une banque d’images créée en conditions de travail réel a été uti-

lisée pour valider cette approche. Les images ont été traitées par

d i ff é rents algorithmes utilisant des paramètres de texture. Dans

des conditions de travail “idéales”, c’est à dire sans ombre ni

p o u s s i è re, les résultats de classification obtenus sont tout à fait

c o rrects. Cependant, l’utilisation d’un tel capteur est re n d u e

extrêmement délicate en raison des ombres et des poussières qui

sont des phénomènes tout à fait représentatifs des conditions de

travail en préparation des lits de semence.

• M e s u re de profil du sol par télémètre

Un télémètre est implanté sur l’outil à l’arr i è re du tracteur et

m e s u re des séries de distance outil-sol afin d’obtenir des pro f i l s

1D du sol. L’un des problèmes est ici le choix du capteur : dis-

tance de mesure, précision des mesures en distance, taille du spot

au niveau du sol, fréquence de mesure compatible avec la vitesse

d’avancement. Nous avons aujourd’hui opté pour un télémètre

i n f r a rouge, qui réalise un compromis correct entre la précision

des mesures et le coût du capteur.

Cette approche a été validée dans un premier temps sur des bacs

à terre, avec des états de surface re c o n s t i t u é s .

Les principaux problèmes concernent ici aussi la mise en œuvre

du capteur en condition réelle : protection contre les pert u r b a-

tions extérieures (capteur optique, le télémètre infrarouge est lui

aussi pénalisé par la poussière) et prise en compte des déplace-

ments verticaux parasites du capteur (vibrations et déplacements

de l’outil agricole).


• M e s u res micro - o n d e s

Nous développons aujourd’hui une activité de re c h e rche dans le

domaine de l’utilisation des micro-ondes pour la caractérisation

des milieux naturels. On parle généralement de micro - o n d e s

pour le domaine du spectre électromagnétique allant de 1 à 100

GHz environ. Les travaux engagés portent sur l’interaction entre

les ondes électromagnétiques et le milieu, afin de développer des

capteurs sans contact. Notre démarche s’inspire de celle utilisée

en télédétection : après le développement de satellites fourn i s s a n t

des données optiques (visible et infrarouge), sont apparus début

90 des satellites radars fonctionnant dans la bande de 1 à 10 G H z .

Pour les applications en milieux extérieurs perturbés, et tout par-

t i c u l i è rement pour les applications de travail du sol, les ondes

é l e c t romagnétiques off rent des avantages indéniables :

• une très faible sensibilité aux conditions atmosphériques

(insensibilité à l’éclairement, à la pluie, à la poussière, fonctionne-

ment de nuit comme de jour...) ;

• la possibilité de contrôle du rayonnement émis (en puissance,

fréquence, polarisation, angle d’incidence), contrairement aux

ondes lumineuses ;

• l’accès à des informations, des paramètres physiques, diff é re n t s

de ceux obtenus avec des moyens de mesure optiques. En eff e t ,

les propriétés physiques du milieu (humidité, rugosité, taux de

biomasse, etc.) qui sont liées à la conductivité électrique, ne sont

accessibles que pour des fréquences situées dans la partie moyen-

ne du spectre électromagnétique (correspondant au domaine des

m i c ro - o n d e s ) .

Le signal radar mesuré est influencé par l’ensemble des para-

m è t res physiques et diélectriques du milieu. Aussi, la décorr é l a-

tion des influences respectives de ces diff é rents paramètres re n d

indispensable la modélisation des interactions entre l’onde élec-

t romagnétique et le milieu observ é .

A u j o u rd’hui, nos axes de re c h e rche sur le développement de cap-

teurs micro-ondes concernent plus précisément :

• la mesure de distance (télémétrie hyperfréquence), par exem-

ple pour le contrôle de la hauteur de travail des outils,

• la mesure de la rugosité du sol,

• la mesure de l’humidité du sol.

On notera également la capacité de pénétration du milieu par des

ondes électromagnétiques, qui permet d’envisager l’accès à des

i n f o rmations relatives à la sub-surface. Nous sommes aujourd ’ h u i

en train d’acquérir l’équipement scientifique nécessaire pour la

validation de ces diff é rents axes de re c h e rche. Les travaux sont

l a rgement engagés sur le premier point, les premiers résultats

expérimentaux sont attendus courant 99 pour les points 2 et 3.


Exemple de capteur micro - o n d e s

E m e t t e u r - r e c e p t e u r

5 cmA n t e n n e

Potentiel de la télédétection

pour l’agriculture de précision

Frédéric Baret

I N R A Av i g n o n

B i o c l i m a t o l o g i e

Tél : 04 90 31 60 82


L’utilisation de la télédétection pour l’agriculture a jusqu’à présent

principalement intéressé les organismes responsables de la ges-

tion de l’agriculture à l’échelle régionale, nationale, voire Euro-

péenne ou mondiale. Il s’agissait principalement :

• du contrôle des surfaces déclarées (en Europe) ;

• de l’occupation du sol ;

• de l’évaluation de l’importance et de l’extension de dégâts liés

aux impacts climatiques tels que le gels, la sécheresse ou les inon-

dations ;

• de l’évaluation de la productivité, principalement à des échelles

l a rges, typiquement celle de l’Europe (projet MARS par exemple).

Ces dern i è res années, les avancées dans le domaine du machinis-

me agricole, alliées à une pression économique mais aussi envi-

ronnementale grandissante, ont vu se développer des techniques

de conduite de culture prenant en compte explicitement la varia-

bilité à l’intérieur des parcelles. On est arrivé ainsi à l’idée de

moduler les techniques culturales à l’intérieur de la parcelle de

m a n i è re à optimiser la quantité d’intrants nécessaire pour chaque

zone de la parcelle. L’ a g r i c u l t u re de précision est ainsi née.

C o n t r a i rement aux applications classiques de la télédétection à

l ’ a g r i c u l t u re, cette nouvelle technique de conduite optimisée des

p a rcelles intéresse d’une part des surfaces importantes et nécessi-

te d’autre part un suivi quasi continu des cultures le long de leur

cycle de développement. L’ a g r i c u l t u re de précision constitue donc

un marché potentiel très important pour les fournisseurs de don-

nées cartographiques. La télédétection tient évidemment un rôle

privilégié parmi les diff é rents moyens d’acquisition de données

mettant en évidence la variabilité intra-parc e l l a i re. On peut noter

qu’à ce niveau, la gestion de parcelles diff é rentes n’est pas stricte-

ment distincte de la gestion d’une seule parcelle hétérogène. Dans

tous les cas il s’agit de cartographier la variation spatiale, à l’inté-

rieur d’une parcelle ou entre diff é rentes parcelles, de cert a i n e s

caractéristiques du couvert .

L’ a g r i c u l t u re de précision : pro b l é m a t i q u e

L’ a g r i c u l t u re de précision consiste à moduler les pratiques cultu-

rales en tenant compte de la variabilité spatiale à l’intérieur des

p a rcelles ou entre parcelles afin d’optimiser leur gestion, à la fois

du point de vue économique, mais aussi sous l’aspect de la pré-

s e rvation de l’environnement. Cette pratique récemment déve-

loppée sur grandes cultures, en particulier aux Etats-Unis, re p o s e

sur la connaissance de l’hétérogénéité des parcelles. La gestion

spatialisée des parcelles agricoles s’appuie principalement sur

deux types d’indicateurs :

• des indicateurs perm a n e n t s, qui caractérisent les principales

constantes du milieu, bien évidemment essentiellement liées au

s o l : il s’agit de la “fertilité” du sol, qui peut se décliner en diff é-

rentes composantes, en particulier profondeur du sol, type de sol,

m a t i è re organique, topographie… Ces indicateurs peuvent être

mesurés une fois, et constituer ainsi une base de données que

l’agriculteur pourra utiliser à priori pour raisonner ses opérations

culturales. Actuellement, les principaux indicateurs sont issus des

c a rtes de sol ou des cartes de rendement maintenant aisément

accessibles grâce au développement technologique rapide obser-

vé sur le matériel de récolte en grandes cultures ;

• des indicateurs de l’état actuel des cultures, qui sont pour le

moment principalement fournis par des observations ou prélève-

ments lors de “tours de plaine” réalisés par les agriculteurs ou

leurs conseillers. Cette technique d’observation souff re de limita-

tions évidentes à la fois sur la fréquence des observations, mais

aussi sur l’échantillonnage réalisé qui bien souvent n’est pas

représentatif et en tout cas non exhaustif. Pour certaines opéra-

tions culturales, en particulier celles liées à la fertilisation azotée,

des mesures sur les plantes ou le sol sont nécessaires, rendant ces

opérations lourdes ou onéreuses, et constituant du même coup

un frein à leur application.

En dehors de la dimension spatiale inhérente à l’agriculture de

précision, on voit l’intérêt de la dimension temporelle qui est

n é c e s s a i re pour :

• détecter des hétérogénéités de culture qui apparaissent à

des moments particuliers du cycle cultural (développement de

maladies, stress hydrique ou azoté, verse, dégâts de gel) ou éva-

luer l’état de la culture à des étapes clés (fertilisation azotée, …)

• s u i v re en continu les cultures de manière à mieux appréhen-

der leur fonctionnement et leur pro d u c t i v i t é .

La télédétection off re donc un potentiel très intéressant, perm e t-

tant de renseigner de manière efficace l’agriculteur ou ses

conseillers sur la variabilité spatiale et temporelle des parc e l l e s .

De nombreux programmes sont en cours de par le monde (USA,

E u rope, Australie, …) pour développer des outils d’aide à la déci-

sion à partir de données de télédétections bien souvent couplées

à des données exogènes.


P e rtinence des observations de télédétection

L’ o b s e rvation des cultures à partir des satellites permet d’estimer

un certain nombre de caractéristiques du couvert qui peuvent

ê t re classées selon trois aspects principaux :

1 • la stru c t u re du couvert qui re g roupe les caractéristiques de

f o rme, surface, orientation et position des éléments du couvert .

La surface des feuilles, mesurée par unité de surface de sol, l’in-

dice foliaire (LAI), est la variable de stru c t u re la plus import a n t e .

Elle caractérise en effet la taille des surfaces d’échange (rayonne-

ment, eau, carbone) avec l’atmosphère ;

2 • les propriétés optiques ou diélectriques des éléments. Ces

p ropriétés sont liées à des caractéristiques des feuilles que nous

pouvons lister suivant les domaines spectraux considérés :

- domaine optique réflectif : la réflectance et transmittance des

feuilles est principalement liée au contenu en chlorophylle et en

eau de la feuilles, ainsi qu’à la stru c t u re de la feuille,

- domaine infrarouge therm i q u e : l’émissivité de la feuille est

relativement constante. Par contre sa température peut varier très

f o rtement en fonction de l’environnement micro-climatique de la

feuille et de l’état d’alimentation hydrique de la plante. Ces

mêmes grandeurs sont également utilisées dans le domaine des

m i c ro-ondes passives,

- domaine des micro - o n d e s : la constante diélectrique des élé-

ments est principalement liée à leur contenu en eau. Il faut noter

que, dans ce domaine, les éléments autres que les feuilles peuvent

jouer un rôle majeur, contrairement à ce qui est généralement

o b s e rvé dans les domaines de longueur d’onde plus courtes ;

3 • Les propriétés du sol. Ici encore, selon les domaines spec-

traux, les propriétés du sol sont liées à diff é rentes caractéris-

t i q u e s :

- domaine optique réflectif : la réflectance dépendra de la ru g o-

sité du sol, de sa composition en matière organique, fer, de son

humidité, de sa texture et stru c t u re ,

- dans le domaine thermique, l’émissivité dépendra du type de

sol, de l’humidité du sol et de sa rugosité. Sa température dépen-

dra également de son humidité pour des conditions micro - c l i m a-

tiques données,

- dans le domaine des micro-ondes, la rugosité et l‘humidité sont

les principales caractéristiques qui influencent le signal rétro d i f-

f u s é .

Le tableau 1 (cf. page 10) résume les principales variables bio-

physiques estimables par télédétection en fonction du domaine

spectral considéré.

Ces diff é rentes variables biophysiques peuvent être utilisées

comme indicateurs pour moduler un certain nombre d’opéra-

tions culturales. Le tableau 2 (cf. page 10) présente les applica-

tions potentielles les plus importantes avec les variables biophy-

siques du couvert associées. L’estimation des variables biophy-

siques doit être dynamique, c’est à dire qu’un véritable suivi dans

le temps doit être effectué tout le long du cycle cultural pour per-

m e t t re d’obtenir par interpolation ou extrapolation les variables

biophysiques à certains stades critiques ou bien détecter des gra-

dients spatiaux évoluant dans le temps et indicateurs de pro-

blèmes potentiels (stress, maladie, …).

On re m a rque (Tableau 2) que le domaine du visible et du pro c h e

i n f r a rouge (400-1100 nm) est celui qui apporte le plus d’infor-

mations. L’ i n f r a rouge thermique est important pour la phénologie

et la conduite de l’irrigation, éventuellement la détection de mala-

dies qui se manifestent par une limitation de l’alimentation

hydrique (piétins, …). L’utilisation du domaine des micro - o n d e s

se trouve principalement cantonné à l’estimation de l’humidité de

s u rface du sol, caractéristique essentielle pour la préparation des

lits de semence et l’implantation de la culture .

Enfin, en dehors des variables biophysiques strictement utili-

sables pour mieux gérer les techniques culturales, le suivi au

cours du cycle de ces variables constitue une source d’inform a-

tions unique pour l’estimation du rendement et de sa qualité,

mais aussi de la fertilité des sols tout comme les cartes de re n d e-

ment réalisés au champ peuvent l’être .

L’ a p p roche générale suivie passe par trois étapes nécessaires qui

sont (figure 1) :

1• l’estimation de la variable biophysique d’intérêt à partir de la

donnée satellitale. C’est la problématique télédétection pure ,

2• l’estimation des variables agronomiques dérivées servant de

base à la modulation de la technique culturale. Cette étape fait

i n t e rvenir les modèles écophysiologiques,

3• la préconisation, qui doit intégrer les contraintes économi-

ques, celles de l’exploitation, ainsi que l’environnement. C’est ici

le domaine de l’agro n o m i e .

L’exemple de la fumure azotée

La gestion de la fumure azotée constitue actuellement un exempled’application possible part i c u l i è rement intéressant. Il apparaîtimprécis de prédire le bilan azoté d’une culture compte tenu dela difficile quantification des mécanismes de transport de trans-f o rmation et d’utilisation de l’azote par les cultures. La gestion dela fumure azotée des cultures de blé est donc de plus en plus rai-sonnée en fonction de l’état azoté du couvert dont l’évaluation est


F i g u re 1. Les diff é re n t e sétapes envisagées dans l’approche perm e t t a n td’utiliser les données de télédétection pour modu-ler les opérations culturalesen agriculture de précision.

réalisée à partir de la mesure du contenu en chlorophylle desfeuilles à certains stades de développement de la culture :• au dessus d’un certain seuil de contenu en chlorophylle desfeuilles, on décidera de ne pas apporter d’azote ou de re t a rder our é d u i re l’apport initialement prévu ;• en dessous de ce seuil de contenu en chlorophylle, la cultureest considérée ayant une alimentation azotée insuffisante. Ilconviendra alors d’apporter une dose d’engrais qui sera fonctionde l’état d’alimentation azotée de la culture appréciée par la mesu-re du contenu en chlorophylle des feuilles, des besoins estimés dela culture et du stade phénologique.

La technique de mesure du contenu en chlorophylle des feuillesest basée sur une mesure au champ de la transmittance desfeuilles des étages supérieurs de la culture. Cette technique, bienque séduisante et efficace localement, se heurte aux limitations dela mesure manuelle au sol, en particulier par sa lourdeur et sonéchantillonnage difficilement représentatif et non exhaustif. Il estdonc malaisé de mesurer des hétérogénéités de la parcelle oud’échantillonner de nombreuses parcelles avec une telle tech-nique.

La télédétection dans le domaine du visible-proche infraro u g ep e rmet d’estimer le contenu en chlorophylle des couvert s .L’ a p p roche qu’il est possible de développer est basée sur l’utilisa-

tion de modèles de transfert radiatif. L’inversion de ces modèlesp e rmet d’estimer avec une précision relativement bonne le conte-nu en chlorophylle des feuilles. Il est ainsi possible de cart o g r a-phier cette variable. La dose, et éventuellement la date d’apportd’azote, pourront être modulés en s’adaptant aux besoins de lac u l t u re en chaque point de la ou des parc e l l e s .La méthode proposée, basée sur l’inversion de modèles de trans-f e rt radiatifs, est relativement complexe et nécessite une bonneconnaissance de la culture. Il est possible de l’appliquer selondeux modalités :• en relatif, où les estimations de contenu en chlorophylle sontétalonnées sur quelques mesures au sol. Cette méthode peut êtreappliquée sans avoir une connaissance approfondie de la culture ;• en absolu, où, sans mesures au sol, l’estimation du contenu enc h l o rophylle est directement utilisée pour calculer la dose d’en-grais à apport e r. Cette méthode nécessite une grande connaissan-ce de la culture et donc un étalonnage préalable des modèles det r a n s f e rt radiatif (principalement, adaptation de la description dela stru c t u re de la culture ) .Quoiqu’il en soit, l’inversion des modèles de transfert radiatif estd’autant plus efficace et précise que le problème est bien con-traint. Ces contraintes proviennent évidemment de la connais-sance que l’on a a priori sur les gammes de variations des para-m è t res du modèle. Elles peuvent également venir de l’utilisationde données multi-temporelles. En effet, le développement de la


Variables Visible Proche Infra-rouge Micro-ondes Micro-ondesBiophysiques Proche Infrarouge Moyen Infrarouge thermique actives (radar) passives

LAI +++ +++ + ++ +Taux de couverture ++++ ++++ ++ ++ +Port foliaire +++ +++ + + +Taille des feuilles + + + + +Hauteur du couvert - - - ++ -

Contenu en chlorophylle +++ - - - -Contenu en eau - +++ - +++ +++Température - - ++++ - ++

Humidité (surface) - + + ++ +++Rugosité + + - ++ +Résidus de récolte +++ ++ - -Matière organique ++ ++ - - -

Tableau 1 : Variables biophysiques estimables par télédétection. Le niveau de précision et robustesse de l’estimation est indiqué par le nombre de + (“ ++++ ” précis et robuste ; “ - ” non estimable par télédétection.

Tableau 2 : Variables biophysiques estimables par télédétection et utilisables pour diff é rentes applications. Les domaines spectraux à partir desquels ces variablessont observables sont indiqués (VIS : visible ; PIR : proche infrarouge ; MIR : moyen infrarouge ; IRT : infrarouge thermique ; µonde : micro - o n d e s )

Application Variables biophysiques Domaine spectral

Fumure azotée .........................................................................LAI (biomasse), Chlorophylle .............................................VIS/PIRIrrigation ..................................................................................Température ...........................................................................IRTtravail du sol/ semis .................................................................Humidité du sol ...................................................................µondePhénologie ...............................................................................LAI, structure, Température, ............................................VIS/PIT IRTAttaque parasitaire ...................................................................Chlorophylle, LAI, résidus de récolte...............................VIS/PIR/MIRFertilité du sol .........................................................................LAI (biomasse), matière organique..................................VIS/PIR/(MIR)Rendement ...............................................................................LAI, chlorophylle, Température.........................................VIS/PIR IRTQualité (protéines) ...................................................................Chlorophylle, LAI ...............................................................VIS/PIR

s t ru c t u re des plantes obéit à des lois de croissance très strictes etayant une forte cohérence temporelle, ce qui réduit considérable-ment le domaines des possibles. Ainsi, l’utilisation de modèlesdynamiques d’évolution de la stru c t u re des couverts, couplés auxmodèles de transfert radiatif, impose des contraintes fortes surl’inversion, rendant les estimations des caractéristiques du cou-v e rt plus précises en re s t reignant les ambiguïtés.L’inversion du modèle de transfert radiatif fournira en outre uneestimation de l’indice foliaire qui est un indicateur part i c u l i è re-ment pertinent pour évaluer le potentiel de rendement de la cul-t u re, donc une estimation de ses besoins potentiels. Enfin, le suivide l’état azoté de la culture et de l’indice foliaire permettent derecaler dans le temps la phénologie de la culture, ainsi que de réa-liser des estimations de qualité de la récolte, principalement liéeà la teneur en protéines des grains. De la même manière on pour-ra apprécier les risques de verse et de maladies.

Caractéristiques des capteurs de télédétection utilisables pour l’agriculture de précision

Les capteurs de télédétection sont définis par leur caractéristiquesspatiales, spectrales, radiométriques, temporelles et dire c t i o n-nelles. Pour une mission ayant comme principal objectif l’agri-c u l t u re de précision, le capteur devra avoir les spécifications sui-v a n t e s :• résolution spatiale. La résolution spatiale est dictée par lataille caractéristique des hétérogénéités à observ e r. Suivant l’origi-ne de l’hétérogénéité spatiale (sol, maladies, problèmes d’opéra-tions culturales, verse…), sa taille peut varier dans des pro p o r-tions très importantes allant du mètre à plusieurs centaines dem è t re. Par contre, l’autre facteur limitant à pre n d re en compte estla dimension caractéristique des outils culturaux utilisés. Elle estdéfinie par la largeur de travail (qui peut éventuellement êtremodulée) qui varie de 3 à 24m, et par l’inertie longitudinale dusystème, qui varie de 1 à 10m suivant les opérations culturales.Une résolution utile de 5m à 20m est donc bien adaptée à cescontraintes. Elle permet également d’accéder à un échantillonagep a rc e l l a i re relativement fin (parcelles de l’ord re de l’hectare) quip o u rtant n’est pas celui principalement visé par l’agriculture deprécision ;• Résolution et échantillonnage spectral. Comme nous lem o n t re le tableau 2, le domaine du visible et proche infraro u g eest celui qui est le plus riche en information sur le couvert. Onp o u rra également utiliser le domaine de l’infrarouge therm i q u epour les problèmes d’irrigation, de phénologie et éventuellementde détection de maladies.

Dans le domaine du visible et du proche infrarouge, les variablesbiophysiques d’intérêt sont principalement l’indice foliaire et lecontenu en chlorophylle. Le signal réfléchi par les couverts végé-taux dans ce domaine spectral est sensible aux pro p r i é t é soptiques du sol, à la stru c t u re du couvert, à la stru c t u re intern edes feuilles et à leur surface spécifique. En outre, il faudra avoir lapossibilité de réaliser des corrections atmosphériques. L’ e s t i m a-

tion robuste des variables indice foliaire et contenu en chloro-phylle va donc demander d’échantillonner les principales figure sd’absorption des constituants du couvert et de l’atmosphère( c h l o rophylle, sol, matière sèche des feuilles, aérosols, vapeurd’eau). Un minimum d’une dizaine de bandes spectrales (sui-vant la résolution radiométrique) réparties sur le domaine 400-1000 nm sera donc nécessaire. Il faudra également bien échan-tillonner la transition ro u g e - i n f r a rouge (red-edge) où la densitéspectrale d’information est importante.

La résolution spectrale est définie par la taille caractéristique desf i g u res d’absorption. C’est donc principalement l’atmosphère et lered-edge qui vont imposer des largeurs de bandes spectralesp roches de 10 nm. Ces largeurs peuvent être relâchées dans leslongueurs d’onde plus courtes où les figures d’absorption sontassez souples. La position des bandes spectrales devra être stabledans le temps et connue avec une très bonne précision ( mieuxque 0.5 nm).

Echantillonnage tempore lC’est sans doute une des contraintes majeures du système. Il fauten effet être capable de suivre tout au long du cycle cultural lesévolutions parfois très rapides constatées. La fréquence de mesu-re utile doit être au minimum de la semaine. Cette fréquence estcelle qui est généralement adoptée pour les mesures au sol.Compte tenu des problèmes de nébulosité, il faut donc avoir unefréquence d’acquisition d’images de l’ord re de 1 à 3 jours poura s s u re r, avec une bonne probabilité, une fréquence utile del ’ o rd re de la semaine.

Echantillonnage dire c t i o n n e lLes mesures directionnelles permettent d’obtenir des inform a-tions sur la stru c t u re du couvert. Toutefois, il apparaît que ladimension spectrale est absolument nécessaire, et que la dimen-sion directionnelle n’apporte qu’une quantité d’information mar-ginale supplémentaire. De plus, la complexité (ou le coût) de l’ob-tention de mesures directionnelles associées à une résolution spa-tiale décimétrique et à une très haute fréquence de mesure n’estpour le moment pas envisageable. On se contentera donc devisées au nadir* ou proches de cette dire c t i o n .

Résolution radiométrique, étalonnageLa résolution radiométrique est essentielle pour obtenir des esti-mations aussi précises que possible des variables d’intérêt. Unr a p p o rt signal sur bruit supérieur à 400 pour les niveaux de lumi-nance observés sur les cultures, comme cela est actuellementobtenu par les systèmes spectraux imageurs aéro p o rtés actuels,est absolument nécessaire.

L’estimation des variables d’intérêt à partir des mesures satellitalesfait interv e n i r, comme nous l’avons vu, des modèles de transfertradiatif (atmosphère, couvert, feuille). L’étalonnage absolu et sur-tout inter-bandes doit être le plus précis possible.

* Point de la sphère céleste diamètralement opposé au zénith.


Techniques futures de protection des cultures

Quelques perspectives pour l’agriculture de précision

Bernard Bonicelli

Cemagref - Montpellier

UR Génie de Equipements Agricoles et

F o r e s t i e r s

Tel :04 67 04 63 10


Pour des enjeux principalement environnementaux, de nom-

b reux travaux sont actuellement menés afin de mieux contrôler

les apports de produits chimiques pour la protection des culture s .

Cela se traduit concrètement par la re c h e rche d’un meilleur cibla-

ge des dépôts selon les caractéristiques locales de la culture (prise

en compte des niveaux d’attaque et de la configuration du végé-

tal), d’un suivi précis des opérations de traitement (traçabilité) et

enfin en dernier recours, par l’étude de techniques altern a t i v e s

(non chimiques).

Des équipes pluridisciplinaires sont mobilisées pour réaliser ces

travaux et étudier à la fois les aspects agronomiques, biologiques,

chimiques et les problèmes liés aux techniques d’application. De

la même manière, on associe les compétences de spécialistes pour

étudier le devenir des pesticides et leur influence sur la qualité

des produits (dégradation et toxicité) et sur l’environnement (pol-

lutions).

On peut définir les principales composantes de l’agriculture dite

de “précision”, qui constitue une opportunité technique pour

a m é l i o rer les pratiques de protection des cultures, comme :

• la prise d’information (détection, localisation)

• la collecte et la structuration de l’information (SIG)

• la prise de décision (supervision, préconisation)

• le contrôle des apports (modulation)

Dans le domaine particulier de la protection des cultures, les

technologies de “précision” concernent principalement la lutte

c o n t re les mauvaises herbes et leur traitement localisé, les autre s

ennemis des plantes (maladies, insectes) nécessitent pour l’instant

des traitements plus généralisés comme on les pratique aujour-

d’hui. Au delà de l’amélioration déjà considérable des machines

de traitement classiques, diff é rents constructeurs proposent des

machines beaucoup plus sophistiquées qui sont capables de re s-

pecter les contraintes de l’agriculture de précision (Ty l e r,

Chavtrac, Hardy). Tout en étant extrêmement important, le

potentiel de ces nouvelles technologies n’est toutefois pas évident

et constitue un choix qui a des conséquences tant en term e s

financiers qu’en termes d’organisations et de pratique. Les aspects

r é g l e m e n t a i res comme le développement de labels peuvent tou-

tefois accélérer l’utilisation de ces techniques. A ce stade il faut

p re n d re en compte l’ensemble de l’évolution actuelle des pra-

tiques et des équipements et des services associés qui devrait

c o n d u i re pro g ressivement à un saut technologique quasiment

i rréversible dans les pays comme la France (ce qui est déjà en par-

tie le cas sur le continent nord américain).

En termes de perspectives il est donc important d’analyser les

techniques actuellement connues et d’envisager leurs utilisations

potentielles et les évolutions probables des pratiques associées.

L’évolution des équipements est abordée suivant deux aspects :

• les capteurs (systèmes de détection des adventices) ;

• les procédés (techniques de pulvérisation).

Les systèmes de détection

En préalable, il est important de souligner qu’il ne peut pas exis-

ter de réelle stratégie de lutte ni d’automatisation possible des

techniques d’application sans repérage approprié des maladies ou

des adventices à éradiquer. Cette détection peut être envisagée à

d i ff é rentes distances : au niveau du sol (opérateur ou machine)

pour une action en temps réel ou par télédétection pour une

action en temps différé. Au sol, les techniques possibles de re p é-

rage se cantonnent à des configurations simples. Les systèmes les

plus simples détectent les plantules par passage dans une barr i è-

re photo-électrique ou par radiomètrie. Les systèmes les plus

sophistiqués utilisent des caméras et des dispositifs de traitement

d’image. Tous ces systèmes ne sont pas utilisables à tous les stades

de croissance de la culture et ne sont pratiquement envisageables

qu’en tout début de végétation. Avec encore plus d’ambition,

l’idée d’un repérage déporté par prise de vue aérienne ou par télé-

détection est séduisante. La précision actuelle des repérages par

satellite (1 pixel=1 km2 actuellement, 10 m2 dans le futur) semble

toutefois encore loin de celle escomptée pour un traitement loca-

lisé. A cela se rajoute le prix toujours élevé d’une image qu’il faut

multiplier par un nombre nécessairement important pour agir

convenablement dans le temps. Les vues aériennes sont plus réa-

listes. En dernier lieu, il ne faut pas négliger les possibilités de

repérage visuel par l’opérateur à partir de la cabine de son engin

ou lors d’une démarche spécifique de diagnostic ou de sur-

v e i l l a n c e .

Par ailleurs, sauf lors d’une action directe (contrôle du pulvérisa-

teur à l’aide du système de détection), les observations re c u e i l l i e s

doivent être référencées géographiquement pour alimenter un

système d’information ou de suivi. Cela est immédiat pour les

techniques de télédétection ou de photo interprétation. Un cap-

teur spécifique (GPS ou autre) est par contre nécessaire dans tous

les autres cas. Pour des raisons évidentes de cohérence, la préci-

sion de chaque maillon du système de repérage devra être suff i-

s a n t e .


C’est par une représentation cartographique que l’information est

ensuite généralement mise en forme. Là encore l’échelle de re p r é-

sentation est un élément très important tant en terme de décision

qu’en terme d’action pratique. En définitive, pour qu’un disposi-

tif de détection soit opérationnel, ce sera la cohérence du système

complet (capteurs, système de contrôle ou de décision, machine)

qui devra être assurée. Au delà de leur faisabilité, on compre n d

mieux pourquoi un système de détection correctement intégré

sera à priori toujours d’un coût élevé et apparaîtra diff i c i l e m e n t

sur le marché.

Les techniques d’application

La régularité et l’adaptation des doses appliquées sur les végétaux

à protéger peuvent être considérablement améliorées par l’opti-

misation des techniques classiques. Les techniques les plus évo-

luées sont aujourd’hui :

• les systèmes de stabilisation de rampe (passifs et actifs) ;

• les systèmes anti-dérive (buses, produits additifs et système à

assistance d’air) ;

• les procédés d’injection directe (limitation de la manipulation

des produits) ;

• les dispositifs de modulation (variation continue des débits et

des caractéristiques des jets de pulvérisation).

En pratique il s’agit de trouver des compromis techniques per-

mettant de réaliser des avancées significatives. Ainsi les systèmes

de stabilisation permettent de limiter les mouvements des buses

qui peuvent alors fonctionner dans des conditions plus précises

(buses plus proches des cibles, mouvements de re c o u v re m e n t

limités, etc.). Une fois ces conditions contrôlées, les pro c é d é s

anti-dérive peuvent être réellement efficaces. Il faudra toutefois

toujours vérifier leur réel intérêt agronomique en fonction de

leurs conditions d’utilisation (caractérisation précise des doses

réellement efficaces : taille et nombre des impacts).

Si les aspects opérationnels (composition des mélanges, charg e-

ments, déchargements, modulation) sont théoriquement faciles à

a m é l i o rer par l’injection directe, on se heurte alors à des pro-

blèmes d’identification automatique des produits (étiquettage) ou

de multiplicité de solutions techniques (utilisation de pro d u i t s

granulés ou liquides par exemple). Les dispositifs de modulation

peuvent alors pre n d re diff é rentes formes, la plus simple étant de

moduler en “tout ou rien” sur une largeur d’une rampe, la plus

sophistiquée étant de moduler en continu sur chaque buse (ajus-

tement du débit et des tailles des gouttes). Les dispositifs de trans-

p o rt des gouttes ont aussi une influence (électrostatique, assis-

tance d’air, etc.) plus ou moins déterminante par rapport aux

conditions d’utilisation (vent, mouvements parasites, etc.).

En définitive des résultats comparables peuvent être atteints avec

des techniques très diff é rentes et le seul critère réellement impor-

tant reste ici aussi la cohérence du dispositif complet par rapport

à des objectifs clairement définis. Comme pour les systèmes de

détection, le facteur d’échelle est primordial et il est par exemple

assez évident qu’il ne sera pas utile de réaliser une modulation

très précise si le système de décision n’est pas du même ord re .

Dans tous les cas, le strict respect des conditions optimales de

traitement (doses préconisées, conditions météo) reste la pre m i è-

re des décisions à pre n d re .

P a rtant des constats qui précèdent, les constructeurs de matériels

s’orientent vers des équipements à la carte, du plus simple au plus

sophistiqué. Dans les deux cas, l’élément le plus important re s t e

c e rtainement le procédé de pulvérisation qu’il faudra adapter aux

besoins nouveaux (produits, environnements diff é rents) et tenter

de re n d re robuste (réglages, usure s ) .

En conclusion, si la modulation automatique de la pulvérisation

peut constituer une opportunité technologique, elle sera toujours

d i fficile à justifier d’un point de vue économique et l’amélioration

des procédés plus classiques restera la priorité. Par contre, le suivi

précis et fiable des opérations de protection des cultures est une

nécessité que seules des techniques adaptées, très proches de

celles envisagées pour la modulation, perm e t t ront d’atteindre .

Le suivi des opérations

L’objectif de la traçabilité réside dans le suivi précis des applica-

tions de produits chimiques au niveau d’une parcelle agricole ou

à une échelle inférieure. Des dispositifs complémentaires ou iden-

tiques à ceux des chapitres précédents sont nécessaires pour re l e-

ver les paramètres de fonctionnement et d’utilisation des appa-

reils, les géo-référe n c e r, les mémoriser, les transférer et les re p r é-

s e n t e r.

La justification de ces dispositifs de traçabilité est principalement

de l’ord re de la santé publique et l’attente des consommateurs se

traduit par l’établissement de contrats de qualité entre les pro-

ducteurs et les distributeurs permettant par exemple de re s p e c t e r

des limites maximales de résidus (LMR) de produits chimiques

e ffectivement présents sur les produits récoltés. La législation

impose ces LMR et on peut facilement imaginer une extension de

cette réglementation ou un règlement du même ord re pour les

sols afin de limiter les risques de pollution. Concrètement ces

limites sont définies expérimentalement par les Services de la

P rotection des Végétaux pour chaque croisement culture - para-

site. Elles se traduisent par une dose unique de produit à appli-

quer sur un hectare. Pour les re s p e c t e r, cela suppose que les trai-

tements phytosanitaires soient effectués dans des conditions

p roches et à l’aide d’un matériel en bon état de fonctionnement

(conditions idéales). L’examen des pratiques réelles révèle de

grandes diff é re n c e s : matériel vétuste ou mal réglé, vitesses

d’avancement inadaptées, densités de végétation non prises en


compte, conditions météorologiques non acceptables, etc.

L’analyse du mode opératoire est aussi très importante notam-

ment pour vérifier les pro c é d u res de remplissage, de rinçage ou

de vidange des appare i l s .

Ainsi, seul un relevé précis des conditions d’application perm e t

d’avoir une évaluation exacte des quantités de produits réelle-

ment utilisés et déposés sur les cultures. D’un point de vue tech-

nique, ce suivi nécessite le même ensemble de dispositifs que

celui de l’agriculture de précision (système d’acquisition, de stoc-

kage, de transmission et de représentation des données géo-réfé-

rencées) qui a été décrit précédemment. En définitive, comme

précédemment, malgré leur justification et leur intérêt indé-

niable, c’est le coût de ces dispositifs qui risque de freiner leur uti-

l i s a t i o n .

Les techniques alternatives

L’ a g r i c u l t u re biologique amène le problème de la suppression des

p roduits chimiques pour la protection des cultures. Des pro c é d é s

mécaniques, thermiques ou électriques sont dans ce cas là envi-

sageables. Dans ce cadre le Cemagref a par exemple développé un

p rocédé électrique de désherbage sélectif relativement simple qui

p e rmet de détru i re des plantules par éclatement cellulaire à l’aide

de courtes décharges de 15000 volts. Au niveau pro f e s s i o n n e l

l’automatisation de ces tâches est à envisager. Ces techniques

a l t e rnatives ont toutefois un coût d’autant plus important qu’elles

sont sophistiquées. L’ e ff o rt de re c h e rche et de développement est

donc à poursuivre dans tous les cas afin de proposer de véritables

techniques altern a t i v e s .

Conclusion

De nombreuses possibilités d’évolution technique des équipe-

ments de protection des cultures sont envisageables à court

t e rme. Pour être viables, ces évolutions doivent être issues d’une

réelle demande des utilisateurs et des consommateurs qui

d e v ront en assumer le coût aussi bien en terme financier qu’en

t e rme technique et organisationnel. Face à l’essor des labels et à

la nécessité d’utiliser des pratiques culturales réellement adaptées

et raisonnées (l’agriculture citoyenne), la traçabilité des applica-

tions chimiques devrait constituer la pre m i è re application

concrète des techniques de précision. Cette traçabilité devra per-

m e t t re d’objectiver l’ampleur des problèmes de pollution notam-

ment et de relativiser les marges d’évolution des techniques et des

pratiques qui ne sont à priori pas infinies.


L’agriculture de précision en France :

état de la situation et questions posées

Gilles Thevenet, Denis Boisgontier

ITCF - Direction Scientifique

Tél : 01 44 31 10 00


Concept et enjeux

Au delà de sa forte médiatisation mettant en avant les nouvelles

technologies qui se développent dans le monde agricole aujour-

d’hui, l’agriculture de précision est un concept de conduite des

p a rcelles agricoles qui part du constat de l’existence de variabili-

té à l’intérieur de la parc e l l e .

P re n d re en compte cette variabilité pour la conduite des culture s

revient à utiliser les diff é rentes zones qu’il est possible d’identifier

au sein de la parcelle comme base de raisonnement de la prise de

décision. La “difficulté” de cette pratique réside aujourd’hui dans

l’identification des diff é rentes zones au sein de la parcelle et dans

les prises de décisions adéquates.

Pour l’agriculteur, la modulation intraparc e l l a i re peut concern e r :

• l’ensemble des opérations culturales : le travail du sol, le semis,

les apports d’amendements, les apports d’engrais, la pro t e c t i o n

des cultures (mauvaises herbes, maladies fongiques), l’irrigation ;

• l’ensemble des cultures : grandes cultures, cultures maraichè-

res, industrielles, culture s .

Mais on ne peut l’appliquer que si elle est :

• a g ronomiquement nécessaire ;

• techniquement possible ;

• économiquement intéressante.

Depuis longtemps déjà, bon nombre d’agriculteurs font varier

leur dose de semis, d’azote, etc., selon la nature de sol re n c o n t r é e

sur la parcelle. Cependant, la pratique “à vue” est remise en cause

par les nouvelles technologies comme le GPS, l’utilisation

d’images satellitales, de capteurs, etc. qui devraient perm e t t re de

mieux appréhender et pre n d re en compte la variabilité intrapar-

c e l l a i re .

L’ a g r i c u l t u re de précision est donc à considére r c o m m e un pas

s u p p l é m e n t a i re vers plus de précision pour les opérations cultu-

rales par la pratique de la bonne intervention (dose, réglage, …)

au bon moment et au bon endroit. En gérant au mieux la pro-

duction de ses parcelles l’agriculteur peut :

• a c c ro î t re son bénéfice et augmenter la compétitivité de ses pro-

duits (en quantité et/ou en qualité) ;

• mieux pre n d re en compte la protection de l’enviro n n e m e n t .

L’ a g r i c u l t u re de précision à travers le monde

Le concept d’agriculture de précision sous sa forme actuelle, c’est

à dire la prise en compte de la variabilité intraparc e l l a i re avec des

moyens technologiques nouveaux (tels que les systèmes GPS, les

capteurs de rendement, …) est né aux Etats-Unis il y a mainte-

nant plus de 15 années avec les étapes suivantes :

• en 1985, des chercheurs de l’Université du Minnesota ont uti-

lisé des cartes des sols au 1/20 000 digitalisées afin de faire varier

les apports d’amendements calciques sur des parcelles agricoles.

A cette époque apparait la pratique du grid-sampling : les prélè-

vements pour analyse se font avec un maillage fixe (environ un

point par hectare) ;

• fin des années 80-début des années 90 : les cartes de teneur en

éléments minéraux issues du grid-sampling permettent de réali-

ser des cartes de préconisations pour les apports en modulé des

éléments fertilisants et pour les corrections de pH ;

• 1993 : début de l’utilisation des capteurs de rendement ;

• milieu des années 90 : développement de l’utilisation des capteurs

de rendement et des systèmes GPS. En 1994, les capteurs de re n -

dement étaient estimés à 1200 puis 4400 en 1995, 8000 en 1996

et plus de 17 000 en 1997 dont la moitié avec systèmes GPS ;

• en 1998, environ 6 millions d’hectares ont été cart o g r a p h i é s

avec des capteurs de rendement reliés à des systèmes GPS et

beaucoup plus sont couverts avec des cartographies issues du

“ g r i d - s a m p l i n g ” .

L’ o ff re en matériels et services pour l’agriculture de précision est

a u j o u rd’hui “conséquente”, principalement sous l’impulsion de :

• f i rmes de l’agro - f o u rn i t u res et principalement Case-IH, Ag

C h e m …

• coopératives comme Cenex/Land O’Lakes, Illini FS…

• conseillers privés spécialisés dans l’agriculture de précision ;

• société de l’informatique et de l’électronique comme ESRI,

Trimble, …

L’ a g r i c u l t u re de précision aux Etats-Unis concerne principalement

a u j o u rd’hui les régions de production de la betterave, du maïs et

du soja. Elle commence à se développer dans les régions de pro-

duction du coton et du blé.

Ailleurs dans le Monde, l’agriculture de précision se développe à

un rythme plus ou moins important selon les pays. Parmi les pays

les plus avancés pour l’utilisation des nouvelles technologies, on


t rouve le Canada (cultures du maïs, de la betterave, du blé et la

pomme de terre) et l’Australie (blé et canne à sucre ) .

En Europe la pratique de l’agriculture de précision a commencé à

se développer dans le début des années 1990 et en particulier en

A n g l e t e rre sous l’impulsion de Massey-Ferguson et du Silsoe

R e s e a rch Institute.

Un colloque sur “L’ a g r i c u l t u re de précision vue par les utilisa-

teurs” a été organisé par Massey-Ferguson le 1e r mars au SIMA99.

En France l’utilisation des nouvelles technologies (GPS et capteur

de rendement) a démarré lors de la campagne 1997-98.

A u j o u rd’hui on peut estimer à une trentaine le nombre d’utilisa-

teurs de ces moyens. Les pratiques agricoles en France et aux

Etats-Unis sont diff é rentes, le transfert des technologies larg e m e n t

utilisées outre-Atlantique doit se faire avec pru d e n c e .

Nouvelles technologies et variabilité intraparc e l l a i re

Les nouvelles technologies qui devraient re n d re la modulation

des opérations culturales au sein d’une même parcelle plus opé-

rationnelle, au sens fiabilité agronomique et facilité d’utilisation

par l’agriculteur, sont au nombre de quatre :

1• le positionnement géographique des engins agricoles pendant

le travail et des informations collectées sur les parcelles avec le

Global Positionning System appelé GPS ;

2• la possibilité de collecter des informations intraparc e l l a i res à

l’aide de capteurs ;

3• la gestion géoréférencée des informations parc e l l a i res avec

l’utilisation d’un Système d’Information Géographique (SIG) ;

4• le contrôle automatique des engins agricoles permettant la

variation des réglages en continu sans intervention de l’agricul-

t e u r.

La variabilité intraparc e l l a i re peut concern e r :

• le sol (l’ensemble de ses propriétés physiques, mécaniques et

chimiques) ;

• la plante cultivée (stades de développement, maladies, re n d e-

ment, “qualité”, ...) ;

• la flore et les maladies fongiques ;

• plus rarement le climat.

En ce qui concerne la variabilité du sol, diff é rents moyens peu-

vent être mis en œuvre pour la caractériser :

• la connaissance de ses parcelles par l’agriculteur ;

• les cartes des sols à une échelle suffisamment détaillée (au

moins au 1/25 000) ;

• les prélèvements de sol pour analyse avec un maillage fixe pré-

d é t e rminé ;

• les prélèvements de sol pour analyse avec échantillonnage

orienté à partir d’autres informations comme les cartes de re n d e-

ment, les photographies aériennes ou images satellitales dispo-

n i b l e s ,

• les images satellitales, les photographies aériennes ou les cart e s

de rendement ;

• seules, les cartes de rendement ne peuvent donner l’inform a-

tion sur la variabilité de pro f o n d e u r, mais elles peuvent “orienter”

la réalisation des mesures sur des zones spécifiques ;

• les capteurs quand ils seront opérationnels.

A u j o u rd’hui, pour la mesure de la variabilité intraparc e l l a i re de la

c u l t u re c’est principalement la cartographie de rendement qui est

pratiquée dans le cadre du concept de l’agriculture de précision.

Elle est réalisée à l’aide d’un capteur de rendement embarqué sur

moissonneuse-batteuse et associé à un système GPS. Son utilisa-

tion est largement répandue aux Etats-Unis et commence à se

développer en France.

L’interprétation des cartes de rendement doit se faire avec pru-

dence, en effet la variabilité du rendement n’est que la résultante

de la variabilité intraparc e l l a i re, elle n’en est pas la cause.

Les trois phases de l’agriculture de précision

• Etape 1 : mise en évidence

et caractérisation de la variabilité intraparc e l l a i re :

Déceler la variabilité intraparc e l l a i re n’est pas l’étape qui, techni-

quement parlant, pose aujourd’hui le plus de problèmes pour

l’agriculteur qui souhaite se lancer dans l’agriculture de précision.

La limite est essentiellement économique : quel est le coût accep-

table de cette phase ? D’une manière globale diff é rents moyens

sont à mettre en œuvre :

• d’une part les observations réalisées par l’agriculteur et la

connaissance qu’il a de ses parcelles. Elles sont le fondement de

la base de données nécessaire à la caractérisation, puis la valori-

sation des hétérogénéités intraparc e l l a i res ;

• d ’ a u t re part les cartographies qui seront réalisées sur chacune

des parcelles. Les paramètres à cartographier vont dépendre de

l’opération culturale à réaliser.

• Etape 2 : prise en compte de la variabilité

i n t r a p a rc e l l a i re dans le processus qui amène

à la prise de décision de conduite des cultures :

Cette étape nécessite de compre n d re l’origine et l’impact de la

variabilité intraparc e l l a i re tant vis à vis de l’opération culturale à

réaliser (décision opérationnelle) que pour l’exploitation dans sa

globalité (incidence économique et environnementale). C’est à ce

stade que le concept d’agriculture de précision trouve aujourd ’ h u i

son point faible. En effet, compte tenu de la masse import a n t e

d ’ i n f o rmation que fournissent les nouvelles technologies, elles

amènent souvent, pour l’instant, plus de questions qu’elles ne

sont censées en résoudre .

La décision doit être basée sur des modèles d’aide à la décision.

Ceux développés depuis près de vingt ans ne sont pas forc e m e n t

adaptables directement à la conduite modulée des parcelles. La

p rudence est donc de mise avant toute décision.


La décision finale appartient à l’agriculteur, en fonction de la fai-

sabilité technique, de l’intérêt économique et de l’impact sur l’en-

v i ro n n e m e n t .

• Etape 3 : mise en œuvre des décisions

de modulation sur la parc e l l e

C’est l’étape qui pose le moins de problème compte tenu des

avancées technologiques récentes. Le seul problème aujourd ’ h u i

en France à ce niveau est la disponibilité, chez les agriculteurs, du

matériel susceptible d’appliquer en modulé les apports d’intrants.

Pour la mise en œuvre de la conduite modulée des parcelles, deux

pratiques sont possibles :

La modulation en temps réel : c’est l’utilisation de capteurs

e m b a rqués actionnant directement le matériel pendant le travail.

La modulation fondée sur l’utilisation de cartes de préconisa-

tions : c’est actuellement la pratique la plus utilisée dans le cadre

de la conduite modulée des parcelles. La qualité des cartes de pré-

conisations repose sur :

• la qualité des informations acquises sur la parcelle ;

• le type de traitement géostatistique des informations de base ;

• la qualité des modèles agronomiques utilisés. Des travaux sont

e n c o re nécessaires pour adapter les modèles agronomiques utili-

sés aujourd’hui à la pratique de l’agriculture de précision.

Que faire aujourd ’ h u i

Très certainement comme cela s’est produit aux Etats-Unis, au

Canada, en Australie et dans certains pays européens (Angleterre ,

Allemagne, Danemark et la Suède) l’agriculture de précision va

p ro g ressivement se développer sous l’impulsion de l’utilisation

des nouvelles technologies par les agriculteurs et principalement

les capteurs de re n d e m e n t .

Les conseils qu’il est possible de donner aujourd’hui sont :

• investir avec prudence dans les équipements nécessaires à la

pratique de l’agriculture de précision : système GPS et outils per-

mettant la modulation intraparc e l l a i re en s’assurant principale-

ment de la compatibilité entre les diff é rentes informatiques et

é l e c t roniques embarquées ou à la ferme. En effet aucune norm e

n’est pour l’instant établie à ce sujet ;

• ne pas se précipiter pour réaliser des modulations intraparc e l-

l a i res dès les pre m i è res années. Bien commencer par la pre m i è re

phase : c’est la constitution d’une base de données sur la parc e l l e

et sur plusieurs années qui doit perm e t t re de compre n d re puis

d’utiliser la variabilité intraparc e l l a i re pour optimiser la pro d u c-

tion de la parcelle. Pour certaines opérations culturales comme les

c o rrections de pH, ou les apports de fumure phospho-potassique,

la modulation peut être envisagée rapidement si économique-

ment cela s’avère intéressant ;

• choisir un logiciel de type SIG qui intègre toutes les fonction-

nalités nécessaires à la valorisation de la variabilité intraparc e l l a i-

re. L’ITCF en partenariat avec la société ESRI France présente au

SIMA un SIG dédié à l’agriculture de précision. Il intégre les fonc-

tionnalités d’un “SIG classique” pour gérer l’information intrapar-

c e l l a i re (données géoréférencées comme celles produites par les

capteurs de rendement ou issues de prélèvements de sol, images

satellitales, photos aériennes, ...) ainsi que les modèles agro n o-

miques nécessaires à la prise de décisions de conduite modulée

des cultures ;

• ne pas hésiter à partager l’expérience entre agriculteurs ;

• f a i re appel à des conseillers agricoles qui se spécialisent dans

l ’ a g r i c u l t u re de précision. En France, plusieurs sociétés pro p o s e n t

déjà un service spécifique “agriculture de précision” Il peut aller

du prélèvement de sol géoréférencé jusqu’à l’application en

modulé. Parmi ces sociétés, on trouve : Agrisat, Prolog, Geosys,

Hölzl, Essais+, Satplan, ...


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Photo de couvert u re : taux de couvert u re d’une parcelle de blé (19.05.98). ©INRA Bioclimatologie - Av i g n o n

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