#ECPA2017 : les trajectoires d’adoption en agriculture de précision

Pour ce papier, présenté lors de la Conférence Européenne d’Agriculture de Précision (ECPA2017) à Édimbourg, des chercheurs de l’université du Kansas ont utilisé une base de données historique pour décrire les trajectoires d’adoption de technologies d’agriculture de précision par des agriculteurs américains.

Pour cela, ils se sont concentrés sur 3 technologies : le capteur de rendement (YM), la cartographie des sols (PSS) et la modulation intra-parcellaire (VR). Ils ont caractérisé les 8 combinaisons possibles sur l’adoption de ces 3 technologies. Par exemple aucune technologie adoptée (None) ou adoption du capteur de rendement et de la modulation intra-parcellaire (YM VR) ou encore adoption des 3 technologies (YM PSS VR). Ils ont ensuite construit une matrice de transition pour décrire la probabilité qu’un agriculteur se retrouve à un niveau d’adoption donné sur l’année n en connaissant son niveau d’adoption sur l’année n-1. C’est cette matrice que l’on retrouve ci-dessous.

precision agriculture adoption

Au delà de la méthode qui a le mérite de valoriser des données issues d’une association de producteurs de manière originale, cet article fait ressortir quelques résultats intéressants. Le premier d’entre eux est que le processus d’adoption est globalement lent puisque la probabilité qu’un agriculteur ait le même équipement que l’année passée est d’environ 90% et ce quelque soit son équipement actuel. La dynamique est globalement vers une adoption croissante mais la probabilité que des agriculteurs abandonnent l’utilisation de ces technologies n’est pas nulle. Enfin, ce tableau traduit bien le coté itératif de l’adoption avec une probabilité nulle que des agriculteurs non équipés le soient totalement l’année suivante.

Les auteurs soulignent l’intérêt de ces résultats pour l’orientation des politiques publiques d’accompagnement à l’adoption mais aussi pour les sociétés qui vendent ces technologies et qui ont donc intérêt à comprendre le comportement des agriculteurs.

Ce papier a par ailleurs reçu le prix du « best paper award » de cette 11ième conférence européenne d’agriculture de précision.

precision agriculture adoption

Retrouvez l’article sur : https://www.researchgate.net/publication/317287805_Farmers’_Adoption_Path_of_Precision_Agriculture_Technology

 

En direct d’ECPA : Comment générer des cartes de rendement fiables à grande échelle ?

image_ECPA_GalloC’est la question que s’est posée l’entreprise viti-vinicole Gallo (Californie). L’entreprise a équipé toutes les entreprises de machines à vendanger assurant la récolte sur l’aire d’approvisionnement de la winery, avec des capteurs de rendement. Plus de 50 machines ont ainsi été équipées avec le système ATV (Australie) permettant de peser la vendange qui transite par le convoyeur latéral d’évacuation de la vendange. Les machines sont également équipées de dGPS permettant de localiser toutes les données de pesées. L’ensemble du dispositif couvre une surface de vendangée d’environ 5000 hectares. Les problèmes rencontrés sont multiples (formation et sensibilisation des chauffeurs de machine, collecte des données, etc.). L’un des problèmes majeur reste que le capteur de pesée embarqué doit être étalonné par une pesée de la courroie à vide. Cette procédure contraignante ne peut être demandée aux chauffeurs de machine (en plus des opérations d’entretien et de réglage classiques). Il en résulte de grosses différences entre les données acquises par les machines. Ce problème est clairement visible (cf. figure) lorsque deux machines récoltent la même parcelle; des bandes de rendement artificiellement plus élevé ou plus faible apparaissent alors en fonction des zones récoltées par chacune des machines. Afin de pallier ce problème, l’entreprise a exploré plusieurs approches destinées à effectuer un étalonnage « en ligne » en limitant les opérations de saisie supplémentaires et en profitant de la logistique du chantier de récolte (pesée des bennes en entrée de cave). La communication présentée par un chercheur de l’entreprise Gallo vise à partager l’expérience acquise au cours des 4 années de développement de la méthode. L’enjeu est une démarche de traçabilité automatisée permettant d’associer chaque pesée de benne en cave avec les données de la machine à vendange.

A noter, que l’élaboration systématique des carte de rendement s’inscrit dans une démarche de meilleure maîtrise des volumes de raisin apportés. L’idée est de développer un véritable service de conseil intégré auprès des viticulteurs afin de les aider à mieux maîtriser leurs rendement et la variabilité des parcelles : Quoi de mieux que de visualiser le résultat en fin de cycle (carte de rendement) pour quantifier les changement de pratique et voir leurs effets de manière objective !

Référence : B. Sams, C. Litchfield, L. Sanchez and N. Dokoozlian, 2017. Two methods for processing yield maps from multiple sensors in large vineyards in California. Advances in Animal Biosciences: Precision Agriculture (ECPA) 2017, (2017), p 530–533. doi:10.1017/S2040470017000516

 

En direct de la conférence ECPA : le contrôle de section des charrues arrive !

ECPA (European Conference on Precision Agriculture) réunit tous les deux ans, les scientifiques européens (et du monde entier) sur le théme de l’agriculture de précision. Cette année la conférence se tient à Edimbourg (17-20 Juillet) et réunit environ 450 scientifiques et représentant d’entreprises.

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Un petit focus sur une des présentations intéressantes afin de partager certaines avancées dans le domaine de l’agriculture de précision. Cette communication concerne le contrôle de sections des Charrues. Un travail présenté par une équipe de recherche Danoise en relation avec la société AgroIntelli. L’augmentation de la longueur des charrues (et du nombre de corps de charrue associé) entraîne nécessairement une augmentation de la largeur des tourniéres en bout de parcelle. Cet aspec est problématiques puisque les tourniéres doivent faire l’objet d’un passage spécifique consommateur d’énergie et susceptible d’être néfaste pour le sol (double passage, compaction, double retournement de certaines parties des tourniéres avec dilution, remontée de semences de mauvaises herbes, etc.). Afin de limiter ces problèmes, l’université d’Arrhus (en collaboration avec la société AgroIntelli) proposent de contrôler chaque corps de charrue de manière indépendante. Une vidéo de démonstration (cf. figure ci-dessus) montre que le prototype est fonctionnel. Le principe consiste à localiser précisément la charrue et à contrôler hydrauliquement, l’abaissement de chaque corps de charrue de manière indépendante. Le système joue également le rôle d’élément de sécurité en contrôlant le relevage de chaque corps dés que la résistance devient trop importante (présence d’enrochement).

Références :  S.K. Nielsen, L.J. Munkholm, M.H. Aarestrup, M.H. Kristensen and O. Green. 2017. Advances in Animal Biosciences: Precision Agriculture (ECPA), pp 444–449. doi:10.1017/S2040470017000735

 

Le point sur les recherches en capteur d’invertébrés dans les cultures

Un article scientifique qui vient d’être publié dans le journal of precision agriculture par des chercheurs Australiens. Cet article fait le point sur l’état des recherches en matière de système de détection des invertébrés (Limaces, escargots, sauterelles, papillons, etc.) susceptibles de ravager les cultures. L’article est intéressant car il fait un point sur les recherches dans ce domaine en ayant une grille d’analyse « pratique » sur les possibilités d’application sur le terrain. Il considère les technologies susceptibles d’être intégrés dans des réseaux de mesure autonomes. L’article identifie deux axes de recherche prometteurs dans ce domaine :
– l’acoustique (mesure du son, des vibrations, etc.), avec des applications pour la détection des insectes dans le sol, dans les silos, dans le bois, etc.
– la vision artificielle (analyse d’images et reconnaissance de formes), selon les auteurs, la vision artificielle présente beaucoup d’avantages pour la détection des invertébrés in situ, les auteurs notent toutefois qu’il existe beaucoup de recherches menées en laboratoire sur la partie traitement et reconnaissance mais qu’il y a un problème évident de transfert de cette technologie pour des applications/validations en plein champs. Les auteurs proposent une analyse des verrous à lever pour arriver à des système de mesure opérationnels dans les cultures.

Résumé : (Precision agriculture needs integrated pest management (IPM), for which detection and identification of target invertebrate species is a prerequisite. Researchers have been developing various technologies to detect pests more efficiently and accurately. However, these existing sensing technologies still have limitations for effective infield applications. This review paper aims to explore the relative technologies and find a sensing method that has potential to detect and identify common invertebrates on crops, such as butterflies, locusts, snails and slugs. It was found that there are two main research branches for invertebrate detection and identification: acoustic sensing and machine vision system (MVS). Acoustic sensing is suitable for detecting and identifying pests in soil, stored grains and wood, while usually acoustic sensors need to be attached to samples for inspection, which causes difficulties for efficient infield applications. MVS has the potential to provide a more effective and flexible way to detect and identify invertebrates on crops. In recent work with MVS, the technologies of invertebrate identification have been intensively studied, however, infield detection is relatively weak. This review points out the current research gaps and then discusses the potential research directions.

référence : Liu, H., Lee, S. H., & Chahl, J. S. (2016). A review of recent sensing technologies to detect invertebrates on crops. Precision Agriculture, 1-32.

Quoi de neuf du côté des nano-technologies pour l’agriculture ?

Un article de synthése (review paper), d’une remarquable clarté et trés exhaustif, rédigé par des chercheurs de l’université de Chaudhary Devi Lal (Inde). Cet article fait le point sur les recherches actuelles dans le domaine des nano technologies appliquées à l’agriculture. Je dois avouer que cela faisait longtemps que j’attendais un article comme celui-là pour avoir une idée évolutions à attendre dans ce domaine. Associées au numérique (notamment par le développement d’une nouvelle génération de capteurs), les nano-technologies pourraient bien apporter des solutions pertinentes pour l’agriculture de demain. Les auteurs font ainsi un point sur toutes les nano-technologies susceptibles d’apporter des réponses intéressantes pour :
– la détection précoce et spécifique d’agents pathogénes sur les plantes et les animaux,
– l’encapsulation des matiéres fertilisantes pour en améliorer la diffusion lente au fur et à mesure des besoins des cultures (et limiter ainsi les pertes dans l’atmosphére et le sol),
– la détection d’éléments dangereux pour le santé humaine,
– la possibilité de développer (et comprendre l’action) d’une nouvelle génération de matiéres actives pour lutter contre les maladies,
– le développement de nouveaux procédés pour réguler la croissance et le développement,
L’article fait également une large discussion sur les risques associés à la toxicité de ces nano-technologies. Je vous laisse la surprise de regarder mais beaucoup de procédés reposent sur l’utilisation de molécules telles que le cuivre ou le souffre qui sont déjà largement utilisées en agriculture (y compris en agriculture biologique).

résumé : Nanotechnology is an interdisciplinary research field. In recent past efforts have been made to improve agricultural yield through exhaustive research in nanotechnology. The green revolution resulted in blind usage of pesticides and chemical fertilizers which caused loss of soil biodiversity and developed resistance against pathogens and pests as well. Nanoparticle-mediated material delivery to plants and advanced biosensors for precision farming are possible only by nanoparticles or nanochips. Nanoencapsulated conventional fertilizers, pesticides and herbicides helps in slow and sustained release of nutrients and agrochemicals resulting in precise dosage to the plants. Nanotechnology based plant viral disease detection kits are also becoming popular and are useful in speedy and early detection of viral diseases. In this article, the potential uses and benefits of nanotechnology in precision agriculture are discussed. The modern nanotechnology based tools and techniques have the potential to address the various problems of conventional agriculture and can revolutionize this sector.

références : Duhan, J. S., Kumar, R., Kumar, N., Kaur, P., & Nehra, K. (2017). Nanotechnology: The new perspective in precision agriculture. Biotechnology Reports.

 

Un piége à insecte connecté spécifique de la mouche du fruit (oranger, citronnier)

Des chercheurs israéliens de l’institut Volcani center, viennent de publier, dans un journal scientifique, le principe et les résultats d’un piège à insecte connecté spécifique à la mouche du fruit (oranger, citronnier)-(Ceratitis capitata). D’autres pièges à insecte (adaptés à d’autres espèces et d’autres cultures) ont déjà été présentés dans ce blog. Cet article scientifique mérite d’être mentionné pour plusieurs raisons : i) il montre que les pièges connectés font l’objet d’une recherche active par plusieurs entreprises et laboratoires dans le monde, ii) il constitue un exemple de culture et de ravageur pour lesquels il n’y avait pas de solutions connectées jusqu’à aujourd’hui, iii) rare sont les articles scientifiques qui présentent des résultats dans ce domaine. Le piége à insecte présenté s’inspire largement d’un piège préalable existant (piège Steiner lure)  qui consiste à attirer les mouches avec une substance chimique et à les tuer avec un insecticides. Le dispositif proposé consiste à inclure un entonnoir avec un tube transparent traversé par un faisceau lumineux. Dés qu’une mouche est tuée, celle-ci tombe en bas du piège et le comptage est effectué à chaque obstruction de la barrière lumineuse. Fort des essais terrain effectués, les chercheurs ont mis en oeuvre des astuces permettant de maximiser la justesse des comptages comme par exemple : la mise en place de deux tubes de comptage pour limiter les oublis, la mise en place d’un temps de latence de quelques ms pour éviter les doubles comptages, etc.

résumé : Continuous monitoring of population fluctuations is important to improve the control of economic pests. The Mediterranean fruit fly [medfly; Ceratitis capitata (Wiedemann)] is a major economic pest of fruit crops worldwide, particularly in the Middle East. The current medfly weekly monitoring method, manual counting, results in a suboptimal spraying frequency in citrus orchards. This paper describes the development of an automatic trap for sequential medfly remote monitoring. To our knowledge, it is the first automatic trap developed for medfly monitoring. A new cylinder-shaped trap was designed, and optical sensors specifically created for detecting and counting dead or stunted Medflies were embedded in it. Field tests were conducted to estimate the trapping efficiency, accuracy and over-counting of the medfly Automatic Traps (medfly-ATs). medfly-ATs and Steiner traps were placed in commercial citrus orchards over five different periods between the years 2013 and 2015. The medfly-AT and conventional Steiner trap were found to have similar trapping efficiencies under field conditions. The accuracy of the medfly-AT counts ranged between 88% and 100%; the absolute over-counting in all experimental sites and periods was three flies. Over-counting was mostly due to ants and rain. The paper discusses the importance of field tests in evaluating the performance of automatic traps. Results of an informal experiment conducted in a commercial orchard showed that daily monitoring using the medfly-AT device holds promise for reducing insecticide applications, but extensive in-field experiments should be conducted to prove it.

références : Goldshtein, E., Cohen, Y., Hetzroni, A., Gazit, Y., Timar, D., Rosenfeld, L., … & Mizrach, A. (2017). Development of an automatic monitoring trap for Mediterranean fruit fly (Ceratitis capitata) to optimize control applications frequency. Computers and Electronics in Agriculture, 139, 115-125.

La modulation du travail du sol en agriculture de précision : une option peu étudiée

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Il s’agit d’un article de synthèse rédigé par deux chercheurs (université Kemal-Turquie et université de Pensylvany-Etats Unis). L’article est issu d’une conférence, il n’est pas récent mais il vient d’être mis en ligne sur le site research gate. Son intérêt est de faire le point sur une pratique qui est peu abordée dans le domaine de l’agriculture de précision : celle de la modulation du travail du sol. A l’heure où beaucoup d’agronomes remettent en cause le travail du sol traditionnel et où les techniques sans labour sont présentées comme une alternative intéressante pour lutter contre l’érosion ou pour favoriser la vie dans les sols. La modulation du travail du sol pourrait constituer une alternative intéressante là où les techniques sans labour s’appliquent mal ou donnent de mauvais résultats (sols compacts, argileux, etc.). En effet, dans bien des situations, les techniques simplifiées ne présentent pas que des avantages, on pourra citer entre autres des problèmes sanitaires plus importants, une utilisation plus importante d’herbicides, une variabilité importante de la matiére organique dans le sol, etc. Dans ces situations, il est nécessaire d’offrir des solutions aux agriculteurs pour limiter l’impact des techniques de travail du sol classiques. Pour répondre à ce problème, la modulation du travail du sol a beaucoup été étudiée au début des années 2000. Le concept est simple, il consiste à moduler la profondeur de travail ou l’action de l’outil en fonction des propriétés du sol (compaction, force de rupture, texture, etc.). D’après les auteurs cette technique offrirait des avantages tels que : moins d’intrants énergétique fossile consommé et des perturbations du sol moins importantes qui contribueraient à limiter l’érosion, la dilution de la matière organique, etc. L’article fait le point sur les prototypes qui ont été conçus pour mettre en oeuvre cette pratique. Il fait également le point sur les systèmes de mesure qui ont été proposés pour capter en ligne (ou avant le passage de l’outil) les caractéristiques physiques du sol permettant d’adapter le travail de l’outil aux conditions particulières rencontrées. Malheureusement, l’article ne précise pas si des essais à moyen terme ont été réalisés pour effectivement valider l’intérêt de ces approches sur l’érosion des sols, les aspects sanitaires, le contrôle des adventices ou la vie dans les sols.

On pourra télécharger l’article ici ; 2010-Gorucu-Keskin-Advance-tillage-son

Influence du vent sur les mesures de végétation (3D) par proxi-détection

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Source : Andújar et al., 2017

Un article scientifique publié par des chercheurs de l’Institutdes sciences agronomiques de Madrid (Espagne) dans le journal Sensors. Cet article reste anecdotique dans le vaste domaine de l’agriculture de précision. Toutefois il met en évidence la maturité de ces technologies en agriculture. En effet la « premiére génération » d’articles dans ce domaine s’est focalisée (et se focalise encore) sur le lien entre les observations fournies par ce type de capteur avec des variables agronomiques d’intérêt. Cet article marque une « deuxiéme génération » d’études dans ce domaine puisqu’il s’intéresse à la robustesse de la mesure dans les conditions parfois difficiles du monde de l’agriculture. Notons que l’incidence de la lumiére fait partie des premiers travaux dans ce domaine, mais cet article adresse un nouveau type de question qui, à ma connaissance, n’avait jamais été explorée jusqu’à aujourd’hui et qui est assez pertinent : le vent et les déformations de la canopée qu’il provoque, a-t-il une incidence sur la mesure effectuée avec un capteur de végétation ?

Pour répondre à cette question, les chercheurs se sont intéressés à un capteur de proxi détection assez évolué qui permet d’estimer les caractéristiques 3D de la végétation. Ils se sont intéressés à deux types d’espèces avec des architectures différentes : les peupliers et les pruniers. l’analogie à des cultures pérennes (olive, vigne, fruitier, etc.) est donc possible.  Ils ont effectué des répétitions de mesures dans des conditions de vents différentes. Les résultats montrent des réponses différentes selon les espèces et la vitesse du vent. Les estimations de surface et de volume de canopée restent généralement plus cohérentes pour les pruniers que pour les peupliers pour des vitesses de vent élevées. Les mesures sur peupliers sont particulièrement affectées par des vitesses de vent supérieures à 5 m · s-1. Ces résultats montrent que l’utilisation de capteurs de proxi-détection (images 3D) pour la caractérisation des plantes pérennes doit considérer la vitesse du vent dans certains cas. En général, les auteurs préconisent un seuil de vitesse de vent de 5 m · s-1 (18 km · h-1) comme une limite prudente pour maximiser la qualité des estimations.

résumé : Weather conditions can affect sensors’ readings when sampling outdoors. Although sensors are usually set up covering a wide range of conditions, their operational range must be established. In recent years, depth cameras have been shown as a promising tool for plant phenotyping and other related uses. However, the use of these devices is still challenged by prevailing field conditions. Although the influence of lighting conditions on the performance of these cameras has already been established, the effect of wind is still unknown. This study establishes the associated errors when modeling some tree characteristics at different wind speeds. A system using a Kinect v2 sensor and a custom software was tested from null wind speed up to 10 m·s−1. Two tree species with contrasting architecture, poplars and plums, were used as model plants. The results showed different responses depending on tree species and wind speed. Estimations of Leaf Area (LA) and tree volume were generally more consistent at high wind speeds in plum trees. Poplars were particularly affected by wind speeds higher than 5 m·s−1. On the contrary, height measurements were more consistent for poplars than for plum trees. These results show that the use of depth cameras for tree characterization must take into consideration wind conditions in the field. In general, 5 m·s−1 (18 km·h−1) could be established as a conservative limit for good estimations.

référence : Andújar, D., Dorado, J., Bengochea-Guevara, J. M., Conesa-Muñoz, J., Fernández-Quintanilla, C., & Ribeiro, Á. (2017). Influence of Wind Speed on RGB-D Images in Tree Plantations. Sensors, 17(4), 914.

La détection de la Flavescence dorée par drone : premiers résultats scientifiques

Rappelons que la détection de la flavescence dorée (FD) constitue un enjeu important pour une grande partie du vignoble français. Il y a une forte attente de la filière en outils permettant de rationaliser le suivi et l’inventaire des foyers de cette maladie. Le drone est souvent cité dans les revues techniques comme un outil avec une forte potentialité, toutefois, il existe peu (voire pas) d’articles scientifiques présentant une méthode et des résultats rigoureux de détection de la flavescence dorée par drone. C’est la raison pour laquelle ce travail publié par des collègues de l’école de Purpan mérite d’être mentionné. Il est (à notre connaissance) le premier article scientifique dans ce domaine.

L’expérimentation a été réalisée dans le vignoble gaillacois. Son objectif est d’évaluer la faisabilité de discriminer les symptômes de Flavescence dorée de vignes saines sur des cépages rouges et blancs à partir d’images multispectrales à très haute résolution. L’intérêt de l’étude réside dans une base de données exhaustives de vérité terrain acquises en septembre 2015 sur quatre parcelles (avec une mesure des symptômes et un gradation de ces derniers trés précises). Simultanément, des images multispectrales de drone ont été acquises et les signatures spectrales de plantes saines et symptomatiques ont été étudiées en considérant un ensemble de 20 variables (bandes spectrales, indices de végétation et paramètres biophysiques) calculées à partir des bandes spectrales. L’étude a été réalisée en utilisant des approches de classification univariée et multivariée. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec les cépages rouges (que ce soit en utilisant des approches univariées et multivariées). Pour les cépages blancs, les résultats sont moins évidents quelle que soit la variable considérée et l’approche de classification testée. Néanmoins, l’évaluation de l’erreur montre que, malgré les problèmes de confusion entre les pixels correspondant à de la Flavescence dorée et les pixels de plante saine, il semble possible de proposer une technique opérationnelle de détection et de cartographie de symptômes susceptibles de correspondre à de  la Flavescence dorée sur la base d’images multispectrales de drones. En fin d’article, les auteurs discutent de la nécessité de conduire des expérimentations incluant d’autres désordres (biotiques et/ou abiotiques) que ceux de la flavescence dorée afin de vérifier la spécificité des variables pertinentes identifiées.

Flavescence dorée is a grapevine disease affecting European vineyards which has severe economic consequences and containing its spread is therefore considered as a major challenge for viticulture. Flavescence dorée is subject to mandatory pest control including removal of the infected vines and, in this context, automatic detection of Flavescence dorée symptomatic vines by unmanned aerial vehicle (UAV) remote sensing could constitute a key diagnosis instrument for growers. The objective of this paper is to evaluate the feasibility of discriminating the Flavescence dorée symptoms in red and white cultivars from healthy vine vegetation using UAV multispectral imagery. Exhaustive ground truth data and UAV multispectral imagery (visible and near-infrared domain) have been acquired in September 2015 over four selected vineyards in Southwest France. Spectral signatures of healthy and symptomatic plants were studied with a set of 20 variables computed from the UAV images (spectral bands, vegetation indices and biophysical parameters) using univariate and multivariate classification approaches. Best results were achieved with red cultivars (both using univariate and multivariate approaches). For white cultivars, results were not satisfactory either for the univariate or the multivariate. Nevertheless, external accuracy assessment show that despite problems of Flavescence dorée and healthy pixel misclassification, an operational Flavescence dorée mapping technique using UAV-based imagery can still be proposed.

Références : Albetis, J., Duthoit, S., Guttler, F., Jacquin, A., Goulard, M., Poilvé, H., … & Dedieu, G. (2017). Detection of Flavescence dorée Grapevine Disease Using Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Multispectral Imagery. Remote Sensing, 9(4), 308.