Stage – Analyse de données issues de capteurs connectés pour l’agriculture

Contexte du stage

EXOTIC SYSTEMS se prépare à entrer sur le marché très spécifique des outils numériques au service des agriculteurs. L’entreprise élabore une gamme d’objets connectés compagnons, sur lesquels l’agriculteur peut compter pour l’alerter d’évènements nécessaires à l’organisation de son travail et à sa prise de décision au quotidien dans son exploitation.

Pour accompagner la conception des produits, un réseau de capteurs tests est mis en place grâce à des exploitations agricoles partenaires.

Missions proposées

Vous serez chargé, dans le cadre du réseau test, de conduire une analyse statistique des données issues des capteurs. Vous caractériserez leur comportement au quotidien dans les exploitations agricoles.

Cette analyse vous permettra de valoriser les données récoltées en les mettant en relation avec :

  • L’évolution des conditions météorologiques sur les exploitations agricoles grâce à des capteurs de référence,
  • Les évènements ponctuels inhérents à la vie d’une exploitation agricole,
  • La prise de décision des agriculteurs.

Vous participerez ponctuellement à la mise en place des capteurs pour mieux appréhender les particularités des phénomènes et des évènements typiques aux exploitations agricoles que vous analyserez.

On compte sur vos qualités

Vous avez des compétences dans le traitement et la valorisation de données issues de capteurs.

Vous avez une bonne connaissance du milieu agricole et êtes curieux et motivé par la découverte de produits électroniques et communicants.

Vous aimez expérimenter et partager vos retours d’expériences avec une équipe pluridisciplinaire.

D’un naturel débrouillard et autonome, vous savez faire preuve d’initiative et de pragmatisme.

Vous êtes rigoureux et organisé.

Les atouts du stage

Intégrer une équipe passionnée, créative et ambitieuse.

Des missions riches et variées, en autonomie.

Participer à l’élaboration d’une gamme de produits innovants pour changer le monde et goûter à l’adrénaline du quotidien d’une start-up.

Les conditions

Stage d’une durée de 3 mois minimum, idéalement 6 mois.

Rattaché à l’équipe R&D.

Basé à Clermont-Ferrand (63).

Déplacements ponctuels sur des exploitations expérimentales ou partenaires à prévoir.

Contact

oriane.ferre@exotic-systems.com

La 3D en viticulture : une technologie qui arrive à maturité selon les derniéres recherches

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Images 3D d’un vignoble réalisé à partir d’images de drones (sources Montpellier SupAgro)

Deux articles publiés à quelques semaines d’écart font état de recherches où des mesures 3D issues de drone sont mises en avant dans le domaine de la viticulture.

Le premier article (Pichon et al, 2016) publié dans la revue Oeno-one montre qu’il est tout à fait possible de produire un modéle numérique de terrain de qualité (erreur de l’ordre de 8 cm) avec des produits commerciaux fournis par trois sociétés (Airinov, Aerotec solution, Geofalco). L’article discute la qualité de cette information au regard des applications possibles pour caractériser les parcelles viticoles ou tout un bassin versant. En effet, les drones permettent d’acquérir des informations d’altitudes de qualité avec une très haute résolution spatiale (à condition de bénéficier de points de référence au sol). Cette information permet de répondre à des problématiques que les données ou les chaînes d’acquisition actuelles peuvent difficilement satisfaire que ce soit pour des raisons de précision, de résolution ou de prix. La 3D par drone ouvre ainsi la voie à une meilleure caractérisation du potentiel qualitatif des parcelles grâce à la possibilité de calculer des variables de caractérisation parcellaires telles que la pente, l’altitude, l’exposition, etc.. ). Elle ouvre aussi la voie à une meilleure caractérisation agro-environnementale des bassins viticoles grâce à la possibilité d’identifier l’écoulement de l’eau, la présence de fossés, etc.

Le deuxiéme article (Weiss et Baret, 2017) montre que la 3D permet d’accéder à des informations de caractérisation des parcelles telles que l’orientation des rangs, l’écartement entre les rangs et même la hauteur du palissage avec une erreur de l’ordre de 8 cm. Cette information a été extraite d’informations 3D fournies par la société Airinov. Cet article ouvre là encore des perspectives intéressantes permettant d’envisager des outils pour caractériser les parcelles de vigne à l’échelle d’un bassin de production et même une mesure de la hauteur de la canopée pour des applications en viticulture de précision.

Références :

Pichon, L., Ducanchez, A., Fonta, H., & Tisseyre, B. (2016). Quality of Digital Elevation Models obtained from Unmanned Aerial Vehicles for Precision Viticulture. OENO One, 50(3).
Weiss, M., & Baret, F. (2017). Using 3D Point Clouds Derived from UAV RGB Imagery to Describe Vineyard 3D Macro-Structure. Remote Sensing, 9(2), 111.

 

 

 

Les nouvelles technologies sont aussi un levier pour les petites exploitations

Avec quatre vidéos percutantes, l’organisation GODAN (Global Open Data for agriculture and nutrition) met en scéne 4 projets de développements autour des TIC à destination des petites exploitations et de l’agriculture familiale. Les solutions, basées sur FarmOS sont simples, efficaces et montrent à quel point des services bien pensés peuvent changer la vie de beaucoup de personnes sur terre. Le témoignage du pêcheur africain (épisode 1) est particulièrement touchant. A regarder sans modération.

Episode 1 – OPEN WATER
Episode 2 – OPEN FIELDS
Episode 3 – OPEN FARMS
Episode 4 – OPEN CLIMATE
See: http://farmos.org/

 

Les présentations du symposium Innovine en ligne

InnoVine est un projet collaboratif européen lancé en février 2013 et financé dans le cadre du programme KBBE (Knowledge Based Bio-Economy). Pendant une durée de 4 ans, il a associé 27 partenaires en provenance de 7 pays différents de la communauté européenne (France, Espagne, Italie, Allemagne, Portugal, Hongrie et Bulgarie) sur des aspects relatifs à la vigne.  Les 27 partenaires d’Innovine ont présenté les résultats acquis pendant le projet au cours d’un colloque final.

Les ressources du symposium sont en ligne à l’adresses suivante : https://www.vignevin-sudouest.com/publications/itv-colloque/2ndes-assises-vins-sud-ouest/colloqueinnovine.php

On pourra également visualiser les vidéos différentes présentations, celle sur l’ Etat de l’art sur les capteurs et les outils de monitorage en viticulture. Christophe Guizard (IRSTEA) et les Nouveaux capteurs et nouvelles technologies développés dans Innovine. Force A, Noveltis, ICVV, Agri Ciencia, intéressera particuliérement les lecteurs de ce blog.

 

VitiCanopy, l’application qui estime le LAI des vignes maintenant disponible sur Android !

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Une information communiquée par Lucie Chapurlat, une étudiante de SupAgro actuellement en stage à l’université d’Adélaide en Australie.

Le LAI (Leaf Area Index) est un paramètre qui rend compte de la surface végétale d’une culture, et donc, dans le cas de la vigne, de la vigueur et de l’ombrage, données essentielles à une conduite précise de la vigne. L’application VitiCanopy a été développée par des chercheurs des universités d’Adelaide et de Melbourne (Australie) dans le but de créer une alternative simple d’utilisation et accessible (elle est gratuite !) aux outils déjà existants, tel que le LAI-2000 ou des méthodes manuelles d’effeuillage/comptage. Il suffit d’utiliser la camera frontale de votre smartphone ou tablette posé au sol sous la canopée, et l’application se charge de calculer différents paramètres, dont notamment le LAI, la porosité, et un indice de compacité du feuillage. L’application peut se révéler très utile pour les viticulteurs désireux de gérer leurs vignes avec plus de précision, mais aussi pour faciliter le travail des chercheurs en viticulture.

Les résultats obtenus avec VitiCanopy ont été comparés avec plusieurs méthodes de référence pour s’assurer de leur fiabilité. Par exemple, les résultats sont estimés comparables avec ceux obtenus avec le LAI-2000 (R²=0.95). Pour en savoir lisez l’article entier ici (http://www.mdpi.com/1424-8220/16/4/585/htm).

Attention cependant, VitiCanopy a été paramétré sur des vignes en espalier palissé. Des tests sur les autres systèmes de conduite sont en cours.

L’agriculture de précision pour mieux comprendre la minéralisation de l’azote des amendements organiques

Cet article scientifique réalisé par des chercheurs australiens et états-uniens est intéressant car il propose une utilisation originale et nouvelle des outils et méthodes issues de l’agriculture de précision (AP). En effet, en AP, la proxy-détection (ou la télédétection) est habituellement utilisée pour détecter des variations des propriétés radiométriques associées à la chlorophylle et au statut azoté du couvert des cultures. Cette information est ensuite utilisée pour produire une préconisation sur la dose d’azote à apporter ou sur la manière de moduler ces apports au niveau inter ou intra-parcellaire. Dans cet article scientifique, la proxy-détection est utilisée comme un capteur permettant de suivre le statut azoté d’une culture ayant fait l’objet d’un amendement organique. L’objectif est donc de comprendre comment l’azote issu de cet amendement est minéralisé absorbé par la plante qui devient le capteur de la minéralisation de l’azote dans les conditions de l’expérimentation. Cette utilisation est originale puisqu’elle permet de mieux comprendre et de caractériser l’impact d’un itinéraire technique in-situ. L’étude a testé trois indices de végétation classiques mesurés à poste fixe sur une culture de laitue. Elle avait pour objectif de tester, sur deux saisons, différentes stratégies d’amendement associant de l’urée et du fumier de bovins. L’étude montre que l’acquisition in situ des propriétés radiométriques de la culture s’est révélée une technique fiable pour déterminer l’efficacité d’une combinaison optimisée entre Urée et fumier dans les conditions particulières considérées.

Résumé de l’article :
The use of proximal sensed vegetation indices can reduce the uncertainty linked to the N supplied by organic amendments in a horticultural field by detecting in-season crop N status. This research assessed the applicability of the three vegetation indices (VI) of NDVI, NDRE and CCCI to evaluate the in-season long term optimized strategy of applying organic amendments to a horticultural crop (lettuce) over two seasons. A conventional urea application rate (CONV) was compared with raw (Ma) feedlot manure and Ma combined with standard (Ma+CONV) and optimized urea rate (Ma+Op). NDRE most accurately predicted crop N status at the late stage of lettuce development with an R2 of 0.67 (RMSE 0.61), compared to 0.60 (RMSE 0.67) and 0.62 (RMSE 0.66) for NDVI and CCCI respectively. The in-season acquisition of crop reflectance proved to be a valid technique to determine the efficiency of an optimized combination between organic amendments and N-fertilizer.

références : De Rosa, D., Rowlings, D., Biala, J., Scheer, C., Basso, B., Migliorati, M. D. A., & Grace, P. R. (2016). Monitoring the N release from organic amendments using proximal sensing.

http://www.ini2016.com/pdf-papers/INI2016_DeRosa_Daniele.pdf

Tests de capteurs de sol non destructifs adaptés à des petites exploitations

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Sources : Piikki et al., 2016

Des chercheurs Kenyans de l’université de Nairobi ont mis en place une expérimentation originale visant à tester l’aptitude de capteurs « simples », non destructifs à apporter des informations objectives sur les sols. L’originalité est de se placer dans un contexte « low cost » de petites exploitations. Quatre capteurs ont été testés dans quatre petites exploitations du comté d’Embu, au Kenya: un capteur portable de fluorescence X (PXRF) que l’on a déjà évoqué dans ce blog (cf billet précédent), une application smartphone pour la détermination de la couleur du sol par imagerie, un capteur à induction électromagnétique à double profondeur et un capteur de réflectance optique de sol basé sur des LED. Les mesures ont été effectuées sur 32-43 sites dans chaque exploitation. Les échantillons de terre ont été analysés pour déterminer la teneur en éléments  (N, P, K, Mg, Ca, S, B, Mn, Zn, Cu et Fe), le pH,  l’azote total et le carbone total. La capacité d’échange de Cation (CEC) et l’aluminium échangeable (Al) ont également été mesurés. Des modèles de prédiction multivariés pour chacune des propriétés du sol ont été évalués. Les résultats montrent qu’il est possible d’estimer les teneurs en K, N, Ca et S, B, Zn, Mn, Fe, TC, Al et la CEC de manière opérationnelle avec une combinaison de capteurs. Le PXRF est le capteur qui est le plus souvent sélectionné et la combinaison d’un PXRF et d’un capteur portable de réflectance du sol constitue la combinaison la plus prometteuse pour évaluer les caractéristiques du sol in situ. Cette association de capteur constitue une alternative intéressante pour  compléter, mais pas pour remplacer des analyses de sol classiques.

Résumé : Four proximal soil sensors were tested at four smallholder farms in Embu County, Kenya: a portable X-ray fluorescence sensor (PXRF), a mobile phone application for soil color determination by photography, a dual-depth electromagnetic induction (EMI) sensor, and a LED-based soil optical reflectance sensor. Measurements were made at 32–43 locations at each site. Topsoil samples were analyzed for plant-available nutrients (N, P, K, Mg, Ca, S, B, Mn, Zn, Cu, and Fe), pH, total nitrogen (TN) and total carbon (TC), soil texture, cation exchange capacity (CEC), and exchangeable aluminum (Al). Multivariate prediction models of each of the lab-analyzed soil properties were parameterized for 576 sensor-variable combinations. Prediction models for K, N, Ca and S, B, Zn, Mn, Fe, TC, Al, and CEC met the setup criteria for functional, robust, and accurate models. The PXRF sensor was the sensor most often included in successful models. We concluded that the combination of a PXRF and a portable soil reflectance sensor is a promising combination of handheld soil sensors for the development of in situ soil assessments as a field-based alternative or complement to laboratory measurements.

référence : Piikki, K., Söderström, M., Eriksson, J., Muturi John, J., Ireri Muthee, P., Wetterlind, J., & Lund, E. (2016). Performance Evaluation of Proximal Sensors for Soil Assessment in Smallholder Farms in Embu County, Kenya. Sensors, 16(11), 1950.

Témoignage d’un agriculteur utilisateur de solutions connectées

CultivarWebTV, en partenariat avec Semences de France a mis en ligne une vidéo qui présente le témoignage d’un agriculteur du Loiret (Paul-Henri Leluc) sur l’utilisation de solutions numériques et connectées dans son métier d’agriculteur. Il s’agit d’un témoignage particulièrement intéressant qui mérite d’être diffusé car il concrétise l’intérêt de ces solutions pour le métier d’agriculteur. Du gain de temps, à la connaissance du « milieu » pour envisager de nouvelles variétés, en passant par l’efficience des intrants, etc. Tous les intérêts y sont décrits, de manière simple, honnête et efficace. Une vidéo à voir absolument.

Source : CultivarWebTV, en partenariat avec Semences de France

Offre de thèse : Développement de Capteurs Optiques pour le suivi, la gestion et le contrôle du procédé de METhanisation (COMET)

Démarrage : automne 2016

Contexte

Le modèle de développement de la méthanisation en France, basé sur la co-digestion de différents co-substrats organiques, nécessite des équipements et un suivi prenant en compte cette spécificité, notamment par rapport au modèle développé en Allemagne. Pour cela, la mise au point de nouveaux capteurs pour le suivi, la gestion et le contrôle des procédés de méthanisation afin de sécuriser et d’optimiser leur fonctionnement apparaît comme un élément majeur et doit permettre d’accompagner le développement de ce procédé. Les capteurs optiques, notamment la spectrométrie proche infrarouge (SPIR), se sont fortement développés pour des mesures spécifiques rapides et en ligne dans de nombreux domaines (pharmaceutique, biomédicale, agroalimentaire, agriculture, …). En effet, il s’agit d’une technique non destructive qui permet d’accéder rapidement à la composition chimique des matériaux : la SPIR donne une empreinte unique de la composition de la matière. Elle constitue une technique très robuste lorsqu’elle est utilisée sur des matériaux peu absorbants et peu diffusants. Ainsi, les outils de spectrométrie apparaissent comme des technologies intéressantes et parmi les plus pertinentes pour le suivi « en ligne » des milieux biologiques et pour envisager des stratégies de contrôle du procédé de méthanisation. Toutefois, ces techniques optiques se sont principalement développées pour la caractérisation de matériaux peu absorbants et peu diffusants et, même si des résultats scientifiques semblent prometteurs, des travaux de recherche sont nécessaires pour les adapter à la caractérisation des milieux complexes tels que les matrices rencontrées dans les digesteurs et pour les évaluer dans ces conditions d’utilisation contraintes.

 

Etat de l’art

Des travaux ont déjà été réalisés en SPIR avec des résultats montrant qu’il est possible de suivre, à l’échelle du laboratoire, les acides gras volatils (AGV), la demande chimique en oxygène (DCO), l’alcalinité et les teneurs en azote. Cependant, des prétraitements conséquents de l’échantillon à analyser sont souvent nécessaires afin de palier la difficulté de mesure liée à la turbidité du milieu, ce qui rend cette technique difficilement applicable en ligne et en continu. De plus, l’ensemble des travaux a visé à déterminer les mêmes paramètres, principalement les AGV et les teneurs en azote. Dans le cas d’utilisation de co-substrats à fortes teneurs en lipides, très utilisés en France pour la méthanisation, la mesure des teneurs en AGV ne permet pas de détecter rapidement les inhibitions et n’est pas un bon indicateur du fonctionnement du système. Par contre, des travaux récents utilisant différents types de produits à fortes teneurs en lipides (Girault, 2011 ; Mendez 2015) ont montré que la teneur en acide palmitique semblait être un très bon indicateur du dysfonctionnement. Aucune publication n’est répertoriée dans la littérature sur le suivi de cet indicateur par SPIR mais quelques travaux dans d’autres domaines, sur des matrices beaucoup plus simples, semblent indiquer la faisabilité de cette méthode. La complexité du milieu (digestat) reste une difficulté majeure mais les premiers résultats de Holm-Nielsen et al. (2008), sur la mesure SPIR des teneurs en glycérol dans ce type de milieu, sont très encourageants. Au-delà de ces indicateurs spécifiques et en lien avec un ou des composés chimiques bien identifiés, l’utilisation de la spectrométrie pour l’acquisition de descripteurs globaux ou spécifiques mais dont le composé en cause n’est pas forcément identifié apparaît également comme une technique intéressante et à investiguer.

 

Objectifs et programme de la thèse

L’objectif principal de ce projet est de développer un ou des capteurs optiques basés sur la spectrométrie proche infrarouge (SPIR) pour le suivi et le contrôle du fonctionnement biologique des digesteurs. L’étude et l’application de cette technologie est envisagée à travers deux sous-objectifs :

– L’utilisation de la SPIR pour la mesure et le suivi des acides gras longues chaines (AGLC) et plus particulièrement de l’acide palmitique. En effet, ces composés ont été identifiés comme des indicateurs pertinents de l’apparition d’inhibition lors de la co-digestion avec des substrats à forte teneur en lipides.

– L’utilisation de la SPIR pour la mesure et le suivi de l’empreinte globale du fonctionnement du digesteur et la détection de dérives à travers l’évolution de ces descripteurs globaux.

Il s’agit donc de définir expérimentalement un ensemble de descripteurs basés sur la spectrométrie facilement et rapidement mesurables, qui décrivent le fonctionnement d’un digesteur en temps réel et permettent un pilotage optimal du procédé.

 

La mise au point d’une méthode de mesure en SPIR de qualité sur les matériaux bruts (sans prétraitements) sera l’une des première tâche de ce projet.  Par la suite, la technologie choisie sera testée expérimentalement pour caractériser les AGLC et plus particulièrement l’acide palmitique en utilisant des échantillons de digestats prélevés sur différents sites industriels de méthanisation.

Enfin, des expérimentations en réacteur de méthanisation seront mises en œuvre à l’échelle du laboratoire afin de tester ce capteur et le modèle associé pour la prédiction des AGLC.  Les données obtenues lors des phases expérimentales seront également utilisées pour la définition de descripteurs globaux susceptibles d’être utilisés de manière plus générique pour le contrôle du procédé. Des analyses chimiques classiques (MS, MV, DCO, N, …) mais également plus spécifiques (spectrométrie de masse par exemple) devront être réalisées afin de corréler les résultats spectrométriques globaux avec d’éventuels composés chimiques.

 

Conditions et déroulement

Cette thèse se déroulera sur 3 ans à partir de la rentrée 2016 principalement sur le centre Irstea de Rennes au sein de l’unité de recherche OPAALE (Optimisation des procédés en agriculture, agroalimentaire et environnement). Des déplacements sur le centre Irstea de Montpellier au sein de l’UMR ITAP (Information-Technologies- Analyse environnementale – Procédés agricoles) seront nécessaires, notamment au cours de la première année.

La thèse sera dirigée par Fabrice Béline sur le site de Rennes et Ryad Bendoula Alexia Gobrecht à Montpellier.

D’autre part, le sujet de thèse sera adossé à un projet de recherche plus global mettant en jeu des partenariats avec le secteur industriel auquel le doctorant sera largement associé.

L’école doctorale de rattachement du doctorant sera l’ED « Ecologie Géosciences Agronomie Alimentation (EGAAL) » de l’université Bretagne-Loire.

 

Profil du candidat recherché

Le candidat recherché devra présenter une formation en génie des procédés ou génie chimique et, idéalement, avoir une expérience en traitement de l’eau et/ou des déchets. Des compétences en chimiométrie/optique, soit au travers de la formation initiale, soit au travers du stage de fin d’études seront un plus. Enfin, le candidat devra faire la preuve d’un goût prononcé pour les travaux expérimentaux et avoir des qualités rédactionnelles avérées en français et en anglais. Il devra également avoir des qualités organisationnelles lui permettant de planifier son travail et de respecter les échéances de la thèse.

 

Contacts

Fabrice Beline : email : fabrice.beline@irstea.fr; Tel : +33 (0)2 23 48 21 19.

Ryad Bendoula : email : ryad.bendoula@irstea.fr; Tel : +33 (0)4 67 16 64 63

Est-il possible d’estimer les dégâts de grêle sur Maïs par Lidar ?

Des chercheurs Italiens du CNR (équivalent du CNRS français) se sont intéressés à la possibilité d’estimer la défoliation du Maïs suite à un événement de grêle. L’objectif étant de voir s’il était possible de faire une évaluation quantitative (% de la surface touchée) et qualitative (Intensité de la défoliation) de la manière la plus précise possible à l’aide d’un Lidar embarqué sur un engin volant à faible altitude. L’approche utilisée par les chercheurs est intéressante car elle se base sur la comparaison d’un profil de réponse théorique (réponse attendu du Maïs au stade considéré) avec le profil de réponse mesuré. La comparaison des deux profils permet de définir un indicateur de l’intensité de défoliation qui est spatialisé grâce à la mesure géo-référencée. La cartographie permet ensuite de quantifier l’étendue de la défoliation sur la parcelle. Cette approche est encore à valider sur un nombre d’exemple plus important. Elle permet, selon les auteurs d’obtenir une estimation précise des dégâts de grêle.

résumé : The insurance industry reports a pronounced intensification, at the global level, of weather-related events such as droughts, windstorms and hailstorms. As an efficient quantification tool, improved capacities can be built adopting innovative remote sensing methods to map vegetation damage spatial distribution, to quantify its intensity and impact. New airborne LiDAR (Light Detection and Ranging) sensors provide high vertical resolution data, which are potentially suitable not only for forest canopies but also for monitoring shorter crop canopies (e.g. corn − Zea mays L.) for crop injury and lodging assessment. To evaluate the potential of LiDAR metrics to map corn canopy height and hail defoliation, a flight campaign was organized in 2014 in Wampersdorf (Austria) in a cropland area affected by a hailstorm. Ground-truth observations were carried out in 16 plots, where defoliation was assessed both visually (observed range from 0% to 70%) and using a biophysical parameter-based method. The performance of both traditional and newly-introduced metrics (i.e. Canopy Metric, Ground Metric) was assessed at different sampling point densities. The results showed the ability of LiDAR data to map both corn canopy height and defoliation (predicted vs. observed regression: R2 = 0.69 for both canopy height and defoliation; point density 5 and 42 points/m2, respectively). The presented approach has distinct advantages compared to previous remote sensing methods and has a clear application potential for farmers and insurance industries. Larger-scale studies are needed to verify its best implementation strategies and to investigate its economic and logistic benefits.

références : Vescovo, L., Gianelle, D., Dalponte, M., Miglietta, F., Carotenuto, F., & Torresan, C. (2016). Hail defoliation assessment in corn (Zea mays L.) using airborne LiDAR. Field Crops Research.