Innovations dans l'agriculture intelligente grâce à la 5G

Bien-être animal, protection de l'environnement, durabilité, hausse des coûts et pénurie de main-d'œuvre : les exigences dans le domaine agricole sont élevées. Il s'agit de réduire jusqu'à 90 % l'utilisation d'engrais et de pesticides, voire de les supprimer complètement, de mieux surveiller les animaux d'élevage et de cultiver les fruits et légumes de manière durable. Dans le même temps, le risque de pertes de récoltes dues à des phénomènes météorologiques extrêmes, à des pénuries d'eau et à des infestations de parasites augmente.

Des projets menés par le Fraunhofer IFF, la Haute école spécialisée de Suisse orientale et le Centre de recherche agricole de Bavière présentent des solutions pour les entreprises agricoles.

Les conditions préalables sont la norme de communication mobile 5G, la technologie des capteurs et la robotique.

Agriculture intelligente

Technologies pour l'agriculture intelligente

Que ce soit dans les champs, dans l'élevage ou dans l'utilisation de machines agricoles, l'introduction de la cinquième génération de communications mobiles a ouvert de nouvelles perspectives aux agriculteurs dans de nombreux domaines. En effet, les communications mobiles hautement performantes permettent d'équiper simultanément tous les appareils nécessaires à l'Internet des objets (IoT), tels que les capteurs, les systèmes de suivi, les drones, les ordinateurs ou les smartphones. En combinaison avec le cloud, le Big Data, l'intelligence artificielle, la reconnaissance d'images haute résolution, la robotique, la technologie satellitaire et le GPS, l'agriculture peut devenir plus intelligente et donc plus durable et plus efficace.

La condition préalable fondamentale à la communication de machine à machine (M2M) dans l'agriculture intelligente est une capacité de communication suffisante des machines et véhicules autonomes utilisés sur la base de la 5G. Cela permet de transmettre de grands volumes de données en temps réel et presque sans délai.

La mise en réseau numérique garantit la production agricole

Même les plus petits écarts dans le processus de production peuvent entraîner des pertes de qualité importantes dans la production alimentaire. Cela vaut en particulier pour les produits alimentaires qui doivent être transformés immédiatement, comme le lait. C'est pourquoi des approches holistiques pour l'analyse permanente de toutes les valeurs critiques sont nécessaires. La solution réside dans la mise en réseau numérique des appareils, des machines et des systèmes.

Par exemple, l'agriculteur reçoit des données importantes sur l'état des sols, la santé du bétail laitier, les prévisions météorologiques ou le degré de maturité des plantes, qui l'aident de manière fiable à évaluer les risques. Dans le même temps, les processus peuvent ainsi être simplifiés, rendus plus efficaces et plus faciles à planifier.

Trois projets pilotes et des applications mises en œuvre illustrent le potentiel et les diverses applications des nouvelles technologies dans les champs et dans les étables. L'automatisation des processus de travail régulièrement répétés est au cœur des mesures de numérisation.

Lutte ciblée contre les mauvaises herbes

Réduction des pesticides

Le rumex à feuilles de souche, également appelé rumex amer, est une mauvaise herbe. Avec ses grandes feuilles et ses racines pivotantes profondes, il envahit les cultures voisines. Il produit jusqu'à 60 000 graines qui restent germinables pendant 20 ans. Même les vaches ne peuvent pas aider à l'éliminer : comme toutes les plantes de la famille des rumex, le rumex amer contient de l'acide oxalique. C'est pourquoi les animaux ne le mangent pas. La culture des céréales est particulièrement touchée. Les rendements des agriculteurs diminuent.

Jusqu'à présent, cette mauvaise herbe était éliminée à la main, ce qui demandait beaucoup de travail, ou à l'aide de produits phytosanitaires utilisés en grande quantité. Cela devrait changer à l'avenir.

Les chercheurs de la Haute école spécialisée de Suisse orientale (OST) collaborent avec fenaco, Agroscope, Sunrise UPC et Huawei dans le cadre d'un projet Innosuisse visant à lutter de manière ciblée contre le rumex amer à l'aide de drones et de robots agricoles.

Lutte efficace contre les mauvaises herbes grâce à la connectivité 5G

La prairie est photographiée en haute résolution à l'aide d'un drone et les données d'image sont transmises à un cloud via un réseau 5G. Le transfert de données est rendu possible par un module radio intégré. Un logiciel d'intelligence artificielle analyse les images et crée une carte haute résolution à partir des données.

Grâce à l'apprentissage automatique, le programme reconnaît le rumex à différents stades de croissance et calcule ses coordonnées avec une précision centimétrique. Les données sont transmises à un robot dans le champ. Le robot se dirige vers les mauvaises herbes dans le champ via GPS. Chaque plante est éliminée de manière efficace et respectueuse de l'environnement grâce à une pulvérisation localisée.

Perspectives : une protection des cultures respectueuse de l'environnement

Selon les chercheurs de l'OST, l'utilisation de la robotique peut réduire l'utilisation d'herbicides jusqu'à 90 %. Cependant, cela ne suffit pas aux scientifiques : un autre objectif de ce projet est d'éliminer complètement l'utilisation de pesticides. L'eau chaude pourrait constituer une alternative. Cela serait particulièrement intéressant pour les exploitations agricoles biologiques, mais pourrait également être utilisé par les agriculteurs conventionnels.

D'autres essais avec des robots agricoles devront montrer l'efficacité de l'eau chaude dans la lutte contre le rumex amère. Une chose est sûre : le rumex amère n'est qu'un début. L'objectif est de dresser un inventaire complet de toutes les plantes présentes dans une prairie. Cela permettrait à l'avenir d'étendre cette solution à d'autres mauvaises herbes.

Surveillance des plantes

Surveillance des plantes à l'aide de capteurs souples

L'Institut Fraunhofer pour l'exploitation et l'automatisation des usines IFF mène des recherches sur des solutions de capteurs modernes pour l'agriculture. L'objectif est d'accroître la durabilité écologique et l'efficacité. Le résultat est HawkSpex, une technologie de capteurs intelligents adaptatifs. Celle-ci enregistre l'état des plantes sans analyse en laboratoire. La technologie a été testée dans la viticulture dans le cadre du projet « BigGrape ».

Au cœur de la solution se trouvent des capteurs virtuels. Ceux-ci sont créés en combinant des capteurs matériels et des évaluations logicielles avec des méthodes d'apprentissage automatique. Ils détectent non seulement la lumière visible à l'œil nu, mais aussi les rayons infrarouges et ultraviolets.

Une analyse spectrale intelligente permet de déterminer la santé des plantes

L'analyse spectrale capture le spectre lumineux émis par les cultures. Une « empreinte spectrale » est créée. Sur cette base, un algorithme mathématique calcule la composition matérielle des plantes. En fonction de leur état de santé, elles forment différentes substances, qui deviennent visibles grâce à l'analyse spectrale. D'autres paramètres, tels qu'un manque d'eau ou une infestation de parasites, sont également détectés grâce à la mesure non invasive du métabolisme des plantes.

Les exploitations agricoles augmentent leurs rendements grâce à la technologie des capteurs

L'analyse des données basée sur l'intelligence artificielle aide les entreprises agricoles à améliorer la santé et la productivité des plantes. L'IA peut distinguer les plantes saines des plantes malades. L'agriculteur peut ainsi traiter, irriguer ou fertiliser les plantes affectées de manière ciblée. Autre avantage de HawkSpex : cette solution de capteurs logiciels intelligents est configurable de manière flexible et s'adapte à tous les équipements et systèmes agricoles, tels que les moissonneuses, les drones ou les petits avions. Les capteurs existants et leurs données peuvent également être intégrés au système.

Surveillance des données de santé

Détecter précocement les animaux de ferme malades grâce à la technologie

La gestion des troupeaux représente un défi considérable pour de nombreux agriculteurs. La productivité du bétail et le succès économique de la production laitière dépendent de la santé des animaux. Souvent, les agriculteurs détectent trop tard les animaux malades. Les applications numériques peuvent faciliter la collecte, la surveillance et l'analyse des données de santé et alerter les éleveurs à un stade précoce.

Surveillance du bétail en temps réel grâce à la technologie des capteurs

Le point de départ est constitué de systèmes de capteurs placés dans l'oreille, sur le cou ou sur le pied (podomètre) des animaux. Ces systèmes mesurent en continu des paramètres tels que le temps de repos, le temps passé debout, le nombre de pas, le temps de mastication, le temps d'alimentation, la température corporelle et le nombre de cycles d'abreuvement. Les données sont transmises en temps réel au téléphone portable ou à l'ordinateur de l'éleveur et analysées par des systèmes d'assistance à l'intelligence artificielle.

En cas d'irrégularités, le système déclenche immédiatement l'alarme : par exemple, des temps de repos plus longs et une activité locomotrice réduite peuvent être un signe précoce de maladie. Une baisse de la température corporelle, une réduction de l'activité ruminale ou des changements dans l'activité locomotrice de l'animal sont des signes d'un vêlage imminent. En outre, il existe des systèmes spéciaux de détection de chaleur qui reconnaissent le comportement typique des vaches en chaleur.

Gestion numérique du troupeau optimisée grâce à l'IA

Les agriculteurs ont également la possibilité non seulement de stocker leurs données sur l'ordinateur de la ferme sur place, mais aussi d'utiliser des systèmes en réseau entre les fermes. Cela permet à des tiers, tels que des organisations d'élevage externes ou des consultants, d'accéder aux données, à condition qu'ils disposent de l'autorisation appropriée.

L'intelligence artificielle peut être utilisée pour évaluer les réseaux de données en constante expansion et tirer des conclusions sur les changements chez les animaux individuels et l'ensemble du cheptel. Les problèmes d'alimentation ou la baisse de fertilité peuvent également être détectés à un stade précoce. L'intelligence artificielle contribue ainsi de manière importante à l'amélioration de la gestion numérique du troupeau.

L'avenir de l'agriculture intelligente

Autres applications de l'agriculture intelligente dans la pratique

La multitude de nouvelles technologies disponibles fait déjà de la vision de l'agriculture intelligente une réalité dans certaines exploitations : les moissonneuses-batteuses commandent de manière autonome le transporteur pendant la récolte et transmettent l'emplacement où la récolte doit être livrée. Les robots d'alimentation et de traite prennent en charge les tâches dans l'étable. Pendant le trajet, ils collectent des données importantes, par exemple sur la quantité d'aliments, et les transmettent à l'ordinateur ou au smartphone de l'agriculteur.

Certains agriculteurs fertilisent également leurs champs à l'aide de systèmes GPS. Le système localise la position du tracteur et empêche l'épandage d'engrais en dehors du champ ou l'épandage double.

Perspectives : applications 5G dans l'agriculture

À l'avenir, le processus de récolte, par exemple, pourrait être entièrement automatisé. L'agriculteur serait alors chargé de surveiller les processus et de contrôler la qualité dans les champs.

Les technologies numériques basées sur la 5G sont déjà utilisées dans certaines entreprises agricoles.

Des projets pilotes issus de la recherche et du développement montrent qu'à l'avenir, d'autres scénarios d'application dans l'agriculture sont envisageables, par exemple des systèmes d'irrigation intelligents qui détectent l'humidité du sol ou des robots qui identifient les mauvaises herbes dans les champs et les éliminent de manière prédictive, précise et économique. La récolte pourrait également être entièrement automatisée à l'avenir. Ainsi, l'agriculture intelligente profite aux consommateurs, à l'environnement, aux animaux et, enfin et surtout, aux agriculteurs eux-mêmes.

Cependant, la révolution numérique dans l'agriculture ne fait que commencer. De nombreuses étapes sont encore nécessaires pour atteindre l'objectif : une agriculture entièrement numérisée. La priorité absolue est le développement dans d'autres domaines, par exemple pour créer les conditions juridiques nécessaires à la conduite autonome des machines agricoles. Dans ces cas, la responsabilité en cas d'accident n'est pas clairement établie.