Les drones au service de l’agriculture durable

Le contexte difficile de dérèglement climatique, auquel s’ajoutent les conséquences de la pandémie de Covid et la guerre en Ukraine, génère actuellement une tension inhabituelle sur les demandes de matières premières agricoles en Europe. Il est à craindre que cette tension perdure dans le temps. L’utilisation des drones agricoles pourrait permettre aux agriculteurs de faire face à la demande en gérant leurs activités de manière optimisée.

Les drones, qui sont définis comme étant des objets volants sans équipage humain et guidés à distance, sont apparus entre les deux guerres mondiales et ont envahi actuellement notre vie quotidienne, dans les domaines civils et militaires. Dans le domaine civil, ils ont de multiples applications en sciences (cartographie, études de phénomènes atmosphériques, etc.), dans l’industrie (observation thermique de bâtiments et machines industrielles, transport de colis et bientôt de personnes, etc.), en production vidéo (documentaires avec prises de vue aérienne, scènes de film, etc.), en sécurité civile (observation de la foule lors de manifestations, recherche de victimes prises au piège dans des immeubles en feu, etc.), en loisirs (de nombreuses compétitions de vitesse entre drones sont organisées durant toute l’année par exemple), etc.

Nous nous intéresserons au domaine agricole dans cet article, car son utilisation pourrait contribuer à préserver l’environnement et la santé humaine tout en maintenant le niveau de vie des agriculteurs.

Drones agricoles et développement durable

Les drones pourraient devenir de bons guides et alliés des agriculteurs par la capacité offerte de déployer une stratégie sur-mesure d’irrigation et d’épandage des intrants (à savoir les engrais et solutions de biocontrôle, incluant les phytosanitaires). En effet, dans un contexte difficile où l’eau est devenue une ressource précieuse, tout dispositif permettant de minimiser sa consommation devrait être examiné. Il en est de même au niveau de la pollution de l’eau : une utilisation parcimonieuse et néanmoins suffisante de substances chimiques, permettant de limiter la pollution des cours d’eau et nappes phréatiques, devrait être examinée avec attention, d’autant plus que cette dernière peut avoir des conséquences néfastes sur la santé publique.

La gestion raisonnée de l’eau d’irrigation

Afin d’obtenir un bon rendement, les plantes cultivées doivent être suffisamment hydratées tout au long de leur cycle de croissance. Lorsque cette condition n’est pas respectée, on parle de « stress hydrique » [1].

Les plantes perdent 98 % de l’eau, pompée par les racines, sous la forme de transpiration et majoritairement à travers de minuscules ouvertures, appelées « stomates », réparties à la surface des feuilles. Cette perte d’eau a lieu simultanément aux échanges gazeux de la plante avec l’atmosphère (à savoir l’absorption et le rejet de dioxygène et de dioxyde de carbone) et favorise la circulation de la sève qui transporte les matières minérales nutritives. Lorsque l’eau se raréfie, les stomates se referment pour éviter une trop grande perte d’eau par transpiration. Cela engendre une baisse des échanges gazeux et en particulier l’absorption de dioxyde de carbone et donc une baisse de l’activité de photosynthèse et des réactions biochimiques internes. La chaleur liée à l’activité biochimique ne peut plus être évacuée hors de la plante par les stomates et la température des feuilles augmente. Cette variation de température peut être détectée et visualisée à l’aide d’une caméra thermique qui capture les ondes infrarouges émises par les corps chauds et les restitue sous la forme de fausses couleurs en fonction de leurs valeurs.

Principe de l’imagerie thermique. © Jeanne Périé
Document créé à des fins pédagogiques pour montrer le principe de l’imagerie thermique. Toute ressemblance avec un lapin crétin est fortuite.
La température du corps de l’animal est visible dans la zone comprise entre les deux yeux, là où la peau est nue. Elle est représentée par une couleur jaune orangé.
Lorsque la peau est recouverte de fourrure, la chaleur est retenue et donc l’extrémité des poils en contact avec l’air ambiant est plus froide que la peau, d’où la couleur violette.
Les yeux sont de couleur jaune très clair ; cela signifie qu’ils sont plus chauds que le reste du corps.

Le lien entre l’augmentation de la température et le stress hydrique peut être chiffré à l’aide de modèles mathématiques et une évaluation du rendement futur peut être faite.

Cette technique de diagnostic et de prévision a été mise au point depuis une quarantaine d’années, mais sa mise en œuvre était imprécise jusqu’à peu, car elle reposait sur des images satellitaires manquant de finesse. Les drones capturent des images en direct à l’aide de capteurs multispectraux embarqués et enregistrant des images en lumière visible et ondes infrarouges entre autres. Leur maniabilité, leur vol en basse altitude au plus près des cultures et la faible vitesse, pouvant tendre vers le vol stationnaire, apportent la finesse requise pour faire des diagnostics en temps réel et spécifique aux parcelles survolées.

Les imageries effectuées par les satellites et par les drones sont donc complémentaires[2].

Fort de ce diagnostic en temps réel, l’agriculteur pourra remédier par une irrigation personnalisée de la zone concernée sans devoir arroser tout le reste de la culture.

La gestion raisonnée de l’épandage des intrants

La lumière solaire frappant la surface des feuilles des plantes peut être absorbée ou réfléchie de manière totale ou partielle. La quantité de lumière réfléchie, appelée « réflectance », est liée à la concentration en pigments de chlorophylle, de couleur verte, et de caroténoïde, de couleur orange, présente dans la feuille. On s’intéresse plus particulièrement aux ondes rouge et proche infrarouge. Les mesures de leurs réflectances respectives sont comptabilisées dans l’indice NDVI[3].

Moins il y a de pigments et plus l’indice NDVI est faible. Or, une carence en azote, l’un des éléments essentiels à la croissance des plantes, se traduit par une réduction des pigments colorés de la feuille. Donc un indice NDVI faible est synonyme de carence probable en azote, et donc d’un stress nutritif.

Les drones sont capables de détecter ces variations respectives de réflectance de lumière rouge et proche infrarouge à l’aide de leurs capteurs embarqués.

Vues d’un champ de vignes souffrant de stress nutritif. Les parties vertes correspondent à des plantes bien nourries et les parties rouges révèlent des plantes stressées. © PRDML

Fort de ce diagnostic en temps réel, l’agriculteur pourra remédier par un épandage d’engrais personnalisé de la zone concernée sans apport supplémentaire pour tout le reste de la culture. C’est ce qu’on appelle l’agriculture de précision.

La prévention et le traitement des maladies

La plupart des maladies des plantes et attaques d’insectes conduisent à la destruction des feuilles et donc à une réduction de la surface végétale. Cette destruction peut concerner une petite zone noyée dans la totalité de la surface cultivée et rester insoupçonnée pendant un grand laps de temps. Les drones permettent de détecter cette anomalie. L’agriculteur ira vérifier par lui-même la nature de cette anomalie et pourra remédier le cas échéant par un épandage de produits phytosanitaires personnalisé de la zone concernée sans apport supplémentaire pour tout le reste de la culture. Le drone est donc un outil précieux, permettant d’orienter rapidement le regard de l’agriculteur vers les zones posant problème au sein des cultures.

Le drone dédié à l’agriculture proposé par Agrodrone

Les drones existent à tous les formats, mesurant de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres et pesant de quelques grammes à plus d’une tonne.

Le drone RDM AG dédié à l’agriculture, conçu et fabriqué par Agrodrone, marque commerciale de la SARL PRDML Reflet du Monde, a un diamètre d’un peu plus de deux mètres et pèse dix kilogrammes à vide. Il transporte une masse maximale de quinze kilogrammes, dont cinq de matériel agricole et dix sous la forme de graines ou de produits de biocontrôle à répandre par exemple. Il est actuellement testé pour déposer à la cime des arbres fruitiers des anneaux contenant des phéromones pour éloigner certains insectes parasites spécifiques à l’arboriculture, en partenariat avec le centre recherche Invenio et la Région Nouvelle-Aquitaine. Cette application a l’avantage d’être rapide et sécuritaire.

Ce drone coûte à l’achat entre trente et cinquante mille euros selon les options choisies et bénéficie d’aides du gouvernement dans le cadre du « plan France 2030 » qui encourage l’utilisation de technologies disruptives dans l’agriculture. Le gain de temps et d’énergie ainsi que l’abaissement des coûts globaux permettent d’amortir assez rapidement cet achat.

Ses moteurs électriques, écologiques, permettent d’éviter une dépendance directe aux augmentations brutales de prix des carburants fossiles.

L’entreprise conçoit chaque modèle de drone dans son bureau d’études qu’elle commercialise ensuite [4].

En résumé

Patrice Rosier, le co-fondateur en 2014, et Lilian Marolleau sont les créateurs de la SARL PRDML, rassemblant entre autres les marques Agrodrone et Reflet du Monde. La société propose également des formations au pilotage de ces drones qui nécessitent une certification spécifique. Les deux co-fondateurs ont des compétences complémentaires. Patrice Rosier dirige la partie recherche et développement. Il est doté d’une formation en ingénierie et d’une longue pratique de l’aéromodélisme, passion qui l’anime depuis son enfance. La Médaille d’or du Concours Lépine qu’il a gagnée en 2004 grâce à un prototype de drone démontre sa maîtrise technique et sa capacité d’innovation dans ce domaine. © PRDML

Les drones sont destinés à devenir des outils précieux pour les agriculteurs dans la mesure où ils permettent de faire des diagnostics et de l’observation en temps réel de l’état des cultures de très grandes surfaces, y compris dans des endroits d’accès difficiles et sans causer de dommages aux sols et aux cultures sur pied. Les systèmes embarqués d’imagerie multispectrale, s’appuyant sur des études développées depuis une quarantaine d’années, conduisent à une gestion raisonnée de l’irrigation, d’engrais, de phytosanitaires ou de solutions de biocontrôle, réduisant ainsi la consommation d’eau et de produits chimiques.

Cette réduction de la consommation de ressources s’inscrit parfaitement dans une stratégie en accord avec les principes du développement durable, et permet de maintenir le niveau de vie des agriculteurs en réduisant leurs dépenses.

Patrice Rosier, grâce aux marques commerciales du groupe PRDML, propose des produits adaptés aux enjeux de l’agriculture durable actuelle et conformes aux préconisations du volet spécifique à l’agriculture inclus dans le « plan France 2030 » et le plan Européen Ecophyto 2+.

[1] Mémoire rédigé par Serge Olivier Kotchi en 2004 dont le titre est « détection du stress hydrique par thermographie infrarouge – application à la culture de la pomme de terre ».

[2] Article dont le titre est : « Agriculture et infrarouge voire thermographie » par la librairie Thermographique.
Consulter aussi la thèse de doctorat soutenue par Emilien Alvarez-Vanhard en octobre 2021 – page 53 « Les synergies de la télédétection optique par drone et satellite : changement d’échelle et application à la conservation des prairies humides »

[3] Mémoire rédigé par Caroline Guénette en 2003 dont le titre est « évaluation du potentiel de l’infrarouge spectral pour la détection hâtive du stress nutritif chez les végétaux de grandes cultures – application à la culture de la pomme de terre ».

[4] article de Bordeaux Technowest intitulé « Trois questions à Patrice Rosier, co-fondateur de Reflet du Monde »