L'agriculture moderne traverse une mutation profonde, portée par l'intégration de technologies robotiques avancées. Au cœur de cette transition se trouve la volonté de réduire la dépendance aux intrants chimiques, qui représentent un coût économique important et des risques environnementaux majeurs. L'émergence de robots capables de détecter et de détruire les mauvaises herbes individuellement marque une étape décisive vers une gestion plus durable des parcelles.
Les défis de l'agriculture conventionnelle et l'impératif de précision
Actuellement, on utilise souvent des produits chimiques pour désherber, par exemple en pulvérisant des herbicides sur toute la surface. Un gaspillage coûteux qui a des effets néfastes sur l'environnement. De plus, les herbicides et le compactage du sol endommagent le sol, ce qui réduit les rendements des cultures. Les produits phytosanitaires font partie intégrante de l’agriculture d’aujourd’hui. Ils sont destinés à protéger les cultures et à éloigner les mauvaises herbes et les parasites. En 2019, le groupe des herbicides (désherbants) a représenté 50,6 % des produits phytosanitaires dispensés, selon l’Agence fédérale allemande pour l’environnement. Malheureusement, en plus de l’effet recherché, ceux-ci comportent de nombreux risques pour l’homme et l’environnement. Ils mettent ainsi en danger la biodiversité et la qualité de l’eau des zones adjacentes.
Les systèmes automatisés de désherbage, destinés à détruire les mauvaises herbes au niveau d'une seule plante, ne doivent pas seulement être particulièrement précis. Les composants utilisés doivent également être résistants aux intempéries afin de s'assurer qu'ils peuvent supporter la boue humide et les éclaboussures d'eau.
Les approches technologiques : Mécanique, laser et pulvérisation ciblée
Il existe deux types de ces robots désherbants. Les premiers pratiquent ce qu'on appelle la pulvérisation de précision. Grâce à l'intelligence artificielle et un système de caméras, ces robots reconnaissent la mauvaise herbe et pulvérisent quelques gouttes de produits directement sur elle. Le deuxième type de robot pratique le désherbage mécanique, toujours grâce à l'intelligence artificielle et à l'aide d'un laser qui brûle les mauvaises herbes une par une.
Le premier robot de désherbage non chimique au monde pour les cultures de céréales, fabriqué par la start-up de technologie agricole Small Robot Company, a identifié et combattu avec succès les mauvaises herbes lors d'un essai sur le terrain dans le Hampshire. Le robot sur roues utilise des bras robotisés Delta pour positionner un zapper et foudre pour désherber. Le robot de désherbage, appelé "Dick", travaille en collaboration avec un robot de surveillance, "Tom", pour identifier les taches de mauvaises herbes et tuer les plantes individuelles avec un appareil de zapping.
Par ailleurs, Carbon Robotics propose depuis peu le robot LaserWeeder. Ce robot autonome de désherbage par laser se fixe à l’arrière des tracteurs. Le nouveau module du LaserWeeder comprend 30 lasers au dioxyde de carbone de 150W de type industriels. Ceux-ci couvrent une étendue de 185 cm de large. Le robot peut ainsi désherber jusqu’à 8 000 m² par heures avec une précision millimétrique. En tirant parti de l'intelligence artificielle et de la technologie laser, Carbon Robotics permet un désherbage sans produits chimiques et sans labour pour les cultures spécialisées.
L'intelligence artificielle et la vision par ordinateur comme piliers de la détection
Pour pouvoir naviguer de manière autonome dans un champ, le robot doit d’abord être capable de percevoir la position exacte ainsi que la fin d’une rangée de plantes. Pour ce faire, le robot dispose de plusieurs caméras et capteurs ainsi que d’algorithmes de reconnaissance de trajectoire et de position. D’après les données ainsi obtenues, il se déplace toujours le long de la ligne détectée dans le champ.
Vision par ordinateur et classification d'images au sein de l'AP-HP
Le robot d’Ecorobotix, l'Iron agriculteur, en est un exemple. Le petit robot désherbeur, pesant 130 kilos et mesurant 2 mètres de large, peut détecter les mauvaises herbes à l’intérieur même des rangs d’épinards et les détruire avec une petite dose de produits phytosanitaires. « Le robot travaille sans conducteur, ni opérateur. Il se déplace seul en s’orientant et se positionnant grâce à son GPS RTK, sa caméra et ses capteurs. Son système de vision lui permet de suivre les lignes de culture et de détecter la présence et position des adventices dans et entre les lignes. »
L'utilisation de caméras industrielles, comme le modèle GV-5040FA-C-HQ équipé du capteur CMOS à obturateur global IMX273, permet d'obtenir des images nettes malgré le déplacement constant du robot. Pour nos évaluations, nous avons besoin d’une caméra avec un capteur couleur haute résolution et un faible temps d’exposition pour obtenir des images nettes, malgré le déplacement constant du robot.
Fiabilité des composants en milieu hostile
Une caractéristique essentielle des composants igus est qu'ils ne sont pas lubrifiés. Les pièces mobiles lubrifiées, comme l'entraînement par courroie et les roulements, pourraient éventuellement s'encrasser de terre et d'eau dans un champ boueux, mais les polymères et les pièces d'igus sont conçus pour fonctionner à sec. L'accessibilité, la précision, la durabilité et la fiabilité des robots drylin Delta sont parfaites pour ces applications agricoles.
Le robot Delta a l'avantage de ne pas coûter très cher et de pouvoir fonctionner en extérieur. Il est aussi en mesure d'assurer deux à trois opérations par seconde. Par conséquent, il est possible de brûler les mauvaises herbes sur une parcelle d'une largeur de 1,20 m avec trois rails d'une course de 900 mm. Cette solution d'automatisation low cost permet à des agriculteurs bio de réduire considérablement le coût de la lutte contre les mauvaises herbes.
Enjeux économiques et limites de l'efficacité
L'efficacité des robots varie beaucoup d'une parcelle à l'autre. S'il y a peu de mauvaises herbes sur la parcelle, la pulvérisation de précision sera très rentable, mais elle le sera beaucoup moins si la parcelle est envahie de plantes indésirables. De même, des facteurs comme la topographie de la parcelle ou le climat peuvent perturber le fonctionnement du robot. Enfin, la précision des systèmes de détection de ces robots peut être affectée par les conditions de luminosité, l’encombrement végétal, et le positionnement des capteurs, surtout dans des cultures denses ou irrégulières.
Il faut mettre en face non seulement les gains de temps et de produits, mais aussi la possibilité à long terme de continuer à désherber. Il y a un retour sur investissement sur trois ans si le robot est utilisé sur trois cultures, cinq ans sur deux cultures. Comme les bras peuvent travailler à plusieurs hauteurs, il pourra traiter différentes cultures. Toutefois, l'utilisation de ces robots est encore très confidentielle en France. Cela s'explique notamment par le prix de ces machines : autour de 100 000 euros pour le robot Ara de l'entreprise Ecorobotix, par exemple. À cela s'ajoutent le coût de la maintenance et un investissement de temps pour les agriculteurs.
Perspectives de développement et rôle du conseil agricole
Des projets européens comme AgRoboConnect voient le jour pour vérifier l’efficacité de ces engins de manière rigoureuse et scientifique. En Wallonie, c’est le CRA-W, le Centre wallon de Recherches agronomiques de Gembloux, qui se charge de ce travail. On essaye ces machines avant les agriculteurs pour pouvoir les conseiller. En tirant parti de l'intelligence artificielle et de la technologie laser, on vise des solutions de haute précision qui améliorent le rendement des cultures et réduisent les coûts globaux associés à l'agriculture moderne.
Les robots agricoles joueront un rôle de plus en plus important à l’avenir. Pour être en mesure d’exécuter de manière fiable les différentes tâches dans n’importe quel environnement et dans différentes conditions de lumière et de météo, ils ont besoin non seulement d’un bon logiciel de traitement d’images, mais surtout de caméras fiables. L’utilisation de ces systèmes de caméras sur les futurs robots sera très variée - des caméras 3D aux caméras multispectrales. À l’avenir, les équipes de recherche continueront à travailler sur des solutions intelligentes basées sur des caméras en particulier et contribueront à une agriculture plus durable et plus efficace grâce à des technologies innovantes.