Agriculture de précision

L'agriculture de précision est un principe de gestion des parcelles agricoles qui vise l'optimisation des rendements et des investissements, en cherchant à mieux tenir compte des variabilités des milieux et des conditions entre parcelles différentes ainsi qu'à des échelles intra-parcellaires.

Ce concept est apparu à la fin du XX^e siècle, dans le contexte de course au progrès des rendements agricoles. Il a notamment influencé le travail du sol, les semis, la fertilisation, l'irrigation, la pulvérisation de pesticides, etc.

Il requiert l’utilisation de nouvelles technologies, telles que l’imagerie satellitaire et l'informatique. IL s'appuie sur des moyen de localisation dans la parcelle dont le système de positionnement par satellite de type GPS²⁴.

L'espoir des promoteurs de ces technologies est d'aboutir à un système d'aide à la décision efficace à grande échelle comme aux échelles locales, qui permettrait d'optimiser les rendements des investissements tout en préservant les ressources naturelles, financières et énergétiques. À ce jour, certains progrès ont été fait, pour la gestion des besoins en eau notamment, mais des concepts apparemment simples comme la définition de zones de gestion différenciée vraiment adaptées aux besoins de la plante sont encore hors d'atteinte même pour un seul type de culture sur un seul champ qui évolue dans le temps (voir, par exemple, McBratney et al.(2005)⁵, et Whelan et al. (2003)⁶. Whelan et McBratney (2003) décrivent les approches actuellement retenues pour définir ces zones de gestion sur des bases agroscientifiques, notamment basées sur les cartes de rendement, les procédures de classification supervisée et non supervisée, sur les imageurs satellites ou vues aériennes, via l'identification des données traduisant des tendances ou des phénomènes stables au fil des saisons ou des années, etc; Parmi ces approches l'approche phytogéomorphologique qui lie la stabilité pluriannuelle et certaines caractéristiques de croissance des cultures à des attributs topologiques des parcelles connait un certain succès^7,8. Son intérêt vient du fait que la géomorphologie dicte en grande partie l'hydrologie du champ. De nombreuses données pluriannuelles désormais disponibles montrent qu'une certaine stabilité de ces effets existe ( Kaspar et al. , (2003) ), cependant, le passage à une aide à la décision pouvant universellement aider les agriculteurs, voire permettre une robotisation de tout ou parti des tâches de gestion est encore du domaine de la prospective voire de la science-fiction.

Enjeux de l'agriculture de précision

L'agriculture de précision a pour objectif général de récolter le plus possible de matière et de produits, tout en consommant le moins possible d'énergie et d'intrants (engrais, phytosanitaires, eau). Il s'agit d'optimiser la gestion d'une parcelle d'un triple point de vue² :

• agronomique : mécanisation agricole conjointe à un ajustement des pratiques culturales en se rapprochant mieux des besoins de la plante (exemple : satisfaction des besoins azotés) ; la précision agronomique vise a améliorer l'efficacité intrants/rendements, y compris par le choix de souches et variétés plus adaptées au contexte édaphique ou phytosanitaire. Contrairement au principe d'homogénéité et d’homogénéisation des parcelles prôné aux débuts de la révolution verte, l’agriculture de précision cherche à s’adapter à la variabilité des conditions naturelles du milieu aux échelles intra-parcellaires⁹, ce qui est devenu encore plus nécessaire dans les pays industriels et dans les régions de grandes cultures en raison d'une tendance marquée et constante à l’augmentation de la taille de chaque parcelle.
• environnemental : réduction de l'empreinte écologique de l'activité agricole (par exemple en limitant le lessivage d'azote excédentaire). Il s'agit aussi de diminuer certains risques pour la santé humaine et l'environnement (en particulier en diminuant la diffusion dans l’environnement des nitrates, phosphates et pesticides, en cherchant à appliquer la juste dose, quand il faut et où il faut) ; ce souci de l'environnement apparaît surtout à partir des années 1999 marquées par le sommet de la terre de Rio et les premiers constats d'impacts environnementaux et sanitaires négatifs de la révolution verte initialement basée sur la mécanisation et un usage peu mesuré des engrais et pesticides, ou du drainage et de l'irrigation.
• économique : augmentation de la compétitivité par une meilleure efficacité des pratiques ; Il a été estimé aux États-Unis dans les années 1990 que gaspiller moins d’intrants permettait à un agriculteur d'économiser environ 500 F par hectare grâce à la modulation de la fumure N, P et K² (Ce calcul qui ne vaut pas pour l’Europe où l’agriculture était un peu moins industrielle).

De plus, l'agriculture de précision met à la disposition de l'agriculteur de nombreuses informations qui peuvent

• constituer une véritable mémoire de l'exploitation ;
• aider la prise de décision² ;
• aller dans le sens des besoins de traçabilité
• améliorer la qualité intrinsèque des produits agricoles (exemple : taux de protéines pour les blés panifiables)
• amélioré les intrants des différentes parcelles.

Histoire

On estime généralement que l'agriculture de précision, telle qu'on la définit aujourd'hui est née aux États-Unis dans les années 1980². En 1985, des chercheurs de l'Université du Minnesota, font varier les apports d'amendements calciques sur des parcelles agricoles. On cherche ensuite à moduler les apports de certains intrants (azote, phosphore, potassium) dans certaines grandes cultures très consommatrices d’énergie et d’intrants (maïs, betteraves sucrières par exemple)¹⁰.

C'est à cette époque qu'apparaît la pratique du « grid-sampling » (un échantillonnage sur un maillage fixe d'un point par hectare).

Vers la fin des années 1980, grâce aux prélèvements ainsi échantillonnés, les premières « cartes de rendement de production» puis « cartes de préconisation » pour les apports modulés en éléments fertilisés et pour les corrections de pH font leur apparition. Ces pratiques sont ensuite diffusées au Canada et en Australie, puis avec plus ou moins de succès selon les pays en Europe¹¹, d'abord au Royaume-Uni¹² et en Allemagne et peu après en France, puis en Asie dans le cadre des suites de la révolution verte.

En France, l'agriculture de précision est apparue en 1997-1998. Le développement du GPS et des techniques d'épandage modulaire ont aidé à l'enracinement de ces pratiques. Actuellement, moins de 10 % de la population agricole française est équipée de tels outils de modulation. Le GPS étant plus répandu. Mais cela ne les empêche pas pour autant d'utiliser des cartes de recommandations à la parcelle, tenant compte de son hétérogénéité.

Une première phase a consisté à intégrer dans les pratiques de culture les analyses physico-chimiques du sol, faites par des laboratoires spécialisés (années 1983-1984) afin de produire des « cartes de rendements »² puis de « cartes de préconisations »² utilisées pour mieux adapter les traitements aux variations locales des conditions édaphiques. Une seconde phase a consisté à mieux estimer les besoins estimés de la plante (aujourd’hui à partir d’imagerie satellitale parfois). Puis l'évolution des technologies va permettre le développement de capteurs de rendement et leur utilisation, couplée avec l'apparition de DGPS ou « Differential Global Positioning System » (notamment sur les moissonneuses batteuses), ne vont cesser de croître (pour atteindre aujourd'hui plusieurs millions d'hectares couverts par ces systèmes). En 1996, il y avait environ 9 000 capteurs de ce type en France selon Robert, dont environ 4500 connectés à un DGPS¹⁰.

Parallèlement se développent des stratégies d'agriculture plus raisonnée. Ainsi, dans les années 1990 un service d’alerte (par fax, puis par tel et internet) aux agriculteurs les prévenant d’un risque important de pullulation d’une ou plusieurs espèces indésirables pour l’agriculture (pucerons, mouche de la carotte, etc.) s’est développé, sous l’égide des SRPV en France, de manière à ne traiter qu’en cas de risque avéré ou de forte probabilité d’infestation.

En France, dans les années 1980-2000 le Cemagref et l'INRA, de même que les lycées agricoles, CFPPA, et des organismes professionnels tels que l’ITCF (Institut Technique des Céréales et des Fourrages), etc. ont joué un rôle important dans la diffusion et l'expérimentation de ce concept².

Les étapes et outils

On peut distinguer quatre étapes dans la mise en place de techniques d'agriculture de précision prenant en compte l'hétérogénéité spatiale:

Géolocalisation des informations

La géolocalisation de la parcelle permet de superposer sur celle-ci les informations disponibles : analyse de sol, analyse des reliquats azotés, cultures précédentes, résistivité des sols. La géolocalisation s’effectue de deux manières :

• Détourage physique à l’aide d’un GPS embarqué, ce qui nécessite le déplacement de l’opérateur sur la parcelle.
• Détourage cartographique sur la base de fond d’image aérienne ou satellite. Pour garantir la précision de géolocalisation, ces fonds d’images doivent être adaptés en termes de résolution et de qualité géométrique.

Caractérisation de cette hétérogénéité

Les origines de la variabilité sont diverses : climat (grêle, sécheresse, pluie…), sol (texture, profondeur, teneur en azote), pratiques culturales (semis sans labour), mauvaises herbes, maladies.

Des indicateurs permanents (essentiellement liés au sol) renseignent l'agriculteur sur les principales constantes du milieu.
Des indicateurs ponctuels le renseignent sur l'état actuel de la culture (développement de maladies, stress hydrique, stress azoté, verse, dégâts de gel, etc.).
Les informations peuvent provenir de stations météorologiques, de capteurs (résistivité électrique du sol, détection à l'œil nu, réflectométrie imagerie satellite…).

La mesure de la résistivité, complétée par des analyses pédologiques, aboutit à des cartes agro-pédologiques précises qui permettent une prise en compte du milieu.

Des systèmes de gestion des informations permettent de produire des analyses synthétiques du contexte et des besoins agronomiques, puis des systèmes d'aide à la décision.

Prise de décision ; deux stratégies possibles face à l'hétérogénéité agronomique

À partir des cartes agro-pédologiques, la décision sur la modulation des intrants dans la parcelle s’effectue selon deux stratégies :

• l’approche prévisionnelle : basée sur une analyse d’indicateur statique pendant la campagne : le sol, la résistivité, historique de la parcelle….
• L’approche de pilotage : l’approche prévisionnelle est mise à jour grâce à des mesures régulières pendant la campagne. Ces mesures sont effectuées :
  • Par échantillonnage physique : pesée de la biomasse, teneur en chlorophylle des feuilles, poids des fruits, etc.
  • Par proxy-détection : capteurs embarqués sur les machines pour mesurer l’état du feuillage mais nécessitant l’arpentage total de la parcelle.
  • Par télédétection aérienne ou satellite : des images multispectrales sont acquises et traitées de manière à produire des cartes représentant différents paramètres biophysiques des cultures.

La décision peut être fondée sur des modèles d'aide à la décision (modèles agronomiques de simulation des cultures, et modèles de préconisation), mais elle revient avant tout à l'agriculteur, en fonction de l'intérêt économique et de l'impact sur l'environnement.

Mise en œuvre de pratiques palliant aux variabilités

Les nouvelles technologies de l'information (NTIC) devraient rendre la modulation des opérations culturales au sein d'une même parcelle plus opérationnelle et facilitent l'utilisation par l'agriculteur.

L'application technique des décisions de modulation nécessite la disponibilité de matériels agricoles appropriés dit « matériels agricoles d'application modulée » (c'est-à-dire qui s'adaptent mieux aux besoins des plantes ou animaux, selon le contexte). On parle dans ce cas de VRT ou technologie des taux variables (exemple de modulation : semis à densité variable, application d'azote, application de produits phytosanitaires).

La mise en œuvre de l'agriculture de précision est facilitée par des équipements dans les tracteurs :

• système de positionnement (par exemple les récepteurs GPS qui utilisent les transmissions par satellite pour déterminer une position exacte sur le globe terrestre) ;
• systèmes d'informations géographiques (SIG) : logiciels qui aident à manipuler toutes les données à disposition ;
• matériel agricole pouvant pratiquer la « technologie des taux variables » (semoir, épandeur), grâce à des outils informatiques embarqués ; calculateurs et/ou régulateurs (Ex : Land Manager de Dickey-John, Spraymat de Muller Elektronik, etc¹³).

Impact économique et environnemental

La réduction des quantités d'azote apportées est significative, entraînant également de meilleur rendement. Le retour sur investissement se fait donc alors à plusieurs niveaux: économie sur l'achat des produits phytosanitaires et des engrais, et meilleure valorisation des récoltes.

Le deuxième effet bénéfique, à plus grande échelle, de ces apports ciblés, géographiquement, temporellement et quantitativement concerne l'environnement. En effet, apporter plus précisément la bonne dose au bon endroit, et au bon moment ne peut que bénéficier à la culture, au sol, et aux nappes phréatiques, et ainsi à tout le cycle agricole. L'agriculture de précision est donc devenue l’un des piliers de l'agriculture durable, puisqu'elle se veut respectueuse de la culture, de la terre et de l'agriculteur. On entend par agriculture durable, un dispositif de production agricole qui vise à assurer une production pérenne de nourriture, en respectant les limites écologiques, économiques et sociales qui assurent la maintenance dans le temps de cette production.

Limites

• En termes d'investissements financiers, c'est une agriculture coûteuse encore inaccessible à la plupart des paysans de la planète.

• Les matériels sont aujourd'hui pour la plupart conçu pour la gestion de grandes ou très grandes parcelles agricoles, couvertes de grandes cultures génétiquement très homogènes, voire clonale ou quasi-clonale. Or ces cultures génétiquement très homogènes favorisent les invasions biologiques de parasites ou de phytopathogènes devenus résistants à des fongicides, nématicides, insecticides voire à des désherbants totaux.
  De plus, les capteurs et outils de pilotage ont surtout été conçus pour des moissonneuses batteuses² ou des engins (tracteurs, épandeurs autotractés…) parfois très lourds et qui endommagent les sols vulnérables, ce qui compense alors négativement une partie des avantages apportés par la « précision » des traitements agricoles. En théorie, si le traitement est aussi adéquat que possible, il devrait être plus efficace et il s'ensuit que le nombre de passage annuel d'engins devrait diminuer.

• enfin, à ce jour, l'agriculture intensive qui utilise ces outils a favorisé une homogénéisation des paysages, une adaptation des paysages et de la forme des parcelles aux engins agricoles de grande taille, au détriment de la complexité des écosystèmes, de la biodiversité et des services écosystémiques.

Prospective

Les progrès de l'informatique et de la robotique aidant, la précision devrait continuer à s'améliorer. On évoque par exemple des robots capables de distinguer les adventices indésirables et de les arracher une à une, sans avoir à utiliser de produits chimiques¹⁴. Dans le futur, les progrès de l'automatisation devraient aussi peut-être permettre une irrigation directement aux racines, avec quantité de nutriments adaptée en temps réel aux besoins de la plante.

Récemment (2008) la viticulture de précision a testé la mise en place d'un « maillage de capteurs sans fil qui contrôle en permanence l’état agro-climatique de la parcelle, permet de surveiller et d’enregistrer le s données et constituer un historique sous la forme d’une base de données spatiale et temporelle »¹³.

La probable augmentation des coûts des énergies fossiles et fissiles devrait aussi encourager les pratiques raisonnées plus économes en intrants et en énergie¹⁵

Notes et références

Source

• La cartographie des sols