L’agriculture de précision – Une nouvelle conception de l’agriculture pour aujourd’hui et demain

Table des matières :

1. L'agriculture de précision
2. Méthodes et outils de l'agriculture de précision
3. Stratégies de contrôle
4. Opinion
5. Problèmes
6. Commercialisation de l'agriculture de précision
7. Perspective indienne
8. Conclusion

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L’agriculture, secteur qui emploie 70% de la population et correspond à 30% du PIB, est l’épine dorsale de l’Inde et de son économie. Il s’agit là cependant d’un portrait flatteur. Jusqu’à quand en effet l’agriculture va-t-elle satisfaire les demandes croissantes d’une population en permanente augmentation ? Il est difficile de répondre à cette question si l’on ne se base que sur l’agriculture traditionnelle. La technologie agricole dont on disposait dans les années 40 n’aurait pu satisfaire la demande en nourriture de la population d’aujourd’hui, ce malgré la Révolution verte. De même, il est difficilement imaginable que la technologie d’aujourd’hui puisse répondre aux exigences en approvisionnement de la population de 2020. Pour répondre aux défis et à la demande à venir, il faut se tourner vers de nouvelles technologies afin de révolutionner la productivité agricole. Grâce à la Révolution verte, les revenus des agriculteurs indiens et les rendements des principales cultures s’étaient accrus et avec l’introduction de variétés à haut rendement et le recours à des engrais synthétiques et à des pesticides l’Inde était devenue auto-suffisante en matière de production alimentaire. Durant la période post-Révolution verte, la production agricole s’est mise à stagner et l’expansion horizontale des terres cultivables s’est vue limitée par l’industrialisation et une population bourgeonnante. En 1952, l’Inde disposait de 0,33 ha par habitant, ce qui sera vraisemblablement réduit à 0,15 ha par habitant d’ici à l’an 2000 (2). La baisse des terres disponibles a rendu l’utilisation d’engrais et de pesticides nécessaire pour augmenter la production. La conséquence principale est d’avoir fait de l’agriculture une agriculture chimique. Dans ce contexte, en vue de maintenir la productivité agricole, il est essentiel de développer des technologies respectueuses de l’environnement. On reconnaît depuis longtemps déjà que sur une parcelle donnée sol et plante ne sont pas uniformes. Les agriculteurs ont toujours tenu compte de cette variabilité, mais souvent de façon inappropriée et non systématique. Durant les années 90, des techniques utilisant des appareils électroniques modernes ont été développées pour prendre en compte la variabilité intra-parcellaire. Ces techniques sont connues comme agriculture utilisant la variabilité spatiale (« spatially variable crop production » en anglais), agriculture basée sur la technologie GPS (système de positionnement global, de l’anglais « Global Positioning System »), agriculture adaptée à un site spécifique (« site-specific farming ») ou agriculture de précision (« precision farming » ou PF). L’appellation « agriculture utilisant la variabilité spatiale » semble plus précise et mieux descriptive que le terme d’agriculture de précision.

L’agriculture de précision

L’agriculture de précision est une certaine philosophie de gestion ou approche de l’exploitation agricole et non pas un système normatif définissable (4). Elle identifie les facteurs décisifs là où le rendement est limité par des facteurs contrôlables et détermine la variabilité spatiale intrinsèque. Il s’agit essentiellement d’une gestion de l’exploitation agricole plus précise, rendue possible par la technologie moderne. Les variations des propriétés de la plante et du sol dans une parcelle donnée sont marquées, cartographiées, puis conséquemment à une estimation continue de la variabilité de la parcelle, des mesures de gestion sont prises. Le développement de la géomatique vers la fin du XX^e siècle a contribué à l’adoption de systèmes de gestion adaptée à un site spécifique, grâce au recours à la télédétection, à la technologie GPS et au système d’information géographique (SIG). Cette approche est appelée « agriculture de précision » ou « gestion adaptée à un site spécifique » (5-7). La prise en compte de la variabilité spatiale a amené un changement paradigmatique par rapport aux pratiques de gestion conventionnelles des sols et des cultures. Il s’agit d’un affinement de la gestion de la parcelle avec des décisions de gestion adaptées aux variations de l’état des ressources. D’un point de vue statistique, l’agriculture de précision peut être représentée comme P = 1 – SD, SD étant la déviation standard (« standard deviation ») ; P = 1 représente une parcelle extrêmement homogène et P = 0, un système complexe avec une variabilité maximum. L’agriculture de précision requiert des ressources et outils spéciaux pour identifier la variabilité spatiale inhérente associée aux caractères du sol et à la croissance de la plante, et ordonner la stratégie de gestion la plus appropriée au site en question. Elle offre la possibilité d’un changement marquant dans l’efficacité à la production. De manière fondamentale, l’agriculture de précision reconnaît que les conditions de la production agricole sont déterminées par le sol, le temps météorologique et la gestion préalable à travers l’espace et dans le temps (9). Prenant en compte cette variabilité inhérente, les décisions de gestion doivent être propres au lieu et au moment, plutôt que programmées de façon uniforme et rigide. L’agriculture traditionnelle fait un usage uniforme des engrais, herbicides, insecticides, fongicides et de l’irrigation, sans tenir compte de la variabilité spatiale. Ce nouveau concept d’agriculture de précision a émergé dans le but de réduire les effets négatifs d’un usage insuffisant ou excessif des intrants. La gestion adaptée à la variabilité spatiale d’un site spécifique a été développée pour maximiser la production et minimiser la pollution et la dégradation de l’environnement, débouchant ainsi sur un développement durable. Le coût actuel de l’agriculture de précision est estimé de 9 à 23 $ US par acre ; ce coût est probablement amené à baisser (9). Les recommandations en intrants productifs pour chaque portion variable de la parcelle pourraient être ajustées afin d’optimiser le rendement en fonction des objectifs agronomiques, économiques (5) et environnementaux via une minimisation du coût de production. L’agriculture utilisant la variabilité spatiale est désormais commercialisée aux États-Unis (10).

Méthodes et outils de l’agriculture de précision

L’agriculture utilisant la variabilité spatiale repose dans une très large mesure sur la technologie. Les nouveaux outils applicables à l’agriculture de précision sont issus de l’électronique et de l’informatique, comme par exemple, la télédétection, la technologie GPS et le SIG. La technologie utilisée par l’agriculture de précision couvre trois aspects : la collecte de données, l’analyse et le traitement des informations enregistrées et les recommandations basées sur l’information à disposition. Les différentes méthodes entrant en jeu sont les suivantes :

Cartographie

La production de cartes indiquant les propriétés du sol et de la culture en question est la première et la plus importante des étapes de l’agriculture de précision. Ces cartes mesureront la variabilité spatiale et serviront de base pour le contrôle de celle-ci. La collecte de données se fait avant et durant la production de la plante de culture et consiste en la collecte par GPS de coordonnées géographiques précises. Les méthodes de collecte des données sont l’échantillonnage et le quadrillage du sol, le suivi du rendement,  la télédétection et le dépistage (ou « crop scouting ») (9). Pendant la période de culture, les données sont collectées via des capteurs comme les sondes qui vont déterminer le statut nutritif du sol et sa conductivité électrique. Des scanners optiques sont utilisés pour détecter la matière organique du sol et identifier les mauvaises herbes (9). Puis, ces données produites par cartographie sont enregistrées et stockées dans un ordinateur en vue de mesures futures. Les opérations de cartographie peuvent être accomplies par télédétection, SIG, ou manuellement pendant les travaux de culture.

Télédétection

La télédétection consiste en l’acquisition à distance d’informations précises sur un objet sans entrer en contact avec celui-ci. Bien que la télédétection soit utilisée depuis déjà une décennie, son application à l’agriculture pour gérer la variabilité spatiale est relativement nouvelle. La télédétection mesure les propriétés visibles et invisibles d’une parcelle ou d’un groupe de parcelles et convertit ces mesures ponctuelles en une information spatiale afin de suivre l’état, dynamique dans le temps, du sol et de la plante. Les observations visuelles sont enregistrées via un support numérique puis sont géo-référenciées dans une base de données SIG. Si la saisie numérique est la méthode de télédétection la plus répandue, l’agriculture de précision a aussi recours à la photographie et à la vidéographie aérienne. La télédétection par satellite s’est révélée un outil utile pour faire une estimation de la superficie un mois en avance avec plus de 95% de justesse ou pour faire une estimation du rendement d’une zone de monoculture avec plus de 90% de justesse 10 jours en avance (11). Le procédé le plus répandu est de prendre des clichés via des satellites comme LANDSAT ou SPOT (10). Ces images sont finalement utilisées pour créer des cartes et calibrer les mesures. Des mesures sont bien sûre prises aussi directement sur la parcelle pour obtenir une précision de vérité de terrain. Ces images permettent de cartographier les propriétés de la culture, des ravageurs et du sol afin de suivre de saison en saison la variabilité intra-parcellaire de la production, du stress, des mauvaises herbes et de leur étendue (5). (…) Les données ponctuelles obtenues lors du contrôle du sol peuvent être traduites en couverture spatiale en se basant sur une interpolation géostatistique (5), indiquant les propriétés chimiques du sol, son statut nutritif, sa matière organique, sa salinité, sa teneur en eau etc. Ces informations regardant la variabilité spatiale peuvent être utilisées avec d’autres géoréférences afin d’identifier les unités saisonnières stables et variables, sur la base de quoi les stratégies de gestion pourront être développées. La technologie spatiale combinée à la télédétection par satellite et à la communication fournit des informations précieuses, précises et en temps réel, comme une première alerte, un danger approchant, une estimation des dégâts, et permet une propagation rapide de l’information sur une catastrophe et les décisions à prendre pour la minimiser (11).

Système d’information géographique

On a depuis quelques temps de plus en plus recours au SIG en agriculture pour contrer au mauvais usage fait des ressources, particulièrement en terres et en eau. Le SIG est la principale méthode utilisée pour entrer dans un ordinateur des données spatiales issues de différentes sources (9). Le SIG s’occupe de la gestion de l’information spatiale concernant les propriétés du sol, les systèmes de culture, les infestations de ravageurs et les conditions climatiques. Il s’agit avant tout d’une étape intermédiaire durant laquelle les données recueillies à différents moments et basées sur des régimes d’échantillonnage sont combinées afin de développer les méthodes de décision qui en découlent, comme les modèles de traitements, les systèmes-experts etc. La manipulation de l’information spatiale a débuté dans les années 60, mais a rapidement pris son essor avec le développement des techniques informatisées. Avec l’entrée dans le nouveau millénaire, les techniques basées sur le SIG sont en effet nécessaires pour une production alimentaire et une utilisation des ressources qui soient durables et ce, sans détériorer plus avant l’environnement. La technologie SIG en fournissant des informations précises sur la parcelle va aider les agriculteurs et les scientifiques dans leur prise de décision. Elle rend le désherbage, la lutte anti-ravageurs et l’application d’engrais sur un site spécifique, précis et efficaces. Elle s’avère aussi extrêmement utile dans le suivi de la sécheresse, l’estimation du rendement, le suivi des infestations de ravageurs et les prévisions (11, 13, 14). Le SIG, couplé à la technologie GPS, à des micro-ordinateurs, à la télédétection et à des capteurs est utilisé pour cartographié le sol, le stress des cultures, cartographier le rendement et faire une estimation de la matière organique du sol (14) et des éléments nutritifs à disposition. Combinées, ces différentes technologies ont apporté de rapides changements dans la collecte de données, leur stockage, traitement et analyse et dans le développement de modèles pour les paramètres touchant aux intrants (13).

Cartographie manuelle durant les travaux de culture

Les mesures peuvent aussi être faites par les agriculteurs pendant les travaux de culture. Les mesures les plus communes sont l’enregistrement du rendement et, lors du travail du sol, l’enregistrement de ses propriétés. Des mesures manuelles peuvent être faites aussi pour des échantillons de sol, une infestation de ravageurs et autres problèmes relatifs à la culture (15). Ces mesures sont faites à un moment spécifique et fournissent habituellement des informations d’une grande précision et extrêmement utiles. Quelque soit la méthode de cartographie suivie, l’élément crucial semble résider dans le mesurage de la quantité à cartographier (10). Des capteurs précis et fiables sont requis pour convertir les quantités physiques et biologiques en valeurs électroniques. La cartographie requiert aussi un appareil précis pour localiser avec exactitude les quantités mesurées. C’est là que le GPS différentiel (ou DGPS) s’avère extrêmement utile pour l’agriculture de précision (10).

Stratégies de contrôle

La variabilité spatiale représentée sous forme de cartes est utilisée pour contrôler la variabilité des sols, des cultures et des ravageurs, lors des travaux des champs. La réponse traditionnelle à la variabilité du sol au sein d’une parcelle est le contrôle de l’application d’engrais, appliqué en quantité variable dans l’espace. De la même façon, les cartes de l’humidité du sol sont utilisées pour contrôler l’irrigation (16). Les cartes de rendement et d’infestation de ravageurs sont aussi utilisées pour contrôler l’irrigation, l’application d’engrais et de pesticides (17). Les travaux de culture variables dans l’espace requièrent les équipements suivants (10) :

• un ordinateur de contrôle pour coordonner les opérations de culture basées sur les cartes en mémoire dans l’ordinateur ;
• un localisateur pour déterminer la localisation présente de l’équipement ;
• un actionneur pour recevoir les ordres de l’ordinateur de contrôle.

Opinion

  Un des aspects importants de ces équipements est la réaction dynamique qu’ils supposent, sans quoi l’opération prend place après le moment opportun. Les instruments SOILECTION (10) et FALCON (18) développés aux États-Unis par AgChem sont utilisés pour l’application d’engrais et de pesticides de façon variable dans l’espace d’après les informations données par les cartes numériques. La moissonneuse-batteuse équipée d’un moniteur de rendement est l’un des instruments les plus populaires de l’agriculture de précision. Son usage est très répandu en Amérique du Nord. (9). Les moniteurs de rendement sont actuellement disponibles pour le maïs, le soja, le blé, la pomme de terre et la cacahuète. La technologie à taux variable (en anglais VRT de « variable-rate technology ») utilise aussi les informations relatives à la variabilité, appliquant les intrants (engrais, pesticides, micro-éléments nutritifs, chaulage, densité de semis, irrigation, drainage) selon les besoins du site (8, 10, 19, 20). La technologie à taux variable et les moniteurs de rendement sont des composantes essentielles de l’agriculture de précision, cette dernière reposant essentiellement sur l’intégration des technologies SIG et GPS et sur le recours à un équipement agricole basé sur la technologie à taux variable. Le succès de l’agriculture de précision repose en grande partie sur les liens de communication, entraînant un dialogue électronique continu entre les agriculteurs, afin d’interpréter l’information en vue d’une meilleure prise de décision.

Problèmes

L’agriculture de précision est un développement nouveau de la technologie spatiale, électronique et informative actuelle, ayant un potentiel énorme en matière d’utilisation des ressources et d’augmentation de la production agricole. Certains points demandent cependant une attention particulière en recherche et développement afin d’obtenir les meilleurs résultats aux champs. Ces points sont les suivants :

Couverture de la zone ciblée et gestion des données

Il faut distinguer clairement la couverture de la zone ciblée, la collecte de données, leur calibration, correction, enregistrement et leur intégration à la démarche managériale par le fournisseur et l’utilisateur. Étant donné que les paramètres du sol et de la plante sont dynamiques dans le temps, une couverture répétitive par les plateformes de télédétection est essentielle pour obtenir des informations correctes. Les plateformes de télédétection peuvent être utilisées conjointement avec les unités de gestion pour évaluer les problèmes et apporter les meilleures solutions de gestion. Une analyse algorithmique est nécessaire à la calibration géométrique, la correction et l’enregistrement des différentes données obtenues via la télédétection (5).

Discrimination concernant l’échelle

Il s’agit d’un des problèmes majeurs de l’agriculture de précision. Les grandes exploitations ont les moyens d’adopter les techniques de l’agriculture de précision et de faire donc plus de profit. Pour avoir une idée claire de cette discrimination, il faut par conséquent étudier comparativement l’avantage technologique et les limites de l’agriculture de précision pour les petites et larges exploitations.

Infrastructure

Ce développement technique apportera aux agriculteurs une aide précieuse. De plus, une infrastructure de soutien est essentielle pour faciliter le traitement des données, leur stockage, leur accessibilité et la livraison à temps du produit au niveau du fournisseur et de l’utilisateur. Un investissement énorme est requis pour développer des systèmes d’accès et de contrôle. Des technologies informatives, comme les réseaux, doivent être développées pour faire parvenir l’information jusqu’à l’utilisateur final (5). Pour continuer à développer cette technologie, il est grandement nécessaire de prendre part à l’estimation de l’impact quant à la planification à court comme à long terme.

Propriété et confidentialité

Ces problèmes sont intriqués du fait que les données sont combinées avec d’autres entités, puis transformées, interprétées et traitées. Les questions de droit de la propriété intellectuelle n’ont rien de nouveau, mais elles font leur entrée dans le domaine agricole, ajoutant de la confusion aux questions de propriété et autres problèmes qui lui sont rattachés. Il faut trouver des solutions à ces problèmes inhérents et trouver comment protéger la propriété et la confidentialité des données.

Commercialisation de l’agriculture de précision

Tout développement technologique ne fournit pas de solution totale à l’utilisateur tant qu’il n’a pas été commercialisé comme service pour un usage extensif. L’intérêt pour l’agriculture de précision et son introduction ont donné lieu à un décalage entre les capacités technologiques et la compréhension scientifique de la relation entre les apports entrants et les produits sortants. Le développement de l’agriculture de précision a été très largement soumis aux lois de marché, mais sa croissance future requiert la collaboration des secteurs privé et public. Il faut que le secteur privé prenne en charge le développement commercial, la crédibilité du produit et la satisfaction du consommateur. Quant au secteur public, il faut qu’il coordonne les activités de développement et de mise en application de l’agriculture de précision en fournissant des programmes d’aide pour remplir les objectifs (5). Des liens entre le gouvernement, l’université et les entreprises sont essentiels pour faciliter le transfert et l’adoption de cette technologie par les utilisateurs finaux. Le potentiel de cette technologie a déjà été démontré, mais en pratique, une distribution significative est difficile vu qu’elle nécessite une commercialisation à grande échelle pour permettre de réaliser des bénéfices.

Perspective indienne

La Révolution verte n’a pas seulement augmenté la productivité, elle a aussi eu plusieurs conséquences écologiques négatives, comme l’épuisement des terres, le déclin de la fertilité du sol, sa salinisation, son érosion, la détérioration de l’environnement, des risques pour la santé, une viabilité des terres agricoles pauvre et une dégradation de la biodiversité. L’usage indiscriminé de pesticides, l’irrigation et une fertilisation déséquilibrée sont devenus une menace pour la viabilité (1, 2). D’autre part, des problèmes comme une efficacité moindre des intrants à l’usage et un rapport produit-intrant en baisse ont rendu la production agricole moins rémunératrice. D’après le CGIAR (Groupe Consultatif pour la Recherche Agricole Internationale), « l’agriculture durable consiste en la gestion réussie des ressources en vue de satisfaire les besoins humains qui varient, et ce, tout en maintenant ou améliorant la qualité de l’environnement et en préservant les ressources naturelles ». Nehru avait dit, « tout peut attendre, mais pas l’agriculture ».  C’est pourquoi la recherche en agriculture s’applique à générer des technologies nouvelles afin de réorienter les besoins et contraintes, actuels et futurs. Les nouvelles technologies se doivent d’être extrêmement productives, rentables et écologiques. Dans le contexte actuel, le maintien des équilibres écologiques via une gestion précise et spécifique à un site est plus que souhaitable. Les planificateurs reconnaissent depuis longtemps déjà qu’un système de prévision précis de la production agricole est essentiel pour renforcer la sécurité alimentaire (11). Le concept d’agriculture de précision est peut-être à même de régler ces problèmes, bien qu’il semble inapproprié au contexte indien. Il n’est cependant pas impossible de l’adopter. Des efforts en recherche sont requis pour déterminer son applicabilité au scénario agricole indien. La M. S. Swaminathan Research Foundation de Chennai (Tamil Nadu, Inde) travaille mains jointes avec Israël pour démarrer l’agriculture de précision à un niveau expérimental, incluant la conduite de programmes de formation (21).

Conclusion

Le siècle dernier a vu de nombreux changements, positifs comme négatifs, dans les composantes majeures de l’agriculture. Durant les dernières décennies, l’impact de la science et de la technologie sur la société et sur l’écosystème a intensifié la détérioration de l’écosystème, menant à une réduction des ressources biologiques. L’agriculture des années 40, alors respectueuse de l’environnement, est désormais complètement chimique, incluant de nouvelles technologies et sujette aux lois du marché. L’agriculture va devoir faire face dans le futur à des défis énormes pour fournir une alimentation adéquate à la population. Par conséquent, il est temps de prendre des décisions pour déterminer comment augmenter la productivité, étant donné que les pays en voie de développement ont pour la plupart des cultures nourricières le taux de productivité le plus bas. Il est évident que si les outils les plus récents de la technologie et de la science ne sont pas mis au service d’une distribution durable et équitable des ressources naturelles de notre pays, faim et pauvreté persisteront. Les nouvelles technologies pourraient permettre d’exploiter plusieurs possibilités, qui se sont ouvertes très récemment, de gestion avec précision du secteur agricole. Ce tableau ne relève pas de la science-fiction et les pays développés en ont déjà tiré de nombreux bénéfices. Ces technologies devraient être utilisée plutôt en complément qu’en remplacement des méthodes traditionnelles, afin d’améliorer la productivité et la qualité. À la lumière des besoins urgents actuels, un effort de tous est nécessaire pour mettre en application ces nouveaux apports technologiques et aider au développement de notre société. Maintenant, ce dont nous avons besoin, c’est de développer une relation symbiotique entre l’homme et la nature pour créer un équilibre écologique harmonieux.

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21. Narayan, L. R. A., The Hindu Survey of Indian Agriculture, 2000, 193-195. Debashis Mandal is in the All India Land Use and Soil Survey, IARI Campus, Pusa, New Delhi 110 012, India and S. K. Ghosh* is in the Nagarjuna Agricultural Research and Development Institute, C-15, Vikrampuri, Secunderabad 500 009, India *For correspondence. (e-mail: [email protected])

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Le contenu de cet article est essentiellement basé sur l’article agrowiki de langue anglaise suivant :

Precision Farming