[Parole d'expert Carnot] Mobiliser le numérique pour réinventer l’agriculture

03 2020
Les Carnot et les entreprises

Face aux enjeux environnementaux, climatiques et alimentaires, l’agriculture a un "impérieux besoin d’innovations". Pour relever ces défis, les instituts Carnot s’attachent notamment à développer les technologies du numérique, explique Carole Caranta, directrice du Carnot Plant2Pro, dans ce focus réalisé en partenariat entre l’AiCarnot et AEF info. Plusieurs projets ont déjà abouti à des transferts industriels, à l’instar de PigleDetect pour la détection précoce des maladies porcines. D’autres sont en cours, à l’exemple de FertiWeb Dynamic pour ajuster la fertilisation azotée des cultures.

L'ANALYSE de Carole Caranta, directrice du Carnot Plant2Pro

Dans un contexte où l’agriculture de demain doit s’inventer plus économe en ressources naturelles et plus respectueuse de l’environnement, faire face au changement climatique, et assurer une production suffisante et de qualité, son amont et son aval font face à de multiples enjeux économiques et environnementaux et à un besoin impérieux d’innovations.

LES OUTILS DU NUMÉRIQUE, UN LEVIER PUISSANT

Pour contribuer à ces défis, les instituts Carnot et en particulier Plant2Pro proposent une vision systémique des productions végétales en mobilisant l’ensemble des leviers biotechniques disponibles : innovation variétale, développement du biocontrôle, innovation des systèmes de production et agriculture de précision.

Dans ce cadre, les outils du numérique, les outils connectés et les agroéquipements constituent un levier puissant pour :

  • accélérer le progrès génétique (e.g. phénotypage, meilleure caractérisation des facteurs limitants des systèmes de production) ;
  • mieux traiter et tenir compte des hétérogénéités induites par la diversification des cultures (associations d’espèces, mélanges variétaux, plantes compagnes, allongement des rotations) ;
  • mobiliser les régulations biologiques (par exemple capteurs connectés pour la détection et le suivi des bioagresseurs ou d’auxiliaires) ;
  • monitorer en continu l’état physiologique des plantes permettant d’apporter des actions correctives de manière localisée ;
  • améliorer la performance des productions, notamment en matière d’énergie, d’intrant et d’autonomie.

DES MARCHÉS EN CROISSANCE DE 7 À 12 % PAR AN

Le développement de ces technologies contribuera à la compétitivité du secteur, à l’amélioration de la traçabilité (sécurité sanitaire, origine, qualité, conditions de production) tout au long de la chaîne d’approvisionnement alimentaire. Il induira une réduction de la pénibilité du travail et de l’exposition aux substances toxiques et l’amélioration de l’attractivité des emplois.

Les marchés sont en développement constant avec une taille à l’échelle mondiale de 4,2 Md€ et 122 Md€ respectivement pour l’agriculture de précision et les agroéquipements en 2018 (1) et présentent une croissance comprise entre +7 et +12 % par an. Ces marchés portent sur la fabrication et l’installation de logiciels (incluant les outils d’aide à la décision) et de matériels (capteurs, systèmes d’épandage, etc.) visant à optimiser le fonctionnement d’une exploitation agricole de culture ou d’élevage, sur la fabrication d’outils de phénotypage, la fabrication de matériels agricoles.

ACCOMPAGNER L’ÉMERGENCE DE CHAMPIONS EUROPÉENS

Nos travaux actuels concernent par exemple le couplage innovant du déploiement de variétés résistantes à des maladies et ravageurs et le monitoring des pressions épidémiques afin de garantir la durabilité des résistances génétiques. Ils visent également à développer de nouveaux modèles permettant la mise en œuvre d’approches prédictives pour la gestion des risques liés aux aléas climatiques, ou encore des outils de traçabilité des productions qui seront mobilisés tout au long de la chaîne afin d’accompagner des démarches de qualification de la qualité des produits. Notre offre de recherche est également reconnue dans le domaine de l’agroéquipement et de l’agriculture numérique avec la coordination de l’Institut de Convergences DigitAg.

Notre ambition est d’accompagner l’émergence de champions européens du numérique pour les productions végétales et de l’agriculture de précision. L’offre de recherche et d’innovation des Carnot est diversifiée et compte plusieurs réussites dans ce domaine.

Trois EXEMPLES DE TRANSFERTS

RhizoTubes & RhizoCabs

Contexte. Les RhizoTubes (contenants innovants de culture) et RhizoCabs (robots d’imagerie) ont été développés au début des années 2010 par l’équipe de recherche de Christophe Salon de l’UMR Agroécologie au centre Inrae de Dijon (2), composante du Carnot Pant2Pro, avec les entreprises InoviaFlow (Dole) et Shakti (Marseille).

Innovation. Les RhizoTubes & RhizoCabs sont des dispositifs qui permettent, de manière non destructive, de caractériser morphométriquement (phénotyper) le système racinaire des plantes et la résultante des interactions entre micro-organismes du sol et racines végétales (nodosités, mycorhizes). Ils sont conçus pour phénotyper en continu durant leur croissance un grand nombre de plantes sur des paramètres très variés, de façon automatisée en milieu parfaitement isolé et contrôlé. Ce système intégré permet de visualiser à la fois le développement et la croissance des racines et leur modulation en réponse à des variations environnementales abiotiques (disponibilité en nutriments ou en eau, enrichissement en CO2 atmosphérique…) ou biotiques (interactions avec les micro-organismes telluriques, symbioses…).

Actuellement, le système a été testé avec succès sur une vingtaine d’espèces soumises à différentes conditions environnementales (contraintes hydriques, nutrition azotée contrastée, etc.). L’outil permet de caractériser 1 200 plantes par jour sur la plateforme de phénotypage haut débit 4PMI de Dijon.

Valorisation. Ces dispositifs permettent la recherche des déterminants génétiques impliqués dans les traits clés afin d’améliorer la réponse des plantes cultivées aux stress environnementaux et leur interaction avec les microorganismes de la rhizosphère. Ils complètent les approches sur les facteurs moléculaires impliqués dans les traits structuraux visés par les programmes de sélection. Les RhizoTubes permettent aussi de tester différentes molécules de nutrition des plantes, de biocontrôle ou des biostimulants et d’évaluer l’impact de ces molécules sur la croissance et le développement racinaire.

Les RhizoTubes et RhizoCabs sont maintenant distribués par 3 entreprises : InoviaFlow qui les a développés avec le Carnot Plant2Pro (Inrae), Qubit et Phenotrait. De nouveaux rhizotrons sont en cours de développement avec les entreprises en fonction de leurs besoins propres, en particulier des rhizotrons couplés à la technique d’hydroponie.

PigleDetect : mieux prévenir les pathologies porcines pour moins traiter

Contexte. La filière porcine représente à elle seule près de 40 % du tonnage national de matière active médicamenteuse utilisée. La détection précoce de pathologies est l’une des pistes à investiguer afin de réduire la consommation d’intrants en production porcine en passant d’un mode de traitement souvent collectif ou semi-collectif à un mode de traitement individuel sur des animaux ciblés. De ce fait, les risques de contamination entre animaux d’une même case ou d’une même salle sont réduits ainsi que le nombre d’animaux à traiter, ce qui permet de proposer des produits fidèles aux nouvelles exigences de la filière et du consommateur.

Innovation. Ce projet, issu d’une collaboration entre l’Ifip (Institut du porc) et Inrae, deux composantes du Carnot France Futur Élevage, vise à fournir une surveillance individuelle en temps réel du poids ainsi que du comportement hydrique et alimentaire des animaux. Associée à un algorithme, en cours de développement, visant à détecter le comportement déviant des animaux malades, cette méthode permet d’alerter précocement les éleveurs lorsqu’un animal montre des signes de faiblesse. Pour ce faire, deux étapes sont nécessaires : la mise en place d’équipements permettant le recueil d’informations individuelles sur les porcelets et la construction d’un modèle statistique avancé capable de valoriser ces informations pour réaliser une détection précoce de pathologies et alerter l’éleveur.

Valorisation. Preuve de l’intérêt et de l’implication des acteurs de la filière pour cette thématique, le projet associait l’équipementier français d’élevage Asserva pour le développement des équipements capables d’enregistrer le poids et le comportement individuel alimentaire et hydrique des porcelets.

Ce système, développé avec le Carnot France Futur Élevage et couplé avec un modèle statistique adéquat, permettra, à court terme, de suivre finement le comportement des porcelets et de détecter précocement les troubles de santé. L’éleveur pourra alors choisir une stratégie thérapeutique adaptée. Le développement de l’algorithme de détection précoce des pathologies donne un important avantage concurrentiel à ce dispositif et répond aux besoins d’aide au pilotage des élevages.

Les nouvelles interfaces homme-machine simplifient le pilotage des tracteurs

Contexte. AGCO, l’un des leaders mondiaux du machinisme agricole, s’est tourné vers le Carnot CEA LIST, pour l’aider à simplifier les interfaces de commandes. L’objectif était de développer une molette permettant à la fois de naviguer de manière intuitive dans des menus graphiques, et de piloter les différentes fonctions et outils du tracteur en offrant un retour haptique.

Innovation. Les chercheurs ont mis au point un bouton rotatif comprenant un moteur couplé à un fluide magnéto-rhéologique dont la viscosité varie en fonction de la résistance à produire. Ce système hybride offre un retour haptique de grande qualité, caractérisé par un temps de réponse très rapide et une grande dynamique d’effort. Le couplage de la vision de l’écran avec la sensation de toucher apporté par cette interface permet de favoriser la perception de l’état de la machine par l’utilisateur. Ainsi, des butées infranchissables peuvent être définies en fonction des caractéristiques des outils, des résistances croissantes paramétrées selon les efforts subits par le tracteur, ou encore des alertes vibratoires.

Une interface haptique a été réalisée pour faciliter le pilotage des machines agricoles. Un premier prototype centralise la commande de deux fonctions importantes : le pilotage de la boîte de vitesse et celui du relevage arrière.

Valorisation. La preuve de concept a été réalisée et un démonstrateur a été testé en conditions réelles, avec la boîte de vitesse et le relevage arrière. Ce partenariat permet désormais à AGCO de proposer une offre améliorée d’interfaces de commandes de ses tracteurs à ses clients. Le CEA List a également présenté une variante de la technologie sous la forme d’un joystick au CES 2020 à Las Vegas en janvier 2020.

DEUX projets de préparation du futur

FertiWeb Dynamic

Projet. Le projet FertiWeb® Dynamic porté par Arvalis, Institut du Végétal composante du Carnot Plant2Pro, a pour objectif de développer un outil d’aide à la décision pour le calcul des doses d’azote selon une approche dynamique, c’est-à-dire en actualisant en continu les données climatiques et les itinéraires techniques à disposition.

Contexte. L’ajustement de la fertilisation azotée des grandes cultures est un enjeu majeur dans le raisonnement des itinéraires techniques (production, qualité, environnement).

Perspectives de valorisation. FertiWeb® Dynamic présente un fort potentiel de développement auprès des coopératives et négoces agricoles ainsi qu’auprès des éditeurs informatiques agricoles dans un contexte de croissance exponentielle du secteur. La montée en TRL et le positionnement de cet outil constituent un levier d’attractivité incontournable de l’institut Carnot Plant2Pro dans le secteur du numérique en agriculture. Actuellement développé sur les céréales à paille, sa généricité permettra à court terme un développement chez les espèces oléo-protéagineuses.

E-broiler Track

Projet. Évaluer le bien-être des poulets avec l’intelligence artificielle

Contexte. Garantir aux consommateurs une production de poulets de chair, respectueuse du bien-être animal fait partie des demandes brûlantes des consommateurs et de la société civile. C’est dans ce contexte que l’Itavi (Institut technique de l’aviculture) coordonne le projet E-broiler Track, avec Inrae et Idele (Institut de l’élevage) – tous composantes du Carnot France Futur Élevage – et financé par le CasDar 2018 n°18 ART 1832. L’objectif de ce projet est de mettre au point un relevé automatique d’indicateurs de bien-être des poulets de chair, en utilisant l’image et le son. Les technologies de l’image et du son doivent permettre des analyses plus fines et plus fréquentes que celles réalisées par l’homme, et donc prendre en charge beaucoup plus rapidement un épisode sanitaire ou de moindre bien-être.

Résultats. Des travaux de thèse sont en cours sur l’analyse d’images, avec l’unité de recherche InTheRes (Inrae et École vétérinaire de Toulouse) jusqu’en 2022, pour le développement d’un système de suivi individuel de poulets par imagerie, en utilisant l’intelligence artificielle. Les premiers résultats sont prometteurs, puisqu’il est déjà possible d’individualiser les poulets élevés à des densités commerciales. La seconde étape sera de mesurer différents indicateurs, en s’appuyant sur la méthode Ebene® d’évaluation du bien-être développée par l’Itavi. Les mesures acoustiques réalisées à l’échelle du groupe d’animaux permettront d’identifier des différences d’activité en temps réel, pouvant traduire des problèmes sanitaires ou de moindre bien-être des poulets.

Perspectives de valorisation. Le projet E-Broiler Track devra aboutir à l’élaboration de spécifications techniques qui serviront de base au développement d’un outil de pilotage en temps réel pour l’éleveur, pour faciliter le suivi de ces animaux.

(1) Faire de la France une économie de rupture technologique, 7 février 2020 (lire sur AEF info).

(2) Unité mixte de recherche associant l'Inra, AgroSup Dijon, l'université de Bourgogne et le CNRS.