Capteurs de drone pour l’agriculture de précision

Introduction

Ces dernières années, on a assisté à une diffusion toujours plus large des technologies dans l’agriculture, en particulier des outils de surveillance et d’acquisition de données. La raison est simple : les données sont précieuses pour agir de manière rationnelle sur le terrain, en économisant du temps et des ressources.

L’un des facteurs clés est de personnaliser l’offre, car chaque exploitation agricole a des besoins spécifiques et des capacités d’investissement différentes. Le facteur économique est certainement le plus sensible, car il pourrait limiter la diffusion de l’agriculture de précision, notamment en Europe où la majorité des exploitations agricoles ont une superficie inférieure à 10 hectares.

Dans ce contexte, les drones équipés de capteurs offrent une solution accessible et permettent d’obtenir des informations précises sans infrastructures coûteuses, tout en envisageant également la possibilité de recourir à des prestataires externes. Agrobit propose le service iDrone pour la photogrammétrie aérienne, la création de cartes RGB, multispectrales et thermiques, de cartes de préconisation, de modèles 3D et le traitement avancé des données. Pour en savoir plus sur les services proposés, vous pouvez lire l’article dédié iDrone : le drone, un puissant allié de l’agronome.

Capteurs de drone

L’objectif de cet article est de fournir un aperçu des capteurs pouvant équiper les aéronefs télépilotés, ou drones.

Partons des bases : qu’est-ce qu’un capteur ? Techniquement, il s’agit d’un dispositif capable de détecter une grandeur physique (par exemple la température, l’humidité, la lumière réfléchie) et de la traduire en une donnée numérique interprétable. Plus simplement, les capteurs sont des « yeux » qui recueillent des informations sur le terrain, et l’agronome est l’« esprit opérationnel » qui les interprète grâce à des techniques avancées d’analyse de données et les traduit en actions concrètes grâce à son expérience. Grâce à la captation de la lumière réfléchie par la végétation, il est possible de construire la signature spectrale de la végétation, une véritable empreinte digitale (Figure 1). Chaque région correspond à des caractéristiques spécifiques de la plante ; par exemple, dans l’infrarouge, il est possible de caractériser la structure cellulaire des feuilles.

Fig.1 : Signature spectrale de la végétation (source : Roman, Anamaria & Ursu, Tudor. (2016). Multispectral satellite imagery and airborne laser scanning techniques for the detection of archaeological vegetation marks).

Pourquoi utiliser des capteurs de drone ? Les principaux objectifs sont :

• Analyser l’état de santé de la culture en calculant des indices de végétation (NDVI, VARI, NDRE, GNDVI selon le capteur disponible).
• Optimiser les ressources utilisées grâce à la création de cartes de préconisation dédiées basées sur ces indices, par exemple pour l’irrigation et la fertilisation.
• Détecter rapidement les attaques phytosanitaires et les insectes pathogènes, souvent invisibles à un stade précoce.
• Soutenir les décisions agronomiques grâce à des interventions localisées.

Types de capteurs

Le drone survole la culture à basse altitude et recueille des informations via un capteur. Les principaux types de capteurs sont RGB, multispectraux, thermiques et LiDAR (Figure 2). Il existe également des capteurs hyperspectraux, mais ils restent réservés au monde de la recherche en raison de leur coût d’achat élevé.

Fig.2 : Exemples de capteurs commerciaux pour chaque type. De gauche à droite : RGB, multispectral, thermique, LiDAR.

Les capteurs RGB fournissent des images haute résolution dans les trois canaux de couleur primaires : rouge (R), vert (G) et bleu (B). En pratique, ils simulent la capacité de l’œil humain à observer l’environnement et fonctionnent de manière similaire à l’appareil photo d’un smartphone. Leur avantage est de permettre l’acquisition d’images très détaillées, à partir desquelles il est possible d’obtenir des cartes géoréférencées du champ, des modèles 3D, le comptage des plants, une analyse visuelle de l’état de la culture et la détection des dommages visibles.

Les capteurs multispectraux acquièrent des images dans des bandes du spectre électromagnétique non visibles à l’œil humain, comme l’infrarouge et le red edge. Cela permet une analyse plus approfondie de l’état de santé de la plante. En particulier, il est possible de calculer des indices de végétation précis tels que le NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), le NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) ou le GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation Index). Ces indices sont utiles pour la détection précoce des stress abiotiques et biotiques. Grâce aux indices de végétation, il est possible de construire des cartes thématiques représentatives du champ ; par exemple, l’indice NDVI est utilisé pour créer une carte de vigueur (Figure 3). Cette carte permet de suivre la biomasse de la canopée et d’identifier les zones les moins vigoureuses.

Fig.3 : Carte de vigueur obtenue à partir de l’indice NDVI dans un vignoble.

Les capteurs thermiques détectent les variations de température de la canopée ou du sol, en mesurant la température de surface. Ce capteur a été conçu à l’origine pour surveiller l’efficacité des systèmes d’irrigation, mais il peut être utilisé efficacement pour identifier les zones soumises à un stress hydrique (les feuilles en situation de stress ont tendance à fermer leurs stomates et à réduire l’évapotranspiration, ce qui augmente la température de surface) et pour évaluer les dommages dus au gel ou aux coups de chaleur. Les données recueillies par le capteur peuvent être traduites en une carte thermique (Figure 4), qui permet d’analyser les zones touchées par un stress thermique.

Fig.4 : Carte thermique d’un vignoble basée sur un relevé par drone avec capteur thermique.

Enfin, les capteurs LiDAR émettent des impulsions laser et mesurent le temps mis par l’impulsion pour être captée par le récepteur. Ce temps est traduit en distance, générant un point. En répétant ce processus un très grand nombre de fois, le long d’un rang par exemple, il est possible de construire le nuage de points tridimensionnel de la canopée de la plante. Grâce au modèle 3D, il est possible de calculer les paramètres biométriques de la plante (comme le volume, la hauteur et la densité de la canopée) et de créer un « jumeau numérique » (Figure 5 et Figure 6).

Fig.5 : Jumeau numérique d’un vignoble.

Fig.6 : Jumeau numérique d’un agrume (à gauche) et d’un rang de vigne (à droite).

Conclusions

L’utilisation de capteurs de drone permet à l’agriculteur de travailler de manière plus rationnelle et objective, en limitant le gaspillage de ressources et en augmentant la productivité. Malgré leur potentiel, il est important d’être conscient de certaines limites. L’utilisation de drones nécessite des compétences techniques et une connaissance certifiée de la réglementation relative au vol dans l’espace aérien. Il ne faut pas non plus négliger la gestion et l’analyse des données issues de la télédétection par drone.

Pour ces raisons précisément, une solution efficace consiste à faire appel à Agrobit qui, avec son service iDrone, met à disposition compétences, technologies et infrastructures avancées pour apporter l’agriculture de précision directement sur le terrain. Avec iDrone, l’équipe Agrobit prend en charge votre exploitation, du vol programmé à la collecte des données, du traitement des cartes au soutien à la décision pour l’agriculteur. Avec iDrone, chaque vol est un choix gagnant !