Les applications ou l'utilisation de « drones » (plus techniquement, UAV - véhicule aérien sans pilote) en agriculture montrent une forte tendance à la croissance. Cette tendance pourrait s'accélérer encore davantage si l'on tient compte de l'infinité d'applications potentielles encore en développement.
Il convient de souligner que lorsque nous parlons de « drones », nous utilisons un terme générique qui englobe plusieurs composants et systèmes, chacun utilisé dans l'une des phases de la chaîne de production d'informations (Figure 1).
L'un des composants est l'UAV proprement dit, qui peut être de type mini-hélicoptère avec une hélice à axe de rotation vertical ou multirotor à 4, 6 ou 8 hélices, sans oublier ceux qui ressemblent à des avions, appelés « drones » à voilure fixe (Figure 2). Chaque type et modèle a ses avantages et ses inconvénients. Les UAV multirotors peuvent en général voler à des vitesses et des altitudes plus faibles que ceux à voilure fixe, et sont plus stables et plus sûrs par vent fort. Une autre caractéristique importante qui distingue les UAV est leur capacité de « payload » (ou charge maximale transportable), qui va de moins de 200 grammes à quelques dizaines de kilos. Il existe en outre des UAV équipés d'une centrale inertielle, d'un GPS, de capteurs d'obstacles uni- ou multidirectionnels, de capteurs d'atterrissage assisté, entre autres.
Un autre composant est le Système de Contrôle et de Communication (SCC), les fameuses « ground stations » (Figure 3), qui comprend la communication entre le dispositif de base et l'UAV, les logiciels de planification et de pilotage automatique des vols, ainsi qu'une infinité de configurations et de réglages des paramètres de sécurité de vol et de consommation d'énergie. Il existe des dizaines de solutions de « ground stations », mais il est recommandé d'adopter celle développée et fournie par le fabricant de votre UAV.
Sans aucun doute, le composant « payload » est devenu celui qui retient le plus l'attention du marché, car c'est dans cette partie et dans le traitement des images que les différentes applications sont personnalisées. Que pourrait-on embarquer sur un UAV ? Les réponses possibles sont inimaginables et variées : des appareils photo numériques aux « sprayers », en passant par des capteurs actifs (micro-ondes), des capteurs passifs (dans les longueurs d'onde visibles et invisibles à l'œil humain, y compris les régions infrarouges), une grande diversité de capteurs de variables environnementales, des semoirs, entre autres.
Lorsque des appareils photo numériques ou des capteurs sont utilisés à bord d'un UAV pour collecter des images ou des vidéos, l'utilisation du composant Systèmes de Traitement d'Images (STI) est indispensable (Figure 3). Là aussi, il existe un large éventail de solutions sur le marché. C'est ce composant qui permet à l'utilisateur d'assembler des centaines ou des milliers d'images numériques en une seule image de la parcelle ou du champ expérimental, généralement appelée mosaïque orthorectifiée. Chaque image capturée par l'appareil photo ou le capteur depuis un UAV subit les effets de la rotation des axes sous l'influence du vent ou des courants thermiques pendant le vol, ainsi que les effets des différences d'intensité de la lumière du soleil au cours d'une mission. Les STI contiennent des algorithmes capables de corriger ces distorsions et de générer l'image unifiée de la zone ciblée.
L'application pionnière en agriculture a peut-être été la surveillance visuelle au moyen d'images (statiques ou dynamiques) capturées par des appareils photo numériques embarqués sur des UAV. Sans aucun doute, la rapidité et la qualité d'une surveillance par UAV dépassent celles d'une surveillance à pied ou avec des véhicules au sol.
Mais une étape importante a été franchie avec l'utilisation d'images capturées dans des longueurs d'onde invisibles à l'œil humain. L'utilisation de caméras qui capturent des images dans la région infrarouge a permis de générer des orthomosaïques montrant la variation spatio-temporelle d'un indice de végétation sur une parcelle (Figure 4). Cela est corrélé à la variation de certains éléments du sol, mais aussi à l'état sanitaire des plantes, ce qui permet de déduire la présence de maladies et leur localisation dans la parcelle. Cette donnée permet, par exemple, de générer une carte de préconisation de pulvérisation. Un UAV équipé d'un pulvérisateur et guidé par la carte de préconisation peut être dirigé pour n'appliquer le produit que dans les zones qui en ont besoin.
L'étape suivante du marché a été l'utilisation de capteurs multispectraux qui capturent des images dans la région visible à l'œil humain et, simultanément, dans deux ou trois bandes du proche et du moyen infrarouge. Cela a ouvert la possibilité d'observer des variations d'indices de végétation sur une parcelle liées au stress hydrique, tout en améliorant la qualité des informations relatives aux stress biotiques. Il existe des dizaines d'indices de végétation pouvant être calculés à partir d'images capturées par des capteurs multispectraux, certains étant plus adaptés à une espèce qu'à d'autres. Pour chaque espèce végétale, il peut exister des indices de végétation plus adaptés à chaque stade de la culture.
S'y ajoutent des applications pour mesurer la hauteur des plantes (Figure 5), compter les plantes et estimer la population (Figure 6),
Il convient de souligner ici l'importance croissante que prendront les capteurs hyperspectraux dans les applications liées à la recherche agronomique et à l'amélioration des plantes. Les capteurs hyperspectraux capturent des images dans toute la bande visible à l'œil humain, mais aussi dans les bandes du proche et du moyen infrarouge, et peuvent aller jusqu'à l'infrarouge lointain et aux micro-ondes. Par analogie : l'évolution des premières images captées dans l'infrarouge jusqu'à celles captées par des capteurs hyperspectraux serait comparable à l'évolution d'une radiographie vers une imagerie par résonance magnétique tridimensionnelle en couleur.
Cette catégorie de capteurs permettra bientôt le phénotypage à grande échelle pour les programmes d'amélioration génétique de nombreuses espèces dans le monde entier (Figure 7), à des coûts des milliers de fois inférieurs à ceux des solutions actuelles.
Mais avant de faire voler un UAV, il est important de connaître la réglementation applicable. Très récemment, l'ANAC (l'agence brésilienne de l'aviation civile) a publié une instruction normative. Les restrictions les plus importantes, sans s'y limiter, sont : enregistrer votre UAV auprès de l'ANAC ; ne jamais voler à plus de 120 mètres au-dessus du sol ; les vols au-dessus de rassemblements de personnes doivent être effectués à au moins 30 mètres de hauteur et avec l'autorisation écrite des personnes concernées ; les UAV dont le « payload » dépasse 25 kg exigent une licence équivalente à celle des pilotes d'avion, après une formation suivie auprès du Département de l'Aviation Civile.
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