Contributions du numérique à la transition vers des agricultures et systèmes alimentaires durables

Cinq chercheurs d'Inrae et de l'Inria ont publié un livre blanc, Agriculture et numérique, sur les Technologies de l'information et de la communication (TIC) pouvant aider l'agriculture à répondre aux nouveaux enjeux de sécurité alimentaire, climatiques et environnementaux (diminution de la biodiversité, réduction des ressources, etc.). Selon l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), deux grands modèles sont envisageables : l'intensification durable (augmenter la productivité sans effets néfastes sur les écosystèmes), l'agro-écologie (s'appuyer sur les fonctionnalités offertes par les écosystèmes pour concevoir les systèmes de production). L'ouvrage explore les apports du numérique pour la transition vers ce second modèle, plus propice, selon les auteurs, à la préservation d'une agriculture familiale associée à un revenu et à des conditions de travail décentes des exploitants.

Les technologies numériques mises en œuvre par l'agriculture de précision sont actuellement plutôt utilisées dans une optique d'intensification durable. Elles reposent sur quatre principes (observer, diagnostiquer, préconiser, agir), afin de répondre aux besoins des plantes et animaux. Ces principes sont transposables au modèle agro-écologique (exemple dans la figure ci-dessous). De plus, le numérique offre des solutions pour comprendre et gérer la complexité des systèmes de production agro-écologiques, grâce à ses outils d'acquisition, ses capacités de traitement et de modélisation de données massives par les techniques d'intelligence artificielle. Il permet aussi d'anticiper les maladies ou nuisibles (dispositifs optiques pour la surveillance des plantes et la détection des insectes volants, pièges à insectes connectés, etc.) et de faciliter les opérations culturales sur des parcelles de cultures mélangées (petits robots connectés en essaim, cobots, etc.). Les auteurs identifient également d'autres opportunités d'usage : accompagnement de la territorialisation de l'alimentation, rééquilibrage des chaînes d’approvisionnement, appui à l'élaboration de stratégies, transmission et partage de connaissances, etc.

Pour souligner l'importance du développement d'un « numérique responsable » en agriculture, les auteurs en explicitent les différents risques. Ils identifient en particulier l'affaiblissement du lien entre l'agriculteur et la nature, le coût environnemental de ces technologies, l'accentuation de la concentration et de l'industrialisation de l'agriculture, ou encore la perte de souveraineté (maîtrise des données et des outils de production, dépendance aux outils d’aide à la décision, enjeux de cybersécurité).

Chaîne de traitement de l'outil d'aide à la décision Farmstar

Source : Inrae-Inria

Lecture : à partir d'images spatiales à résolution infraparcellaire, l'outil d'aide à la décision Farmstar fournit des conseils agronomiques à l'agriculteur. Au sein d'une architecture informatique, une chaîne de traitements associe différents flux de données et des modèles agronomiques pour une mise à disposition de cartes et tableaux de bord d'indicateurs dans l'application finale de l'utilisateur, via des Application Programming Interfaces (API).

Jérôme Lerbourg, Centre d'études et de prospective

Source : HAL INRAE

Coûts et bénéfices de l'agriculture de précision : le cas du blé en Suisse

L'agriculture de précision permet d'ajuster les apports d'intrants au plus près des conditions réelles des sols et de la croissance des plantes, avec des bénéfices potentiels sur les rendements, les marges et la réduction des pressions environnementales (excès d'azote, prélèvements en eau, etc.). Les technologies de recueil et de traitement de l'information ne cessent de s'améliorer, avec des résolutions spatiales de plus en plus précises (jusqu'à 2x2 m pour les drones), mais elles ont aussi un coût (achat de matériel, de données, etc.). Leur diffusion dans les pays européens s'avère ainsi moins répandue que dans les grandes exploitations des États-Unis. Est-ce dû à un retour sur investissement insuffisant ? Un article publié en juillet dans la revue Ecological Economics essaie de répondre à cette question.

Les auteurs ont effectué des simulations pour estimer les bénéfices économiques nets de cinq technologies de recueil de l'information, aux résolutions de plus en plus fines et permettant de moduler l'azote apporté : analyse de sols, capteur monté sur le tracteur, capteur manuel, données satellitaires, drones. Dans leur modèle, les doses d'azote optimales sont calculées de façon à maximiser le profit pour une technologie donnée. 10 000 simulations ont été conduites sur des terres agricoles types d'1 ha, divisées en 2 500 parcelles, avec trois qualités différentes de sols (teneur en matière organique, texture). L'hétérogénéité et la répartition spatiale des terres ainsi simulées sont mesurées par les indices de Shannon et de Moran (figure ci-dessous).

Agrégation de l'information en fonction de la précision des technologies considérées dans les simulations

Source : Ecological Economics

Lecture : 1, 2 et 3 correspondent aux trois types de sols analysés dans l'article.

Les résultats montrent que les technologies aux résolutions les plus fines produisent des bénéfices nets par rapport à celles moins précises, mais au-delà d'un certain seuil d'hétérogénéité des sols ces bénéfices sont modestes, de l'ordre de 0,2 % du revenu total. Les rendements sont en moyenne un peu plus élevés et l'usage d'azote plus réduit, avec toutefois une variabilité nettement moindre (figure ci-dessous). Par ailleurs, en considérant un prix de l'azote au double de sa valeur actuelle, les bénéfices nets sont un peu plus élevés. Les résultats confirment aussi l'hypothèse des auteurs d'un faible retour sur investissement individuel. Les auteurs soulignent l'intérêt d'analyser les situations d'usage partagé ou contractuel des technologies, et notent enfin que celles-ci présentent d'autres avantages non pris en compte ici : optimisation des autres intrants (eau, pesticides), amélioration de la teneur en protéines du blé, etc.

Rendements, doses d'azote et bénéfices nets pour les quatre types de technologies dans le cas d'une hétérogénéité élevée des sols

Source : Ecological Economics

Julien Hardelin, Centre d'études et de prospective

Source : Ecological Economics

Cartographie d'un vignoble pour optimiser l'installation d'un réseau de capteurs

L'International Viticulture and Enology Society (IVES) publie dans sa revue OENO One une étude évaluant la qualité de réception des réseaux de capteurs (via le protocole LoRA) dans les conditions réelles d'une exploitation viticole. Les informations enregistrées (température, humidité, croissance des plantes, etc.) sont à la base de la mise en place d'une agriculture de précision aidant le viticulteur à programmer et à moduler ses interventions. Cette étude présente une méthode, basée sur une cartographie de l'exploitation, pour visualiser la qualité du signal et déterminer l'emplacement idéal de la « passerelle » qui sert d'interface, assurant la connectivité des capteurs au réseau. Plusieurs contraintes sont également à prendre en compte dans le choix de cet emplacement : l'accessibilité, la proximité d'un réseau électrique, les conditions de sécurité, la topographie, les perturbations causées par d'autres réseaux Wi-Fi ou par les signaux électromagnétiques d'autres équipements, etc.

Qualité de la réception du signal dans les différentes zones de l'exploitation

Source : OENO One

Lecture : la qualité de la réception du signal est représentée par le gradient de couleur (le rouge correspondant à la meilleure qualité). Entourées en violet, les parties en open field ; en bleu, les zones partiellement ouvertes ; en orange, les zones fermées ; en vert, les principaux bâtiments ; en rouge, la cave. Le point bleu indique l'emplacement de l'antenne passerelle.

Source : OENO One

Motivations et freins à l'adoption de l'agriculture de précision en Chine

Publié en mars 2020 dans Computers and Electronics in Agriculture, un article présente une analyse statistique des motivations et des freins à l'adoption de l'agriculture de précision en Chine, considérant celle-ci comme un moyen d'augmenter la productivité et ainsi la sécurité alimentaire, tout en réduisant les impacts environnementaux des activités agricoles. Pour ce faire, une enquête auprès de 456 agriculteurs des provinces de Hebei, Henan et Shandong a été menée en 2018. 12 % d'entre eux ont déclaré utiliser ces techniques (guidage par GPS, cartographie des rendements, etc.).

L'étude met en évidence l'importance des projets de démonstration de ces pratiques, qui ont convaincu 73 % des agriculteurs participants d'y avoir recours dans les 5 prochaines années. Plus de 70 % des répondants souhaitent bénéficier d'un service commercial pour accompagner la mise en place de ces techniques, et 57 % rencontrent des difficultés pour identifier les aides financières mobilisables. Enfin, le niveau d'études n'influe pas significativement sur l'adoption de l'agriculture de précision.

Significativité des déterminants du recours à l'agriculture de précision (en rouge, non significatif)

Source : Computers and Electronics in Agriculture

Lecture : TC : caractéristiques techniques du produit ; NC : besoins d'ordre technique des agriculteurs ; NTF : adéquation entre le besoin et l'offre technique ; PB : bénéfice perçu à adopter ces techniques ; FC : conditions facilitant l'adoption (ex. : support financier) ; SI : influence des caractéristiques sociales ; ITA : intention d'adopter des techniques d'agriculture de précision.

Source : Computers and Electronics in Agriculture

L'agriculture de précision en Europe vue sous un angle juridique, social et éthique

Le think tank du Parlement européen a publié en novembre 2017 une étude portant sur les enjeux sociaux, éthiques et juridiques autour de l'agriculture de précision et des technologies nouvellement exploitées par le secteur agricole, telles que l’imagerie satellitaire (géolocalisation), les drones et l’informatique. Permettant une approche parcellaire de la gestion des systèmes de culture et la prise en compte de la variabilité des milieux, ces outils apparaissent d’abord comme un progrès indéniable pour optimiser la production.

En discutant les réglementations de l'Union européenne en vigueur dans différents champs d'intervention (agriculture, gestion des données, changement climatique, etc.), les auteurs ont identifié divers défis de l'introduction des nouvelles technologies en agriculture, dans le contexte juridique et politique actuel. Sont dans un premier temps exposées les nouvelles formes de pilotage des systèmes, en particulier le calibrage local des apports en intrants, et leurs intérêts environnementaux. La sécurité alimentaire, la sûreté sanitaire et la traçabilité des produits sont également abordées. Enfin, une dernière discussion souligne la nécessité d’établir un cadre juridique autour de ces nouvelles technologies.

Si l'agriculture de précision permet d'augmenter la rentabilité économique et les performances environnementales, les auteurs montrent qu'elle bouleverse le fonctionnement traditionnel des systèmes de production. Alors que la gestion agronomique des exploitations repose de plus en plus sur les sciences numériques et les outils d'intelligence artificielle, et que l'autonomie des machines agricoles progresse grâce aux avancées technologiques, des questions éthiques et sociétales se posent. L'évolution des rapports de travail, la suppression d'emplois, les changements du lien à la nature sont ainsi discutés dans l'étude. En pratique, l'adoption de cette agriculture coûteuse, requérant des moyens financiers importants et un accompagnement pour l'utilisation des outils, apparaît déjà aux auteurs comme une source d’inégalités entre acteurs et entre pays.

Ces discussions aboutissent à des recommandations, en particulier réglementaires, pour développer durablement le secteur agricole en tirant profit des nouveaux atouts technologiques, et ce tout en veillant aux problématiques éthiques et sociales soulevées. Il s'agit par exemple de les adapter aux petites et moyennes exploitations, grâce à des outils dédiés d'aide et d'incitation à l'utilisation, ou encore d'établir un code pour l'exploitation des données. Ces conseils pourraient alimenter les discussions pour la PAC post-2020.

Armelle Huille, Centre d'études et de prospective

Source : Parlement européen

Les impacts de l'agriculture de précision en débat

Plusieurs publications récentes s’interrogent sur les apports de l’agriculture de précision. En amont d’une prospective sur « le futur de l’agriculture », à paraître fin 2016, le Service de recherche du Parlement européen livre une série de synthèses sur les développements technologiques récents, leurs impacts environnementaux, les questions de formation et la gouvernance de l’agriculture numérique.

Selon les auteurs, « les exploitations agricoles vont mettre en œuvre les technologies de l’agriculture de précision pour produire ''plus avec moins'', accroissant ainsi leur compétitivité et celles des filières agro-alimentaires. Les grandes en profiteront le plus ». En découlera une augmentation de la taille des exploitations « en raison des investissements et des savoir-faire nécessaires », et « le nombre de fermes va encore diminuer ».

Sous réserve de ses implications sociales, l’agriculture de précision apparaît de plus en plus comme une solution pour concilier les enjeux économiques et environnementaux, y compris au sein du système intégré de gestion et de contrôle (SIGC) de la PAC, où elle pourrait permettre de vérifier le respect des bonnes pratiques. Les performances environnementales semblent validées par une série d’études ponctuelles. Mais, selon le rapport, on manque encore de références économiques indépendantes pour apprécier ses impacts. C’est d’ailleurs un constat partagé avec le Focus Group PEI-AGRI sur l'agriculture de précision, dont les derniers travaux viennent également d’être publiés.

On lira donc avec intérêt l’étude rendue publique par l’USDA sur l’adoption, par les agriculteurs américains, notamment les maïsiculteurs, de trois technologies : les cartes de sols et de rendement, les systèmes d’auto-guidage et la modulation intra-parcellaire. Il en ressort en particulier que « les exploitations les plus grandes sont les plus susceptibles d’adopter les technologies de l’agriculture de précision », ces investissements restant lourds. Ces technologies peuvent générer des coûts salariaux supplémentaires (main-d’œuvre qualifiée). Au total, suivant les données analysées (déjà anciennes, car datant de 2010), « l’impact de ces technologies sur les profits des maïsiculteurs américains est positif, mais limité », ce qui constitue un frein important à leur plus large diffusion.

Florent Bidaud, Centre d'études et de prospective

Sources : European Parliament Research Service, USDA

Comprendre ce qui favorise l'adoption de l'agriculture de précision sur les cultures de maïs aux États-Unis

Le département de recherche économique du ministère de l'Agriculture des États-Unis (ERS-USDA) a publié les résultats d'une étude sur les processus d'adoption et les économies liés à la mise en œuvre de technologies d'agriculture de précision dans la culture du maïs.

Les technologies étudiées sont la cartographie en temps réels des rendements, la cartographie en temps réel des sols, les systèmes de guidage automatisé GPS, et la technologie d'application à taux variable des intrants (VRT) en association avec les trois premières citées. Les données utilisées pour cette étude sont issues de l'enquête annuelle 2010 sur la gestion des ressources agricoles (ARMS survey).

Comme illustré par le graphique ci-dessous, deux conclusions principales se dégagent :

- la plus forte économie de 25$/acre (soit 55 €/hectare) est réalisée en utilisant seulement la cartographie automatisée des rendements ;

- les technologies d'application des intrants à taux variable permettent essentiellement d'augmenter les économies réalisées en utilisant la cartographie automatisée des sols.

Pour bien comprendre ces résultats, il faut rappeler que ces travaux n'explorent que les économies en termes de diminution des coûts directs (intrants), mais ne prennent pas en compte les augmentations potentielles de revenus liées à une augmentation de la production. Rappelons aussi que les technologies d'application des intrants à taux variable nécessitent un investissement plus conséquent que les autres technologies.

Gaétane Potard-Hay, Centre d’études et de prospective

Source : ERS-USDA