Arroser plus intelligemment, pas plus

Jules Bernstein

Les technologies avancées peuvent aider les agriculteurs à remédier à un problème croissant ¾ le sur-arrosage dans une ère de sécheresse et de pénurie d’eau croissantes. Un nouveau système de l’UC Riverside peut cartographier l’humidité du sol arbre par arbre, permettant aux exploitants d’arroser uniquement là où c’est nécessaire et au bon moment.

Ce système, détaillé dans la revue Computers and Electronics in Agriculture, a été dirigé par le groupe de recherche d’Elia Scudiero, professeur associé en agriculture de précision et directeur du Centre pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement de l’UCR (CAFE).

La gestion de l’eau est l’un des plus grands défis de l’agriculture en Californie et dans d’autres régions sèches. Actuellement, certains producteurs s’appuient sur des capteurs d’humidité du sol enterrés pour déterminer quand irriguer. Ces capteurs sont coûteux et généralement installés seulement en quelques endroits, obligeant les exploitants à deviner comment les conditions varient sur des centaines ou des milliers d’arbres.  

« Les informations fournies par ces capteurs sont très limitées », explique Scudiero. « Elles ne vous disent réellement que ce qui se passe dans les zones immédiates où ils sont placés. »

Même lorsque les systèmes d’arrosage fournissent la même quantité d’eau dans tout un verger, l’humidité du sol et sa disponibilité pour les arbres peuvent varier considérablement d’un endroit à l’autre au sein d’une même parcelle.

Une des raisons est la texture du sol. Les sols fins, compacts avec de minuscules particules, retiennent l’eau fermement car ils ont une plus grande surface où l’eau peut adhérer. Les sols sableux contiennent des particules plus grosses et moins de petites, ce qui permet à l’eau de s’écouler plus rapidement. Ces différences peuvent laisser des arbres voisins dans des conditions très différentes.

Le nouveau système remplace les données limitées des capteurs et les conjectures par des cartes détaillées. Un robot se déplace dans un verger en mesurant une propriété du sol appelée conductivité électrique. Ces lectures, combinées aux données des capteurs d’humidité fixes déjà en place, permettent aux chercheurs de construire un modèle statistique qui prédit la teneur en eau sur l’ensemble du champ.

La conductivité électrique indique la facilité avec laquelle l’électricité traverse le sol et est influencée par des facteurs incluant l’humidité ainsi que la teneur en sel et en argile. En couplant ces mesures avec les relevés directs d’eau des capteurs enterrés, le système peut traduire la conductivité en estimations précises de l’humidité du sol.

Le résultat est une image de la distribution de l’eau arbre par arbre. « En utilisant cette méthode, les producteurs sauront enfin quelle quantité d’eau ils ont, et de combien ils ont besoin, et pourront arroser des arbres spécifiques s’ils sont secs », souligne Scudiero.

Maintenir le bon niveau d’humidité est important pour la santé des plantes. Les arbres qui reçoivent trop peu d’eau sont stressés et plus vulnérables aux ravageurs et aux maladies. Trop d’eau, cependant, peut priver les racines d’oxygène lorsque les pores du sol se remplissent d’eau plutôt que d’air. « Il y a un point idéal », affirme-t-il.

Une précision accrue pourrait aussi empêcher les vergers de faire faillite. Les producteurs sont déjà confrontés à un durcissement des réglementations sur l’utilisation des eaux souterraines tandis que les coûts de l’eau continuent d’augmenter.

« Si l’eau devient limitée, les agriculteurs ont deux choix », révèle Scudiero. « Ils peuvent abandonner les vergers, ou ils peuvent trouver des moyens de produire les mêmes cultures en utilisant moins d’eau. »

La technologie pourrait également réduire la pollution par les engrais. Lorsque les champs sont trop arrosés, les nutriments appliqués aux cultures peuvent être entraînés sous la zone racinaire et dans les eaux souterraines, les polluant.

« Si vous appliquez uniquement la quantité d’eau dont les plantes ont réellement besoin, vous réduisez le risque de lessiver ces nutriments loin des racines des cultures et dans l’environnement », explique Scudiero.

Ce projet a mis des années à voir le jour. Les chercheurs ont commencé à le développer en 2019 grâce à des collaborations entre scientifiques agricoles et ingénieurs au CAFE.

Pour Scudiero, il représente la concrétisation d’un objectif de longue date. Il étudie la technologie de conductivité du sol depuis environ 15 ans et espérait un jour la coupler à des véhicules autonomes capables d’arpenter des champs entiers.

L’équipe a déjà déposé un brevet concernant la manière dont le robot interagit avec les capteurs sans perturber leurs mesures. Cette recherche a été menée au Centre de recherche sur les agrumes & Station expérimentale agricole de l’UCR (Station). Les travaux futurs se concentreront sur le test du système avec des producteurs commerciaux en dehors des vergers de recherche de l’université.

Passer des parcelles de recherche aux vraies fermes nécessitera des machines robustes capables de fonctionner dans toutes les conditions météorologiques et à travers différents systèmes de culture. Des partenaires industriels privés pourraient éventuellement adapter la technologie en produits commerciaux.

Ce travail s’inscrit dans des efforts plus larges à l’UCR pour faire progresser le domaine de l’agriculture de précision, où les chercheurs développent des technologies combinant robotique, capteurs et science des données pour aider les agriculteurs à gérer les ressources plus efficacement.

Pour une agriculture confrontée à des ressources en eau limitées, le retour sur investissement de cette recherche pourrait être significatif.

« Plus de culture par goutte ! » conclut Scudiero. 

Article : Robotic mapping of soil volumetric water content with geospatial soil apparent electrical conductivity in micro-irrigated citrus orchards in California – Journal : Computers and Electronics in Agriculture – DOI : Lien vers l’étude

Source : UC Riverside