Agronuméricus: que sera l’agriculture dans un monde numérique ?

Les champs de la géomatique et de la télédétection :

Pour ne pas perdre la carte en agriculture

Aubert Michaud, IRDA Collaborations:

Carl Boivin Daniel Cormier Gérald Chouinard Richard Hogue Thomas Jeanne Vincent Philion IRDA

« L'univers engendre la complexité. La complexité engendre l'efficacité. Mais l'efficacité n'engendre pas nécessairement le sens. Elle peut aussi conduire au non-sens. » Hubert Reeves (1986). L'heure de s'enivrer, L'univers a-t-il un sens ?

Plan de la présentation

• Des souris et des hommes… Équipements, informations et modèles numériques

• Révolution verte 2.0 ? Enjeux socio-économiques et environnementaux du virage numérique

• Dans une ferme près de chez vous…

– Grandes cultures: Précision à la carte – Production maraîchères: De l’eau sur mesure – Pomiculture: Le fruit bien défendu – Gérer Qualité des sols: microbiome.411

• Perspectives: Quel sens ?

Des souris et des hommes… Équipements, données et modèles à référence spatiale

Équipements géoréférencés • Positionnement GPS • Autoguidage • Moniteurs de taux d’application • Capteurs de rendements • Senseurs des propriétés des sols et des cultures

Données à référence spatiale et « temps réel »: • Conditions météorologiques • Disponibilité de l’eau • Propriétés des sols • État des cultures • Présence de ravageurs

Outils d’aide à la décision (modèles): • Aménagement des terres • Chaulage et fertilisation • Irrigation • Protection fruitière intégrée

Révolution verte 2.0 ? Virage numérique et intensification des systèmes de production

végétale: enjeux socio-économiques et environnementaux

Et partagés hors-ferme… • Qualité et usages de l’eau: Consommation, récréation • Biodiversité et habitats: Eutrophisation, milieux humides • Santé humaine: Exposition aux pesticides, zoonoses

Des systèmes de production sous influence: • Taille et superficie des entreprises en croissance • Modèles de production liés aux intrants • Accaparement et prix des terres • Adaptation aux changements climatiques

Enjeux à la ferme: • Productivité • Relève agricole • Qualité des sols • Égouttement des terres • Disponibilité de l’eau

Des numéros chanceux ? Opportunités technologiques vs enjeux agroenvironnementaux

Enjeux à la ferme

Opportunités technologiques: • Équipements • Données • Modèles

QUESTION en lien avec le virage numérique: Dans quelle mesure le développement des connaissances, et son transfert, peut contribuer aux gains de productivité, mais aussi à la rencontre des défis agroenvironnementaux ?

Contexte économique

Partagés hors-ferme

+ +

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

Enjeux et défis: • Assurer la qualité des sols à long terme:

– Condition physique: compaction des sols – Drainage de surface et souterrain – Taux et qualité de la matière organique

• Gestion localisée des champs: – Modulation des intrants: chaux, fertilisants, taux de semis,

pesticides • Prévenir la contamination diffuse des eaux de surface

Supports numériques: • Équipements: Guidage, capteurs embarqués, moniteurs • Données à référence spatiale:

– Télédétection (satellite, avion, drone), images numériques, laser (LiDAR) et radar – Capteurs embarqués: signal géochimique du sol (conductivité) et des plantes

(chlorophylle) • Modèles:

– Drainage de surface – Propriétés des sols – Zones de gestion localisée des champs

Diagnostic d’égouttement des terres par télédétection

Michaud et coll. 2006. Projet GRISE http://www.irda.qc.ca/resultats/publications/196.html

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

LiDAR + Image multispectrale

Bassin versant du Ruisseau Ewing,

Montérégie (30 km2)

+ =

1 Le projet pilote sur la rétribution des biens et services environnementaux a profité du soutien financier du programme PAASCA (AAAC, 2007)

Aménagement des terres Le Projet Lisière Verte1, Coop de solidarité de la

Rivière Aux brochets, Montérégie

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

Flux

cum

ulé

Nitr

ates

(kg

N/h

a)

Distribution des flux cumulés de nitrates, bassin versant Éwing, Montérégie

2002-2010

Gestion localisée des champs Le cas de l’azote… Quand, Où et combien ?

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

Flush de printemps

Flush post-semis

Prélèvement

Flush d’automne

• Éviter les nitrates résiduels • Synchroniser les apports

avec les prélèvements • Établir la fourniture du sol

Gestion localisée des champs: Le Projet RéZoTAGe Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

Club Agro-Moisson Lac Saint-Louis

Club La Vallière Duraclub

• La télédétection peut-elle bien représenter le patron spatial des propriétés des sols ?

• Est-ce que la gestion de cette variabilité est pertinente, gérable et rentable à l’échelle de la ferme?

• Et enfin, quels sont les bénéfices anticipés de la gestion localisée des champs au plan de la qualité de l’eau ?

La télédétection peut-elle bien représenter le patron spatial des propriétés des sols ?

Approche multi-sources X multi-dates (« Big Data »)

Images multispectrales

multidates

Indices spectraux: (Couleur, matière

organique, humidité)

Modèles numériques de terrain

Observations morphologiques et

analytiques sur les sols

Classes de paysages

Modélisation statistique des

propriétés du sol

Entraînement Validation

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

Résultats de

prédiction de la

texture de sol de

surface

Bassin Missisquoi

Dispositif d’étude aux champs (N=900 parcelles)

Est-ce que la gestion de la variabilité est pertinente, gérable et rentable à l’échelle de la ferme?

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

Cartographie des propriétés des sols

Est-ce que la gestion de la variabilité est pertinente, gérable et rentable à l’échelle de la ferme?

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte

Réponse non-significative à l’échelle de la zone

Différence significative entre les zones

Réponse significative à l’échelle de la zone

Taux N optimal

Taux N optimal

Dispositif d’étude aux champs (N=900)

• Pour 81% de ces champs, la modulation inter-zone des apports de N est justifiée.

• Réductions des apports de N justifiées pour 55% des champs à l’étude, pour un taux optimal moyen de 84 kg N/ha.

Virage numérique en Grandes cultures: Précision à la carte Est-ce que la gestion de la variabilité est pertinente, gérable et

rentable à l’échelle de la ferme?

• L’apport de N en post-levée au-dessus du niveau de fertilisation optimal se traduit en accumulation proportionnelle de nitrates inutilisés en fin de saison.

Et enfin, quels sont les bénéfices anticipés de la gestion localisée des champs au plan de la qualité de l’eau ?

Précision à la carte dans les grandes cultures… Perspectives en développement numérique et support au secteur:

Perspectives en développement numérique: • L’offre de données de télédétection (satellitaire) diversifiée • Soutien gouvernemental à l’accessibilité en ligne aux données (Info-Sols, MAPAQ et GéOMONT) • Outils et services d’aide à la décision: Offres d’équipementiers et

services privés encore peu sollicités au Québec. Fort potentiel. • A développer: accessibilité des données à référence spatiale (sols,

météo) et modèles de variabilité spatiale des sols et recommandations

Transfert et soutien technique, à la carte… • Plans de ferme électronique: généralisés • Plans de fertilisation électroniques (PAEF): généralisés • Plans de drainage de surface: Technologie maîtrisée et services

disponibles • Gestion localisée des champs: expertise et services limités (vs Canada et USA)

Productions maraîchères Gestion de l’eau sur mesure

Enjeux et défis: • Lessivage de l’azote et des pesticides • Efficacité de prélèvement de l’eau et des fertilisants • Risque de conflit entre les usagers (agricole, industriel, résidentiel et

commercial) • Productivité des systèmes de culture • Adaptation aux changements climatiques

Supports numériques: • Équipements: Pluviomètres, thermomètres, tensiomètres, sondes

TDR, capteurs embarqués (rendements) • Données à référence spatiale:

– Agroclimat: Précipitations, températures – Cultures: Enracinement, développement et rendement – Propriétés des sols – Télédétection: humidité

• Modèles: – Variabilité spatiale des propriétés des sols – Distribution de l’humidité du sol (télédétection) – Prévision d’évapotranspiration et Bilan hydrique

Source: Atlas hydroclimatique. CEHQ (2015)

Étiage estival Débit moyen sur 7 jours, récurrence 2 ans

Productions maraîchères: Gestion de l’eau sur mesure Effets des changements climatiques sur la disponibilité de l’eau

Productions maraîchères: Gestion de l’eau sur mesure Hauteur d’eau de pluie potentiellement valorisable par la culture

Toute la précipitation n’est pas disponible…

Boivin, C., J. Vallée, D. Bergeron et P. Deschênes. 2017. Outils d’aide à la décision en gestion de l’irrigation https://www.irda.qc.ca/assets/documents/Publications/documents/

Orthomosaïque des images thermiques infrarouges de cultures de pommes de terre, région de Portneuf,

captées par drone

Chemin de terre

Bien irriguée

Non-irriguée

Moyennement irriguée

Productions maraîchères: Gestion de l’eau sur mesure Détecter le stress hydrique par télédétection

Chatelle. P., K. Chokmani, H. Agili, C. Boivin et D. Bergeron. 2016. Détection du stress hydrique dans la culture de la pomme de terre à l’aide de l’imagerie infrarouge thermique par drone. Colloque Pomme de terre, 18 novembre, Lévis.

Productions maraîchères: Gestion de l’eau sur mesure Diminution du risque de conflit entre les usagers

Projet RADEAU Recherche participative

d’alternatives durables pour la gestion de l’eau en milieu agricole dans un contexte de changement climatique

Utilisation de l’eau de surface vs étiage estival, région Basse

Lanaudière

Perspectives en développement numérique • Données agroclimatiques et prédictions de modèles de bilan

hydrique disponibles en ligne • Réseau d’avertissement en gestion de l’eau auprès des conseillers

et des entreprises agricoles (approche similaire au Réseau d’Avertissement Phytosanitaire)

Transfert et soutien technique • Projets pilotes d’accompagnement de producteurs dans leur régie

d’irrigation (IRDA, MAPAQ, Clubs-conseils) • Caravane de l’irrigation (7 régions en 2017), diagnostics de la

performance de systèmes d’irrigation (IRDA, MAPAQ, AAC) • Soutien aux clubs-conseils afin qu’ils développent une offre de

service en irrigation • Rédaction d’un guide en irrigation (IRDA, CRAAQ, MAPAQ, Clubs-

conseils)

Productions maraîchères Gestion de l’eau sur mesure

Le fruit bien défendu … Protection intégrée en pomiculture

Enjeux et défis: • Optimiser et réduire l’utilisation des pesticides dans la lutte aux

ennemis du pommier: – Bactéries (ex: Feu bactérien) – Champignons (ex: Tavelure) – Ravageurs (ex: Carpocapse)

• Par une approche de lutte intégrée: – Piégeage et dépistage – Lutte biologique (prédateurs) et lutte comportementale – (confusion sexuelle); – Pratiques culturales et de fertilisation – Modèles numériques prévisionnels: Synchronisme des applications

de pesticides avec le stade phénologique des ravageurs et maladies

Supports numériques: • Équipements: Senseur de température, pluviomètre • Données à référence spatiale: température et précipitations

à haute résolution • Modèles: Bioclimatique prévisionnel

Le fruit bien défendu … Lutte au Carpocapse

Approche: • Modèle interactif pour prédire l’impact d’un traitement insecticide

sur la population du ravageur; • Support à la gestion efficace en mode prévisionnel des

applications d’insecticide

Composantes représentées: • Ravageur: Phénologie, développement et période d’activité (vol, accouplement, fécondité, longévité) • Insecticides : toxicité, rémanence, mode de contact • Bioclimat : cumul des captures d’insectes, des degrés-jours et des

précipitations

Retombées: Meilleure utilisation des insecticides, synchronisme de l’application avec le stade phénologique du ravageur

Le fruit bien défendu … Impact d’une application d’insecticide

sur la population du Carpocapse

Données météo: Environnement Canada; Modèle climatique: CIPRA (Gaëtan Bourgeois, AAC); Modèle prévisionnel interactif: Roland Joannin et Daniel Cormier AGROPOMME et IRDA

Développement des œufs, larves et stades suivants

Avant l’application

Après l’application

Le fruit bien défendu … Impact d’une application d’insecticide

sur la population du Carpocapse

Le fruit bien défendu … Prévision du feu bactérien

Source des données météo numériques: Mesonet Développement et amélioration continue du modèle RIMpro: Vincent Philion (IRDA) et Marc Trapman (Pays-bas)

Infection des fleurs

Symptômes sur la plante

Humectation

Le fruit bien défendu … Prévision du feu bactérien

Philion et Trapman (2016)

Le fruit bien défendu … Perspectives en développement numérique et support au secteur:

Perspectives en développement numérique: •Améliorer les capacités prédictives des modèles agroclimatiques:

– Résolutions spatiales plus fines des modèles (Ex: HRPDS, environnement Canada. 2,5 X 2,5 km) – La substitution des variables de la température de l’air par la température

à la surface des fleurs (Feu bactérien) – Prédiction améliorée des rosées

•Développement de prédictions du lessivage

Transfert et soutien technique : • Outils numériques utilisés par plus de 100 pomiculteurs et conseillers; • Modèles accessibles par Internet, mise à jour en continue; • Réseautage efficace du secteur (40 conseillers et plus):

– Groupe d’experts en protection des pommiers – Bilans et Formation continue sur une base annuelle

Microbiome.411 L’analyse de la composition microbienne du sol comme outil de

gestion du système cultural

Enjeux et défis: • Décrire le contrôle microbien sur le cycle des éléments nutritifs

et des maladies des cultures – Identifier des indicateurs biologiques du microbiome du sol et de la

rhizosphère ; – Développer et corréler des indices de santé des sols et productivité

des cultures;

• Identifier et dénombrer les populations microbiennes du sol : – Stratégies de prélèvement des échantillons – Techniques de séquençage et d’assemblage des génomes à haut

débit; – Techniques d’analyses des données de séquençage

Supports numériques: • Intégration de nouveaux séquenceurs à haut débit • Gestion des bases de données taxonomiques (plusieurs Gi et Tb de données) • Capacité de calcul (supercalculateurs)

• 100 millions à 1 milliard de bactéries par gramme de sol!

• La grande majorité des

microorganisme sont non décrits ou non cultivés sur pétri!

Source: Altas européen de la biodiversité des sols CNRS (dossier biodiversité) et Le sol vivant

Niveaux trophiques Macrofaune • Vers de terre • Fourmis • Insectes Mésofaune • Tardigrades • Collemboles • Mites Microfaune • Protozoaires • Nématodes Microflore • Algues • Champignons • Archaebactéries • Eubactéries • Virus

Grand

Petit

Champignons et algues

28%

Macrofaune et mésofaune

28% Bactéries 39%

Biomasse biologique du sol DANS 1g DE SOL!!

Microbiome.411 Qualité biologique des sols: Une ville sous nos pieds, riche et diversifiée

Annuaire téléphonique Pages jaunes Quelle est la fonction?

Pages blanches Quelle est l’identité?

Sol ADN Séquençage haut débit Analyses par bioinformatique

Types de résultats obtenues par bioinformatique :

•Richesse microbienne Nombre d’espèces différentes qui composent une communauté dans un environnement (sol) •La composition microbienne L’abondance ou la proportion qu’occupe une espèce (population) au sein de la diversité de la communauté microbienne

MICROBIOME.411 Les nouveaux outils pour analyser la richesse et la diversité

dans nos sols

IRDA, CEROM, AAC et U. Laval (2017, en cours) Projet IA -2016-2018

Maïs en continu Maïs / Soya / Blé

116 m12 m 20 m

120 m

15 m

120 m

15 m18 m

SEMISLABOUR

SEMIS DIRECT

PRAIRIE

DISPOSITIF: • Effet du travail de sol • Effet de la régie de

culture

RICHESSE MICROBIENNE OBSERVÉE: 0-5cm

R1

R3

R1

R3

R1

R3

R1

R3

R1

R3

R1

R3

R1

R3

R1

R3

Labour R1: Maïs/soya/blé Semi-direct R3: Maïs en continu Prairie

MICROBIOME.411 La richesse et la diversité microbienne témoignent de la régie des sols

Semis-direct Labour Semis-direct Labour Travail du sol

Bactéries Eucaryotes N

ombr

e d’

OTU

s ob

serv

ées

COMPOSITION MICROBIENNE

Bactéries Eucaryotes

MICROBIOME.411 La richesse et la diversité microbienne témoignent de la régie

des sols

Rotation: Maïs/soya/blé Maïs en continue Semi-direct Labour Régie:

IMPACT DU TRAVAIL DE SOL Semi-direct (vert) vs Labour

(rouge)

IMPACT DU TYPE DE ROTATION

Rotations (carré) vs Monoculture (rond)

⇒ Développement

d’indices de santé des sols

IRDA, CEROM, AAC et U. Laval (2017, en cours) Projet IA -2016-2018

MICROBIOME.411 La suite… Intégrer les indicateurs de richesse de diversité

microbienne à la régie de culture

Hogue, R., T. Jeanne, L.E Parent.2016. IRDA et U. Laval. Projet IA-2014-2017

APPLICATION EN PRODUCTION DE POMMES DE TERRE

(Rotation Maïs/Pomme de terre)

Indice Biologique de Productivité

CORRÉLATION ENTRE INDICATEURS: • SANTÉ DES SOLS • PRODUCTIVITÉ DES CULTURES

Perspectives en développement numérique: •Développer les bases de données de références à diverses échelles •Améliorer le transfert de connaissance •Intégrer les données de diversité microbienne aux données cartographique disponibles auprès du milieu agricole

Transfert et soutien technique : • En développement: Offre de service à l’IRDA:

wwww.irda.qc.ca/lem • Effort international d’uniformisation des bases de données du

microbiome: Ex. GSBI.org; teragenome.org; etc…

Microbiome.411 L’analyse de la composition microbienne du sol comme outil de

gestion du système cultural

Perspectives… Quel sens ?

Le virage numérique à la croisée des chemins: Quelques prémisses • Accessibilité, diffusion et partage des données à référence

spatiale: Un chantier public

• Facture libre, ouverte des outils développés: Développer les réseaux et les interfaces développeurs-usagers

• Développement scientifique concerté: Ancrage dans le milieu et continuité dans les projets

• Accompagnement des conseillers et des producteurs: Soutenir les réseaux non liés

Dans quelle mesure le développement des connaissances, et son transfert, peut contribuer aux gains de productivité, mais aussi à la rencontre des défis agroenvironnementaux ?

Les risques de l'intelligence artificielle par Denis Bismuth - 07 Janvier 2017

«Il n'est bien sûr pas souhaitable de mettre fin aux avancées technologiques. Il s'agit de réexaminer le rapport à la technique… Être en intelligence avec les autres ou son milieu c'est d'abord et avant tout savoir créer des relations harmonieuses et respectueuses avec les humains et l'environnement. »