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Agriculture du futur: les technologies de la lumière

L’exploitation scientifique de la lumière est l’un des axes les plus prometteurs de l’agriculture du futur. Les données numériques de plus en plus précises sur l’ensoleillement permettent une gestion fine de l’ensemble des paramètres de la végétation. Le jeu sur les longueurs d’onde offre des solutions phytosanitaires innovantes. L’agrovoltaïque enfin permet de développer de nouveaux modèles d’affaires, valorisant d’un côté le soleil, et de l’autre l’ombre.

Saturday
10
February 2018
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Partons du commencement : la synthèse des matières organiques, d’où procède directement l’agriculture, se fait principalement par la photosynthèse : les plantes synthétisent des matières organiques grâce à l'énergie lumineuse, en absorbant le gaz carbonique de l'air et en rejetant l'oxygène.

Dit autrement, la génération de matière organique mobilise une source d’énergie certes gratuite, la lumière solaire, mais qui compte indiscutablement parmi les facteurs de production.

Dit encore autrement, la lumière est un déterminant clé de la productivité agricole. Cette prémisse sonne comme une évidence. Mais en a-t-on exploré toutes les possibilités ? Des innovations originales suggèrent que l’exploitation méthodique de la lumière est l’un des axes les plus prometteurs de l’agriculture du futur.

Numériser la lumière: données solaires

L’ensoleillement peut être représenté de deux manières, en agriculture. Côté positif, il contribue à la croissance des plantes en permettant la photosynthèse et en leur assurant un environnement sain, comparable aux biotopes plutôt secs dont sont issues une bonne partie des plantes cultivées en Europe et en Amérique du nord.

Côté négatif, un ensoleillement excessif expose la plante à un stress thermique et hydrique qui nuit à sa croissance, peut engager sa survie, et augmente la consommation d’eau.

C’est l’image traditionnelle de l’agriculteur en été, pris entre la crainte de la sécheresse et celle des orages. Les progrès de l’irrigation, l’usage de produits phytosanitaires ou de variétés de plantes plus résistantes, la mécanisation qui permet d’accélérer certaines séquences ont certes atténué cette sensibilité au climat, mais elles ne l’ont pas fait disparaître. Et les agriculteurs sont les premiers témoins, inquiets, des effets du changement climatique (sécheresse historique en Californie, canicules plus fréquentes et plus longues en Europe, précipitations inhabituelles).

Il y a aussi une autre image, celle de l’agriculteur en calculateur avisé à la recherche du point de marge supplémentaire. Un horticulteur, par exemple, cherchant par exemple à optimiser l’arrosage de ses plantes en serre, pour favoriser leur croissance : consommer moins d’eau, augmenter le nombre de cycles végétatifs sur une période donnée, et donc la productivité au m2.

Gestion du risque, d’un côté, optimisation des facteurs de production, de l’autre : dans les deux cas des données plus nombreuses, plus précises et plus fiables sont toujours bienvenues. C’est tout l’enjeu de l’agriculture connectée qui se développe aujourd’hui.

Elle s’appuie sur deux piliers : le monitoring intelligent des espaces agricoles avec la capture de données in situ (via des boîtiers connectés comme Peek), l’accès à des séries statistiques de bonne qualité.

Le monitoring progresse très vite, et une compétition fait rage entre les différentes solutions proposant le plus souvent un pack capture de données + conseil ; les firmes spécialisées ont tout intérêt à développer rapidement leur parc utilisateurs, car de sa taille dépendra la qualité des analyses et benchmarks sur lesquels seront fondés les conseils qu'elles dispenseront. Ce segment "conseil" de la chaîne de valeur est le plus rémunérateur, et en étant un facteur direct de productivité il est celui qui fera la différence pour acquérir ou conserver des clients. Cette stratégie s'inscrit aussi dans celle des grandes fimes industrielles de produits agricoles (semenciers, chimie), qui ont une tendance marquée à coloniser la chaîne de valeur de la production agricole. Elles ont longtemps fait payer l'assurance qu'elles fournissaient aux agriculteurs, avec des produits qui les garantissaient contre les aléas. Elles s'installent aujourd'hui de plus en plus sur le créneau de l'expertise et de l'aide à la décision. Un indice parmi d'autres: le rachat de Monsanto par Bayer, en 2015, a fait couler beaucoup d’encre, et on a souvent insisté sur le mouvement de consolidation en cours au sein du « Big Six ». Mais peu de commentateurs ont noté l’un des enjeux majeurs, quoique discrets, de ce rachat : la jeune société Climate Corp, propriété de Monsanto, spécialisée dans la récolte et l’analyse de ces données aux Etats-Unis.

L’agriculture connectée est une réalité et l’ensoleillement compte parmi les principaux paramètres mesurés, ne serait-ce que parce qu’il est un bon prédicteur de l’hydrométrie.

Aux packages monitoring + conseil proposés par des opérateurs spécialisés qui veillent jalousement sur leurs bases de données s’opposent des plateformes fournissant des séries statistiques (issues de données satellites et de stations météo) ou des services actualisés, soit en accès libre, soit d’une façon mutualisée, soit enfin à travers des modèles de freemium. L’agribusiness est un utilisateur majeur de ces données permettant principalement d’optimiser la distribution d’eau. Les techniciens conseils sont également de grands utilisateurs de ces nouveaux services, et certaines applications comme WIUZ ont été conçues pour eux. L’enjeu ne se limite d’ailleurs pas à gérer finement la rareté de la ressource ou bien gérer la consommation, mais peut être aussi de convaincre une compagnie d’assurances que l’absence d’ensoleillement a sérieusement nui à l’activité d’une exploitation. Dans ce cas la valeur ajoutée consiste précisément dans une visibilité sur les données. C’est ce que propose ainsi le service SoDa (pour Solar Radiation Data), qui est associé à un projet de publication ouverte de séries statistiques de données d’ensoleillement à grosse résolution (de l’ordre de la dizaine de km).

L’agriculture connectée est une réalité et l’ensoleillement compte parmi les principaux paramètres mesurés, ne serait-ce que parce qu’il est un bon prédicteur de l’hydrométrie. L’un des enjeux des développements en cours est la direction que prendra cette révolution numérique, entre des flux asymétriques « données contre conseil » qui placera les agriculteurs dans une position de dépendance, ou des plateformes plus ouvertes, construites par les pouvoirs publics ou sur un mode coopératif, et donnant accès aux données. Aux Etats-Unis, la première option a une longueur d’avance. En Europe et dans le reste du monde, c’est encore incertain.

Concentrer la lumière: un vaccin aux UV

« Le meilleur désinfectant, c’est le soleil », ont coutume de dire les jardiniers. Mais le soleil n’est pas toujours là : champignons et moisissures sont des ennemis bien connus des agriculteurs, qui utilisent à cet effet des produits phytosanitaires appelés fongicides.

Lesquels ont un coût, un effet sur la santé (de l’agriculteur, des riverains, des consommateurs), un impact sur l’environnement. Mais guère d’alternative jusqu’ici. Et l’agriculture intensive qui s’est développée au 20e siècle a plutôt aggravé le problème: dès qu’un pathogène s’installe il a des conditions très propices pour se développer, car la culture qu’il vise est très concentrée.

De l’intuition que la lumière pouvait, dans certaines conditions, avoir un effet phytosanitaire, est sortie une innovation originale : vacciner les plantes avec des UV. C’est le pari d’une startup, UV Boosting. Dans un entretien récent paru sur Paris Innovation Review, le fondateur Yves Matton explique sa méthode. « Le principe est simple : il s’agit de s’appuyer sur un phénomène naturel, le processus de défense des plantes, et d’utiliser les UV pour activer ce phénomène. Les UV sont un bon moyen pour appliquer un stress, suffisamment faible pour ne pas avoir d’effet négatif, mais suffisamment fort pour être perçu par la plante et susciter une réponse. On peut comparer cette méthode à la vaccination. Il s’agit d’une stimulation des défenses naturelles, qui permettra à la plante d’être plus résistante à un pathogène. »

L’application d’UV ne se substitue pas aux fongicides, mais elle permet de réduire sensiblement les doses.

Théoriquement, toutes les plantes et tous les pathogènes sont concernés. Mais UV Boosting se concentre sur les champignons, qui font de gros dégâts sur différents types de culture et notamment la vigne. L’application d’UV ne se substitue pas aux fongicides, mais elle permet de réduire sensiblement les doses, et surtout, elle agit en préventif. Les plantes traitées aux UV sont en état de veille active ; elles sont moins sensibles aux agressions. Les UV sont appliqués à partir de projecteurs fixés sur un tracteur. L’enjeu d’assurer aux producteurs des rendements similaires, en garantissant une meilleure qualité grâce à la réduction des doses de produits phytosanitaires. Une première campagne d’essais représentatifs devrait être finalisée à la fin de l’année 2018.

L'utilisation d'ultraviolets à des fins phytosanitaires ouvre sur un domaine nouveau, peu exploré dans le monde académique et presque vierge dans le monde des applications agricoles: jouer sur les longueurs d'onde pour activer certaines fonctionnalités organiques. Un domaine potentiel serait les cultures dans l'obscurité (endives, champignons de Paris), en plein renouveau et dont les conditions de développement offriraient un terrain de jeu idéal pour doser les longueurs d'onde.

Valoriser et doser la lumière: l’agrivoltaïque

Les terres agricoles sont aussi des espaces disponibles pour d’autres usages de la lumière, notamment énergétiques. Ce n’est pas par hasard que l’on parle de fermes solaires. Si des agriculteurs trouvent aujourd’hui plus rentable de louer leurs terres à des exploitants de parcs photovoltaïques que de les cultiver, on aurait tort de croire à une concurrence obligée entre les hectares employés pour le solaire et ceux employés pour des usages agricoles.

Le grand solaire est parfaitement compatible avec l’élevage d’animaux (moutons, poules, abeilles etc.) et le maraîchage. Les panneaux solaires protègent en outre les animaux des intempéries, leur offrent un abri contre la pluie, le vent… et le soleil. Certaines plantes, les laitues par exemple, poussent très bien en-dessous des panneaux.

Cette approche « Solar Sharing » est actuellement en déploiement sur l’île d’Ukushima au Japon. La location des terres pour cette exploitation photovoltaïque permet de valoriser doublement le foncier et d’assurer un revenu complémentaire aux agriculteurs.

On a tendance à oublier que la culture en étage, qui combine différents niveaux de production (blé ou champs fourragers + pommiers ; vignes + abricotiers), était encore la règle dans les pays d’Europe il y a moins d’un siècle. La mécanisation en a eu raison : pas facile de faire passer un tracteur dans un champ ou un vignoble parsemé d’arbres fruitiers.

Les dernières générations d’ombrières (les structures qui portent les panneaux solaires) permettent de relancer, dans le contexte du 21e siècle, cet ancien usage en 3D des terres agricoles. Le programme Sun’Agri, qui fêtera bientôt ses dix ans, donne une bonne idée du potentiel de ces nouveaux modèles qui n’ont, comme on va le voir, rien d’anecdotique.

Imaginez des ombrières à 4,5 m de hauteur, suffisamment hautes pour laisser passer des tracteurs. Imaginez que ces ombrières soient mobiles, puissent se relever ou s’abaisser en fonction de différents paramètres : produire plus ou moins d’électricité, mais aussi et surtout… plus ou moins d’ombre.

On retrouve ici l’idée d’une valeur négative de la lumière, c’est-à-dire d’une valeur positive de l’ombre, qu’il est possible d’intégrer à un business model. Cette valeur se mesure principalement en eau économisée : environ 30% en été d’après les tests menés dans le sud de la France, une zone de stress hydrique et thermique qui, comme l’ensemble du pourtour méditerranéen, sera particulièrement exposée aux effets du changement climatique. Eviter du stress aux plantes sera peut-être, dans les étés caniculaires qui s’annoncent à court moyen terme, un des moyens de garantir leur survie.

On retrouve ici l’idée d’une valeur négative de la lumière, c’est-à-dire d’une valeur positive de l’ombre, qu’il est possible d’intégrer à un business model.

Il ne s’agit pas seulement de résister au effets les plus néfastes du réchauffement climatique, mais aussi d’entrer avec optimisme dans une culture numérique de gestion fine des paramètres de croissance des plantes, en faisant varier la vitesse de mûrissement (pour s’adapter à la demande), en étalant la production (meilleure gestion de la main d’œuvre et des machines) et en optimisant la qualité (montée en gamme). Un programme utopique, trop beau pour être vrai ? Les premiers tests sont impressionnants, et parmi les partenaires de Sun’R, l'entreprise qui est au centre du programme Sun’Agri, on compte des institutions de recherche de premier rang comme le CEA, l’INRA, l’IRSTEA, des régions françaises, et aussi un partenaire industriel spécialisé dans l’optimisation numérique des panneaux solaires, Optimum Tracker. Les investissements et les développements technologiques réalisés pour le marché de l’énergie profitent ainsi à d’autres secteurs. Les tests sont concluants, les premiers démonstrateurs seront installés cette année.

Ce bref panorama associe des technologies à peine émergentes à d’autres qui ont déjà gagné le cœur du système de production. Elles ont en commun une prise sur des questions comme le climat et l’environnement, qui deviennent centrales aujourd’hui, et pour lesquelles l’agriculture est en première ligne. Elles ouvrent aussi sur des progrès dans la gestion des exploitations, des gains de productivité, des occasions de gagner en qualité. Elles incitent ainsi à l’optimisme : ce ne sont pas de solutions de repli, mais des innovations ambitieuses qui visent, chacune à leur façon, à changer le monde. Celui que nous avons sous les pieds.