Les mauvaises herbes constituent un problème persistant en agriculture car elles entrent en compétition avec les cultures pour la lumière, l’eau et les nutriments. Le défi aujourd’hui n’est pas simplement de « tuer les mauvaises herbes » (les tracteurs et herbicides peuvent le faire) mais de le faire de manière sélective – c’est-à-dire d’éliminer les mauvaises herbes sans endommager les cultures.

L’IA et la robotique de pointe offrent désormais des outils puissants pour cela. En utilisant la vision par ordinateur et l’apprentissage automatique, les machines agricoles modernes peuvent « voir » les plantes individuellement, distinguer la culture de la mauvaise herbe, puis éliminer ou détruire automatiquement ces dernières.

Ces systèmes promettent d’économiser de la main-d’œuvre, de réduire l’usage des produits chimiques et de rendre l’agriculture plus efficace et durable.

Comment l’IA identifie les mauvaises herbes

Le contrôle des mauvaises herbes piloté par l’IA repose sur la vision par ordinateur et l’apprentissage profond. Des caméras montées sur des tracteurs, pulvérisateurs ou petits robots capturent des images des plantes, et des modèles d’IA (souvent des réseaux de neurones convolutifs, ou CNN) sont entraînés à distinguer les cultures des mauvaises herbes.

Par exemple, Carbon Robotics télécharge des millions d’images annotées de mauvaises herbes et de cultures pour entraîner un CNN spécialisé dans la détection des mauvaises herbes, qui fonctionne entièrement à bord de son équipement LaserWeeder (sans besoin d’internet). John Deere utilise de même la vision embarquée et des CNN dans ses tracteurs autonomes et ses pulvérisateurs See & Spray pour reconnaître les mauvaises herbes en temps réel. Dans les laboratoires, des modèles d’IA adaptés comme les variantes de YOLO et les transformers visuels ont atteint plus de 90 % de précision dans la détection des espèces de mauvaises herbes sur le terrain.

Le résultat est que les systèmes de vision modernes peuvent détecter les mauvaises herbes avec une précision au niveau du pixel. Ils fonctionnent en temps réel pendant que la machine se déplace.

Par exemple, les rampes See & Spray de John Deere sont équipées de nombreuses caméras et processeurs embarqués qui analysent des milliers de pieds carrés par seconde. Chaque image capturée par une petite caméra est analysée par apprentissage automatique pour décider « culture ou mauvaise herbe ? », et si c’est une mauvaise herbe, le système active instantanément la buse de pulvérisation correspondante.

En pratique, l’IA transforme un tracteur en un robot très intelligent capable d’identifier même les petites mauvaises herbes à 2 ou 3 feuilles dans un champ.

Méthodes d’élimination des mauvaises herbes pilotées par IA

Une fois les mauvaises herbes identifiées, différents systèmes les éliminent de différentes manières. Les trois principales approches sont la pulvérisation ciblée, le désherbage mécanique, et le désherbage laser ou thermique. Toutes utilisent la vision IA pour concentrer le traitement uniquement sur les mauvaises herbes.

• Pulvérisation de précision (pulvérisateurs ciblés) : Ces systèmes montent des caméras sur une rampe de pulvérisation ou une plateforme mobile et ne pulvérisent des herbicides qu’aux endroits où des mauvaises herbes sont détectées. Par exemple, le système See & Spray de John Deere utilise des caméras montées sur la rampe et l’IA pour réduire en moyenne de 59 % l’utilisation d’herbicides.
  
  Le pulvérisateur scanne le champ à des vitesses allant jusqu’à 24 km/h, et chaque fois qu’un réseau neuronal embarqué reconnaît une mauvaise herbe, il active une buse individuelle au-dessus de cette plante. En comparaison, la pulvérisation conventionnelle inonde tout le champ.
  
  Les recherches montrent que ces robots de pulvérisation ciblée peuvent réduire le volume d’herbicide par un facteur 20 et diminuer l’usage des produits chimiques jusqu’à 95 %. Ecorobotix (une entreprise suisse d’agritech) vante également son pulvérisateur ultra-précis qui utilise un logiciel IA pour distinguer les mauvaises herbes des cultures et ne pulvériser que les plantes indésirables.
  
  En pratique, ces pulvérisateurs IA ont permis d’économiser des millions de litres de produits chimiques – John Deere rapporte que son See & Spray a économisé environ 8 millions de gallons d’herbicide sur plus d’un million d’acres en 2024.

• Désherbeurs mécaniques : Certains robots autonomes utilisent des outils physiques au lieu de pulvérisations. Par exemple, le robot Element d’Aigen (financé par de grandes entreprises technologiques) combine caméras et IA avec une « houe » mécanique qui coupe les mauvaises herbes à la racine.
  
  Lorsque le robot circule entre les rangs de cultures, ses algorithmes dirigent une lame tranchante pour couper les mauvaises herbes détectées. Comme il s’agit d’une méthode de contact, les cultures ne sont pas touchées. L’Element fonctionne à l’énergie solaire/éolienne et est conçu pour un désherbage continu sans produits chimiques.
  
  De même, des startups comme FarmWise et Verdant Robotics ont développé des cultivateurs guidés par IA. Le robot « Sharpshooter » de Verdant, par exemple, utilise la vision par ordinateur pour pulvériser une très petite dose d’herbicide uniquement sur chaque mauvaise herbe, réduisant l’usage des intrants d’environ 96 %. Les méthodes mécaniques sont particulièrement prometteuses pour les cultures biologiques ou spécialisées où l’usage d’herbicides est problématique.

• Désherbage laser et thermique : Une méthode très innovante utilise des lasers puissants ou des faisceaux de chaleur pour éliminer les mauvaises herbes. Carbon Robotics (États-Unis) a développé le LaserWeeder G2, une machine tractée équipée de plusieurs lasers de 240 watts et de caméras.
  
  Son système de vision (alimenté par des réseaux neuronaux) scanne les plantes puis déclenche les lasers pour brûler précisément les tissus centraux de la mauvaise herbe. Cette approche est sans produits chimiques et extrêmement précise : Carbon Robotics revendique une précision inférieure au millimètre et peut traiter des millions d’images par heure.
  
  (Un système britannique apparenté appelé Map & Zap utilise également des lasers guidés par IA avec plus de 90 % d’efficacité.) Une autre option thermique est le brûlage ; certaines machines utilisent la chaleur dirigée pour flétrir les mauvaises herbes.
  Dans tous ces systèmes laser/thermiques, la vision IA est essentielle – sans elle, le faisceau à haute énergie détruirait tout.

Ces différentes méthodes de désherbage peuvent aussi être combinées. Par exemple, l’Université de Guelph a construit un scanner IA monté sur tracteur qui cartographie la densité des mauvaises herbes dans des champs de haricots lima.

Les agriculteurs peuvent alors appliquer l’herbicide uniquement sur les zones cartographiées. À l’avenir, nous pourrions voir des systèmes intégrés : un robot pourrait utiliser la vision IA pour décider s’il faut pulvériser, couper ou brûler une mauvaise herbe selon le type de culture et les conditions.

Études de cas concrètes

La technologie moderne de désherbage par IA est déjà utilisée dans les exploitations agricoles du monde entier. Voici quelques exemples :

• John Deere See & Spray : Ce système de référence dans l’industrie est largement adopté dans les grandes cultures céréalières. Lors d’essais en 2024, les pulvérisateurs See & Spray ont traité plus d’un million d’acres et économisé environ 8 millions de gallons d’herbicide.
  
  L’entreprise rapporte des réductions moyennes d’herbicide d’environ 59 % sur les champs de maïs, soja et coton. Les agriculteurs attribuent à See & Spray des économies considérables : un producteur du Kansas affirme avoir réduit ses coûts d’herbicide de deux tiers grâce au système.
  
  Techniquement, See & Spray utilise des caméras montées sur la rampe et des réseaux neuronaux embarqués pour décider « mauvaise herbe ou pas ». Lorsqu’une mauvaise herbe est détectée, la machine active une buse individuelle, permettant une application au point près.

• Carbon Robotics LaserWeeder : Le fondateur Paul Mikesell (ancien ingénieur chez Uber) a passé des années à développer un désherbeur laser piloté par IA. Son LaserWeeder G2 utilise un CNN entraîné pour détecter les mauvaises herbes puis les éliminer par de rapides impulsions laser.
  
  Le système fonctionne entièrement à bord de la machine sans accès au cloud. Carbon Robotics met en avant l’efficacité : ses lasers peuvent éliminer les mauvaises herbes « aussi petites que la pointe d’un stylo » avant qu’elles ne concurrencent les cultures.
  
  En pratique, les unités LaserWeeder (tractées par des tracteurs) peuvent fonctionner de jour comme de nuit et couvrir de vastes champs. Elles disposent de plusieurs caméras et GPU par module, avec une précision inférieure au millimètre.
  
  Cette précision signifie qu’aucune culture n’est endommagée et qu’aucun travail supplémentaire du sol n’est nécessaire.

• Pulvérisateur Ecorobotix ARA : L’entreprise suisse Ecorobotix fabrique un pulvérisateur solaire à haute précision appelé ARA. Son système de vision « Plant-by-Plant™ » utilise l’apprentissage profond pour détecter rapidement les mauvaises herbes.
  
  Ecorobotix revendique jusqu’à 95 % de réduction de l’usage des produits chimiques car il cible uniquement les mauvaises herbes. Les tests montrent que l’IA peut identifier les espèces de mauvaises herbes avec une précision inférieure au centimètre pendant que la machine se déplace, prenant des décisions en environ 250 millisecondes par plante.
  
  L’entreprise le commercialise pour les légumes de grande valeur et les cultures spécialisées où économiser produits chimiques et main-d’œuvre est crucial.

• Verdant Robotics – Sharpshooter : Une startup nommée Verdant Robotics a développé le Sharpshooter, un robot qui utilise la vision par ordinateur pour détecter les mauvaises herbes puis pulvériser une très petite dose d’herbicide sur chacune.
  
  Lors des essais, Verdant a rapporté que Sharpshooter pouvait réduire les intrants herbicides de 96 % et diminuer les coûts de désherbage de plus de 50 % par rapport aux méthodes traditionnelles.
  
  C’est un autre exemple de technologie de pulvérisation ciblée rendue possible par l’IA, où le système de vision remplace une équipe entière de pulvérisateurs.

• Robot de repérage des mauvaises herbes de l’Université de Guelph : Des chercheurs dirigés par le Dr Medhat Moussa ont développé un prototype pour les exploitations biologiques de haricots lima. Un dispositif caméra IA monté sur un tracteur scanne le champ et produit une carte de densité des mauvaises herbes de l’amarante (par exemple).
  
  Les algorithmes assemblent de nombreuses images, distinguant les haricots lima des mauvaises herbes, permettant à l’agriculteur de savoir précisément quelles zones du champ nécessitent une intervention.
  
  Cette approche complète le repérage manuel : elle fait gagner du temps, réduit les zones non détectées et guide une application précise des herbicides. L’image ci-dessous montre leur machine autonome en action sur le terrain.

• Autres innovations : Aigen (États-Unis) développe un robot entièrement autonome à roues, Element, qui patrouille les champs, fonctionne à l’énergie solaire et arrache physiquement les mauvaises herbes à l’aide de lames guidées par caméra.
  
  FarmWise (États-Unis) a créé les robots Vulcan et Titan qui utilisent des chaînes d’apprentissage automatique propriétaires pour identifier et éliminer mécaniquement les mauvaises herbes intra-rangs dans les cultures maraîchères.
  
  Le Penn State Extension et d’autres rapportent des « cultivateurs intelligents » tractés (Robovator de VisionWeeding, Robocrop de Garford) qui utilisent la vision par ordinateur pour diriger précisément les outils de culture.
  
  Même les drones aériens équipés de caméras multispectrales et d’algorithmes IA peuvent repérer les zones de mauvaises herbes depuis les airs, aidant à planifier les traitements.
  
  En résumé, qu’il s’agisse d’une grande exploitation ou d’une petite parcelle spécialisée, les désherbeurs pilotés par IA se développent sous de nombreuses formes.

Avantages : efficacité, rentabilité et durabilité

Le contrôle des mauvaises herbes par IA présente des avantages évidents :

• Économies substantielles de produits chimiques : En ne pulvérisant que les mauvaises herbes, ces systèmes réduisent drastiquement le volume d’herbicides. Par exemple, John Deere rapporte des économies de millions de gallons – soit environ 12 piscines olympiques sur seulement 1 million d’acres.
  
  Les études montrent des économies moyennes de 60 à 76 % d’herbicides sur les champs testés. Moins de produits chimiques profitent à la fois au portefeuille des agriculteurs et à l’environnement.

• Rendements et santé des cultures améliorés : Éliminer les mauvaises herbes plus tôt et plus complètement aide les cultures à prospérer. Les systèmes IA peuvent éliminer les petites mauvaises herbes que l’œil humain pourrait manquer, avant qu’elles ne volent les ressources.
  
  Les agriculteurs utilisant des désherbeurs IA rapportent souvent des cultures plus saines, plus homogènes et des rendements de meilleure qualité. Parce que l’IA élimine les mauvaises herbes à leur « point de croissance », elle réduit aussi la pression future des graines de mauvaises herbes sur les champs.

• Gain de temps et de main-d’œuvre : Le désherbage est traditionnellement très exigeant en main-d’œuvre (à la main ou en conduisant soigneusement un tracteur). Les robots IA effectuent ce travail automatiquement, libérant du temps pour les humains.
  
  Par exemple, les robots de précision réduisent le besoin de désherbeurs manuels jusqu’à 37 % dans des cultures en rangs difficiles. Un agriculteur a déclaré que l’utilisation de See & Spray permettait même à un opérateur novice d’atteindre la performance d’un conducteur de moissonneuse expérimenté, grâce à l’assistance IA.

• Bénéfices environnementaux et sécuritaires : Moins d’herbicides signifie moins de ruissellement dans l’eau et le sol. Les techniques ciblées impliquent aussi moins de passages sur les champs (réduisant la consommation de carburant) et souvent pas de travail du sol (prévenant l’érosion).
  
  Le cabinet McKinsey souligne un « triple gain » pour cette automatisation : productivité accrue, meilleure sécurité agricole (moins de personnes manipulant des produits chimiques) et progrès vers les objectifs de durabilité.

• Efficacité économique : Tout cela se traduit par des économies. Outre la réduction des herbicides, les agriculteurs économisent sur le temps d’équipement et la main-d’œuvre embauchée.
  
  John Deere et ses partenaires ont constaté que même si les pulvérisateurs de précision coûtent plus cher à l’achat, le retour sur investissement peut intervenir en seulement 1 à 3 ans grâce aux économies sur les intrants. De nombreux producteurs en essais ont réduit de moitié ou plus leurs coûts de désherbage par acre une fois le système IA pleinement utilisé.

Défis et adoption

Malgré les promesses, le désherbage par IA est encore récent et pas encore généralisé. Début 2024, seulement environ 27 % des exploitations agricoles américaines utilisent une technologie de précision pour des tâches comme le contrôle des mauvaises herbes.

Les obstacles incluent le coût élevé des équipements, la nécessité de connaissances spécialisées, ainsi que des préoccupations concernant la propriété et la fiabilité des données. Certains agriculteurs craignent aussi la complexité technologique ou ont des champs où les mauvaises herbes ressemblent trop aux cultures pour un tri facile par vision.

Par exemple, un agriculteur du Dakota du Nord a admis être sceptique à propos de See & Spray, mais après l’avoir utilisé, il est devenu convaincu car le système s’est avéré simple et efficace.

Cependant, les experts du secteur prévoient une croissance rapide. La hausse des prix des intrants (engrais, herbicides, main-d’œuvre) et les pressions environnementales poussent de plus en plus d’agriculteurs vers les méthodes de précision.

Les grands fabricants d’équipements agricoles comme Deere déploient des « kits d’autonomie » et mettent en avant les capacités de l’IA, tandis que de nouvelles startups attirent d’importants investisseurs agricoles.

Les logiciels deviennent aussi plus accessibles – certains agriculteurs expérimentent même des outils d’IA générative (comme ChatGPT) pour aider à planifier les opérations et analyser les données.

Avec le temps, à mesure que les coûts diminuent et que les interfaces s’améliorent, les outils de désherbage par IA devraient se répandre des grandes exploitations aux exploitations moyennes et petites.

Perspectives d’avenir

La gestion des mauvaises herbes pilotée par IA est encore en évolution, mais les tendances sont claires : les machines plus intelligentes prendront de plus en plus en charge les tâches routinières de désherbage.

Les systèmes futurs pourraient combiner plusieurs modes de détection (caméras RGB, imagerie multispectrale, voire capteurs d’odeurs végétales) et décider dynamiquement s’il faut pulvériser, couper ou brûler chaque mauvaise herbe.

Ils s’intégreront probablement aux outils GPS et de cartographie agricoles, de sorte que les décisions soient enregistrées et apprises pour les interventions suivantes.

Comme l’a dit un expert, les agriculteurs veulent « un outil qui fait tout » – l’IA progresse vers cette vision en offrant aux machines la flexibilité de résoudre les problèmes sur le terrain en temps réel.

Surtout, ces solutions IA s’alignent avec les besoins mondiaux d’une agriculture durable. Les consommateurs et les régulateurs exigent de plus en plus des résidus chimiques réduits et une agriculture respectueuse de l’environnement.

>>> Vous ne le savez peut-être pas : Comment prédire les ravageurs et maladies des plantes grâce à l’IA

En réduisant l’usage des herbicides de 80 à 95 % dans certains cas, les désherbeurs IA soutiennent directement ces objectifs. Ils aident aussi les exploitations à s’adapter aux pénuries de main-d’œuvre et aux contraintes climatiques.

En résumé, la détection et l’élimination des mauvaises herbes contrôlées par IA s’imposent comme une technologie révolutionnaire en agriculture – promettant de rendre l’agriculture plus propre, plus sûre et plus productive pour l’avenir.