Application d'IA pour identifier les mauvaises herbes et les éliminer automatiquement
Les mauvaises herbes restent un défi persistant en agriculture, car elles rivalisent avec les cultures pour la lumière du soleil, l'eau et les nutriments. Aujourd'hui, l'objectif n'est pas seulement de « tuer les mauvaises herbes » avec des tracteurs ou des produits chimiques, mais de les éliminer sélectivement sans nuire aux cultures. Grâce à la puissance de l'intelligence artificielle (IA) et de la robotique, les machines modernes peuvent distinguer les cultures des mauvaises herbes via la vision par ordinateur, puis éliminer automatiquement les mauvaises herbes par pulvérisation de précision, outils mécaniques, lasers ou chaleur. Cette innovation réduit les coûts, minimise l'utilisation de produits chimiques et soutient une agriculture durable.
Les mauvaises herbes sont un problème persistant en agriculture car elles rivalisent avec les cultures pour la lumière du soleil, 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 sélectivement – éliminer les mauvaises herbes sans endommager les cultures.
L'IA et la robotique de pointe offrent désormais de puissants nouveaux outils 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 neutraliser automatiquement les mauvaises herbes.
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 neuronaux convolutifs, ou CNN) sont entraînés à distinguer les cultures des mauvaises herbes.
Carbon Robotics
John Deere
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 avance.
Les rampes See & Spray de John Deere embarquent de nombreuses caméras et processeurs qui scannent des milliers de pieds carrés par seconde. Chaque petit cadre de caméra est analysé par apprentissage automatique pour décider « culture ou mauvaise herbe ? », et si c'est une mauvaise herbe, le système active instantanément la buse de pulvérisation pour cet endroit.
— Documentation technique John Deere
En effet, l'IA transforme un tracteur en un robot très intelligent capable d'identifier même les petites mauvaises herbes à 2–3 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 approches principales sont la pulvérisation ciblée, le désherbage mécanique et le désherbage laser ou thermique. Tous utilisent la vision IA pour concentrer le traitement uniquement sur les mauvaises herbes.
Pulvérisation de précision (pulvérisateurs ponctuels)
Ces systèmes montent des caméras sur une rampe de pulvérisation ou une plateforme mobile et ne pulvérisent des herbicides qu'aux mauvaises herbes détectées. Le système See & Spray de John Deere, par exemple, utilise des caméras montées sur la rampe et l'IA pour réduire l'utilisation d'herbicides d'environ 59 % en moyenne.
Fonctionnement à grande vitesse
Scanne les champs à des vitesses allant jusqu'à 24 km/h
- Traitement en temps réel par réseau neuronal
- Activation individuelle des buses
Réduction chimique
Économies spectaculaires d'herbicides
- Réduction par 20 du volume d'herbicide
- Jusqu'à 95 % de réduction de l'utilisation chimique
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.
- Fonctionnement solaire/éolien
- Désherbage continu sans produits chimiques
- Méthode de contact qui laisse les cultures intactes
- Parfait pour l'agriculture biologique
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 petite dose d'herbicide uniquement sur chaque mauvaise herbe, réduisant l'utilisation d'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 tuer les mauvaises herbes. Carbon Robotics (USA) 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 un ciblage au sous-millimètre et peut traiter des millions d'images par heure.
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 les 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 réelles
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 leader du secteur a été 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 30 millions de litres d'herbicide.
J'ai réduit mes coûts d'herbicide de deux tiers grâce au système.
— Agriculteur du Kansas
Techniquement, See & Spray utilise des caméras montées sur la rampe et des réseaux neuronaux embarqués pour décider « mauvaise herbe ou pas ». S'il détecte une mauvaise herbe, la machine déclenche 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 trouver les mauvaises herbes puis les frappe avec des impulsions laser rapides.
- Fonctionne entièrement sur la machine sans accès au cloud
- Peut éliminer des mauvaises herbes « aussi petites que la pointe d'un stylo »
- Opère de jour comme de nuit à grande échelle
- Précision au sous-millimètre
En pratique, les unités LaserWeeder (tractées par des tracteurs) peuvent fonctionner jour et nuit et parcourir les champs à grande échelle. Elles disposent de plusieurs caméras et GPU par module, et opèrent avec une précision au sous-millimètre. Cette précision signifie qu'aucune culture n'est pratiquement endommagée et qu'aucun travail supplémentaire du sol n'est nécessaire.
Pulvérisateur Ecorobotix ARA
La société suisse Ecorobotix fabrique un pulvérisateur solaire de haute précision appelé ARA. Son système de vision « Plant-by-Plant™ » utilise l'apprentissage profond pour repérer rapidement les mauvaises herbes.
Réduction chimique
Jusqu'à 95 % de réduction de l'utilisation chimique
Temps de réponse
~250 millisecondes par décision de plante
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 ~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 appelée Verdant Robotics a construit le Sharpshooter, un robot qui utilise la vision par ordinateur pour repérer les mauvaises herbes puis pulvérise une petite dose sur chacune.
Pulvérisation conventionnelle
- Utilisation élevée d'herbicides
- Coûts plus élevés
- Impact environnemental
Précision guidée par IA
- Réduction de 96 % des herbicides
- Économies de coûts supérieures à 50 %
- Impact environnemental minimal
C'est un autre exemple de technologie de pulvérisation ponctuelle rendue possible par l'IA, où le système de vision fait le travail d'une équipe entière de pulvérisateurs.
Recherche de l'Université de Guelph
Des chercheurs dirigés par le Dr Medhat Moussa ont développé un prototype pour les fermes 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).
Capture d'image
Le dispositif caméra IA scanne le champ
Analyse IA
Les algorithmes distinguent les haricots lima des mauvaises herbes
Cartographie de densité
Crée une carte précise de densité des mauvaises herbes
Cette approche complète le repérage manuel : elle fait gagner du temps, réduit les zones manquées et guide une application précise d'herbicide.
Autres innovations
- Aigen (USA) : Développe un robot entièrement autonome à roues, Element, qui patrouille les champs, utilise l'énergie solaire et arrache physiquement les mauvaises herbes avec des lames guidées par caméra.
- FarmWise (USA) : 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.
- Smart Cultivators : Le Penn State Extension rapporte des « cultivateurs intelligents » tractés (Robovator de VisionWeeding, Robocrop de Garford) qui utilisent la vision machine pour diriger précisément les outils de culture.
- Drones aériens : Même les drones équipés de caméras multispectrales et d'algorithmes IA peuvent repérer les zones de mauvaises herbes depuis le ciel, aidant à planifier les traitements.
En résumé, qu'il s'agisse d'une grande ferme ou d'une petite parcelle spécialisée, les désherbeurs pilotés par IA émergent sous de nombreuses formes.
Avantages : efficacité, rentabilité et durabilité
Le contrôle des mauvaises herbes par IA apporte des avantages clairs :
Économies chimiques spectaculaires
En ne pulvérisant que sur les mauvaises herbes, ces systèmes réduisent drastiquement le volume d'herbicides.
- John Deere rapporte des économies de millions de litres
- Environ 12 piscines olympiques sur seulement 1 million d'acres
- Économies moyennes de 60 à 76 % sur l'utilisation d'herbicides
Rendements et santé des cultures améliorés
Éliminer les mauvaises herbes plus tôt et plus complètement aide les cultures à prospérer.
- Élimine les petites mauvaises herbes que les humains pourraient manquer
- Des cultures plus saines et plus uniformes
- Réduit la pression future des graines de mauvaises herbes
Économies de main-d'œuvre et de temps
Les robots IA effectuent automatiquement le désherbage, libérant du temps humain.
- Réduction jusqu'à 37 % des désherbeurs manuels nécessaires
- Les opérateurs novices atteignent la performance des experts
- Désherbage de précision automatisé
Bénéfices environnementaux et sécuritaires
Moins d'herbicides signifie moins de ruissellement dans l'eau et le sol.
- Moins de passages dans les champs (réduction de la consommation de carburant)
- Pas de travail du sol dans de nombreux cas (prévention de l'érosion)
- Meilleure sécurité agricole (moins de manipulation de produits chimiques)
Analyse de la rentabilité
| Facteur de coût | Méthode traditionnelle | Désherbage IA | Économies |
|---|---|---|---|
| Coûts des herbicides | Application en volume élevé | Application ciblée uniquement | Réduction de 60 à 95 % |
| Coûts de main-d'œuvre | Équipes de désherbage manuelles | Opération automatisée | Réduction de 37 % |
| Temps d'équipement | Multiples passages dans les champs | Passage unique de précision | Économies de temps supérieures à 50 % |
| Délai de retour sur investissement | N/A | Coût initial plus élevé | Retour en 1 à 3 ans |
Toutes ces économies se traduisent par des réductions de coûts. 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 d'intrants. De nombreux agriculteurs 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 d'agriculture de précision pour des tâches comme le contrôle des mauvaises herbes.
Obstacles actuels
- Coût élevé des équipements
- Nécessité de connaissances spécialisées
- Préoccupations sur la propriété et la fiabilité des données
- Complexité technologique
- Champs avec mauvaises herbes trop similaires aux cultures
J'étais sceptique à propos de See & Spray, mais après l'avoir utilisé, je suis devenu convaincu car c'était facile et efficace.
— Agriculteur du Dakota du Nord
Facteurs de croissance
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 davantage d'agriculteurs vers les méthodes de précision.
Fabricants d'équipements
Innovation des startups
Intégration de l'IA
Perspectives d'avenir
La gestion des mauvaises herbes pilotée par IA évolue encore, mais les tendances sont claires : des machines plus intelligentes prendront de plus en plus en charge les tâches routinières de désherbage.
Détection multimodale
Combiner caméras RGB, imagerie multispectrale, voire capteurs d'odeurs végétales
Prise de décision dynamique
Décider dynamiquement s'il faut pulvériser, couper ou brûler chaque mauvaise herbe
Systèmes intégrés
Intégration avec GPS agricole et outils de cartographie pour un apprentissage continu
Les agriculteurs veulent « un outil qui fait tout » – l'IA progresse vers cette vision en donnant aux machines la flexibilité de résoudre les problèmes sur le terrain.
— Expert en technologie agricole
Impact global sur la durabilité
Essentiellement, ces solutions IA s'alignent sur 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.
Réduction chimique
Réduction de 80 à 95 % des herbicides dans certains cas
Solutions de main-d'œuvre
Aide les exploitations à s'adapter aux pénuries de main-d'œuvre
Adaptation au climat
Soutient les exploitations confrontées au stress climatique
