Les drones rivalisent avec les technologies plus coûteuses en matière d'efficacité de la planification agricole

Les drones rivalisent avec les technologies plus coûteuses en matière d'efficacité de la planification agricole

Agdaily reporters*

Les agriculteurs et les chercheurs peuvent utiliser des drones et la photogrammétrie pour cartographier avec une grande précision les zones de ruissellement et à risque de pollution, rendant ainsi l'agriculture de précision plus accessible (Image : Jhony Armando Benavides-Bolaños, Penn State)

Les scientifiques spécialisés dans l'environnement et les gestionnaires des ressources en eau ont besoin de cartes précises et à haute résolution pour identifier les zones que les agriculteurs doivent éviter lors des semis, afin de limiter la pollution des eaux par le phosphore provenant des engrais ou du fumier. La création de ces cartes reposait jusqu'à présent sur une technologie coûteuse, parfois indisponible, mais une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université Penn State a mis au point une approche moins onéreuse qui peut s'avérer tout aussi efficace.

Le système novateur des chercheurs, détaillé dans un article disponible en ligne avant sa publication dans le numéro de juin de Computers and Electronics in Agriculture, utilise des drones et la photogrammétrie, une technologie qui génère des informations spatiales 3D fiables en analysant des photographies 2D superposées. Grâce à ce système, l'équipe peut cartographier les zones hydrologiquement sensibles – des endroits où l'eau a tendance à s'accumuler ou à s'écouler, créant un risque élevé de ruissellement – ainsi que les zones sources critiques de phosphore, où le phosphore est susceptible d'être emporté vers les cours d'eau et de les polluer. Ils ont constaté que l'approche par drone et photogrammétrie était moins coûteuse, plus accessible et presque aussi précise que la cartographie conventionnelle.

Il ne faut pas beaucoup de temps pour survoler une exploitation agricole de taille typique en Pennsylvanie, indiquent les chercheurs ; la méthode par drone permet donc une mise à jour plus rapide des zones susceptibles d’être ciblées pour la mise en œuvre de pratiques de gestion optimales, ou d’une propriété éligible à une aide financière pour l’installation d’un dispositif d’atténuation du ruissellement, tel qu’une zone tampon riveraine (Image : Jhony Armando Benavides-Bolaños, Penn State)

L'équipe a testé la précision et la résolution des cartes créées à l'aide de cette nouvelle méthode par rapport à des cartes réalisées à l'aide d'une technologie appelée LiDAR, qui signifie « détection et télémétrie par la lumière ». Il s’agit d’une technologie de télédétection déployée à partir d’aéronefs ou de satellites qui utilise des impulsions laser pour mesurer les distances par rapport à la Terre, créant ainsi des cartes précises et à haute résolution. Le LiDAR est précis mais coûteux et n’est pas toujours accessible, selon le coauteur de l’étude et chef d’équipe Patrick Drohan, professeur de pédologie au Collège des Sciences Agricoles de Penn State.

« Notre nouvelle technique utilise un petit drone pour prendre des centaines et des centaines de photos, reproduisant en substance ce que fait un modèle LiDAR », a déclaré M. Drohan, expliquant que le modèle LiDAR n’est précis que par rapport aux données les plus récentes obtenues lors d’un survol, mais que la nouvelle approche permet d’obtenir de nouvelles données selon les besoins. « Nous avons utilisé une technique de photogrammétrie appelée "Structure from Motion" – qui consiste à assembler des photographies prises sous de nombreux angles différents et à des positions légèrement différentes pour créer une surface tridimensionnelle d’un paysage. »

Cette approche basée sur des drones pourrait permettre aux gestionnaires des ressources en eau préoccupés par la pollution par les sédiments et les nutriments d’analyser les paysages agricoles même si aucun survol LiDAR n’a eu lieu ces dernières années, ou si des modifications du paysage sont survenues depuis le dernier vol LiDAR, a souligné M. Drohan.

« Il ne faut pas beaucoup de temps pour survoler une exploitation agricole de taille typique en Pennsylvanie ; c’est donc un moyen de mettre à jour plus rapidement les zones susceptibles d’être ciblées pour la mise en œuvre de pratiques de gestion optimales, ou une propriété éligible à une aide financière pour installer un dispositif d’atténuation du ruissellement, tel qu’une zone tampon riveraine », a-t-il déclaré. « La plupart des pertes de phosphore proviennent d’une petite partie des bassins versants, conformément à la règle établie des 80/20 selon laquelle environ 80 % des pertes de phosphore proviennent de 20 % de la superficie des bassins versants. »

Ces deux cartes issues de l’étude ont été réalisées à partir de photos prises par une caméra embarquée sur un drone à l’aide de la méthode de photogrammétrie « Structure from Motion ». Les positions des drones sont indiquées en bleu au-dessus de l’image du haut. (Image : Jhony Armando Benavides-Bolaños, Penn State)

L'équipe a étudié quatre sites agricoles dans l'est de la Pennsylvanie et a créé des modèles altimétriques à partir d'images de drone, qu'elle a comparés aux données LiDAR existantes de 2017. Elle a vérifié la précision en utilisant entre 400 et 1.000 points de contrôle au sol par site. Les chercheurs ont ensuite utilisé les deux ensembles de données pour cartographier les zones hydrologiquement sensibles et les zones sources critiques de phosphore.

Ils ont constaté que les cartes établies par les drones correspondaient très étroitement aux données LiDAR. En termes de précision altimétrique, la corrélation était de 0,999 – presque parfaite. Pour la cartographie des zones hydrologiquement sensibles et des zones sources critiques de phosphore, les cartes issues des drones et du LiDAR étaient pratiquement identiques, avec des écarts inférieurs à 1,53 %.

Ces deux cartes issues de l'étude ont été réalisées à partir de photos prises par une caméra embarquée sur un drone à l'aide de la méthode de photogrammétrie « Structure from Motion ». Les positions des drones sont indiquées en bleu au-dessus de l'image du haut. (Image/ Jhony Armando Benavides-Bolaños, Penn State)

« La méthode utilisant les drones fournit des résultats pratiquement identiques à ceux du LiDAR, ce qui signifie que les drones, associés à la photogrammétrie par reconstruction de forme, constituent une alternative viable et moins coûteuse au LiDAR », a déclaré M. Drohan. « Notre approche peut être utilisée pour la planification agricole, la réduction du ruissellement des nutriments et la protection de l'environnement. Au lieu de payer pour des balayages LiDAR coûteux, les agriculteurs et les chercheurs peuvent utiliser des drones et la photogrammétrie pour cartographier les zones de ruissellement et à risque de pollution avec presque la même précision, rendant ainsi l'agriculture de précision plus accessible. »

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* Source : Drones match farm planning effectiveness of more expensive tech