Les drones peuvent embarquer divers capteurs de télédétection, permettant d'obtenir des informations multidimensionnelles et de haute précision sur les terres agricoles et d'assurer un suivi dynamique de multiples aspects de ces terres. Ces informations comprennent principalement la distribution spatiale des cultures (localisation des parcelles, identification des espèces, estimation et suivi dynamique des superficies, extraction des données relatives aux infrastructures), la croissance des cultures (paramètres phénotypiques, indicateurs nutritionnels, rendement) et l'évolution des facteurs de stress (humidité du sol, ravageurs et maladies).
Informations spatiales sur les terres agricoles
Les informations de localisation spatiale des terres agricoles comprennent les coordonnées géographiques des parcelles et les classifications des cultures, obtenues par discrimination visuelle ou reconnaissance automatique. Les limites des parcelles peuvent être identifiées par leurs coordonnées géographiques, et la superficie cultivée peut également être estimée. La méthode traditionnelle de numérisation des cartes topographiques, utilisée comme base pour la planification régionale et l'estimation des superficies, présente des inconvénients majeurs : l'écart important entre la localisation théorique et la réalité, souvent difficile à appréhender, nuit à la mise en œuvre d'une agriculture de précision. La télédétection par drone permet d'obtenir en temps réel des informations complètes sur la localisation spatiale des terres agricoles, offrant ainsi des avantages incomparables par rapport aux méthodes traditionnelles. Les images aériennes issues de caméras numériques haute définition permettent d'identifier et de déterminer les informations spatiales de base des terres agricoles. Le développement des technologies de configuration spatiale améliore la précision et la profondeur de l'analyse de la localisation des terres agricoles, et améliore la résolution spatiale grâce à l'intégration des données d'altitude, permettant ainsi un suivi plus précis de ces informations.
Informations sur la croissance des cultures
La croissance des cultures peut être caractérisée par des informations sur les paramètres phénotypiques, les indicateurs nutritionnels et le rendement. Les paramètres phénotypiques comprennent le couvert végétal, l'indice de surface foliaire, la biomasse, la hauteur des plantes, etc. Ces paramètres sont interdépendants et caractérisent collectivement la croissance des cultures. Ils sont directement liés au rendement final et jouent un rôle prépondérant dans la recherche sur le suivi des informations agricoles. De nombreuses études leur ont été consacrées.
1) Paramètres phénotypiques des cultures
L'indice de surface foliaire (ISF) correspond à la somme des surfaces foliaires vertes unilatérales par unité de surface. Il permet de mieux caractériser l'absorption et l'utilisation de l'énergie lumineuse par la culture et est étroitement lié à l'accumulation de matière et au rendement final. L'ISF est l'un des principaux paramètres de croissance des cultures actuellement suivis par télédétection aérienne. Le calcul des indices de végétation (indice de végétation par rapport, indice de végétation normalisé, indice de végétation de conditionnement du sol, indice de végétation par différence, etc.) à partir de données multispectrales et l'établissement de modèles de régression à partir de données de terrain constituent une méthode plus aboutie pour estimer les paramètres phénotypiques.
La biomasse aérienne en fin de cycle de croissance des cultures est étroitement liée au rendement et à la qualité. Actuellement, l'estimation de la biomasse par télédétection aérienne en agriculture repose principalement sur des données multispectrales, l'extraction de paramètres spectraux et le calcul d'un indice de végétation pour la modélisation ; la technologie de configuration spatiale présente certains avantages pour l'estimation de la biomasse.
2) Indicateurs nutritionnels des cultures
Le suivi traditionnel de l'état nutritionnel des cultures nécessite des prélèvements sur le terrain et des analyses chimiques en laboratoire pour déterminer la teneur en nutriments ou en indicateurs (chlorophylle, azote, etc.). La télédétection par drone, quant à elle, repose sur les caractéristiques spectrales spécifiques de réflectance-absorption des différentes substances. La chlorophylle est suivie grâce à ses deux fortes absorptions dans le spectre visible : le rouge (640-663 nm) et le bleu-violet (430-460 nm), tandis que son absorption est faible à 550 nm. La couleur et la texture des feuilles se modifient en cas de carence. La détermination des caractéristiques statistiques de couleur et de texture associées aux différentes carences et aux propriétés connexes est essentielle au suivi nutritionnel. À l'instar du suivi des paramètres de croissance, la sélection des bandes spectrales caractéristiques, des indices de végétation et des modèles de prédiction demeure l'enjeu principal de cette étude.
3) Rendement des cultures
L'augmentation des rendements agricoles est l'objectif principal des activités agricoles, et une estimation précise de ces rendements est essentielle tant pour la production agricole que pour la prise de décision en matière de gestion. De nombreux chercheurs ont tenté d'établir des modèles d'estimation des rendements plus précis grâce à l'analyse multifactorielle.
Humidité agricole
L'humidité des terres agricoles est souvent surveillée par des méthodes infrarouges thermiques. Dans les zones à forte couverture végétale, la fermeture des stomates réduit les pertes d'eau par transpiration, ce qui diminue le flux de chaleur latente en surface et augmente le flux de chaleur sensible. Il en résulte une hausse de la température du couvert végétal. L'indice de stress hydrique, reflétant le bilan énergétique de la culture, permet de quantifier la relation entre la teneur en eau de la culture et la température du couvert. Ainsi, la température du couvert, mesurée par un capteur infrarouge thermique, reflète l'état d'humidité des terres agricoles. Sur de petites surfaces de sol nu ou de couvert végétal, l'humidité du sol peut être indirectement déduite de la température du sous-sol. Ce principe repose sur le fait que la chaleur spécifique de l'eau étant élevée, sa température varie lentement. La distribution spatiale de la température du sous-sol au cours de la journée reflète donc indirectement la distribution de l'humidité du sol. Par conséquent, la distribution spatiale de la température du sous-sol en journée reflète indirectement la distribution de l'humidité du sol. Lors de la surveillance de la température du couvert, la présence de sol nu constitue un facteur de perturbation important. Certains chercheurs ont étudié la relation entre la température du sol nu et le couvert végétal, ont mis en évidence l'écart entre les mesures de température du couvert végétal, dû au sol nu, et la valeur réelle, et ont utilisé les résultats corrigés pour améliorer la précision du suivi de l'humidité des terres agricoles. En pratique, la gestion de la production agricole, et notamment les fuites d'humidité dans les champs, est un enjeu majeur. Des études ont utilisé des caméras infrarouges pour surveiller ces fuites dans les canaux d'irrigation, avec une précision pouvant atteindre 93 %.
Ravageurs et maladies
L'utilisation de la surveillance de la réflectance spectrale dans le proche infrarouge pour détecter les ravageurs et les maladies des plantes repose sur le principe suivant : chez les plantes saines, les espaces inter-tissus remplis d'humidité et d'expansion constituent de bons réflecteurs de rayonnements variés ; lorsque la plante est endommagée, la feuille est abîmée, le tissu flétrit, la teneur en eau diminue et la réflexion infrarouge diminue jusqu'à disparaître.
La surveillance de la température par infrarouge thermique est un indicateur important des ravageurs et des maladies des cultures. Les plantes saines maintiennent leur température stable principalement grâce à la régulation de la transpiration par l'ouverture et la fermeture des stomates. En cas de maladie, des modifications pathologiques surviennent. Les interactions entre le pathogène et la plante, notamment au niveau de la transpiration, déterminent les variations de température dans la partie infectée. Généralement, la plante réagit par une dérégulation de l'ouverture des stomates, ce qui entraîne une transpiration plus importante dans la zone malade que dans la zone saine. Cette transpiration intense provoque une baisse de température dans la zone infectée et un différentiel de température plus élevé à la surface de la feuille que dans une feuille saine, jusqu'à l'apparition de taches nécrotiques. Les cellules de la zone nécrosée meurent complètement, la transpiration y est totalement interrompue et la température commence à augmenter. Cependant, comme le reste de la feuille est infecté, le différentiel de température à sa surface reste toujours supérieur à celui d'une plante saine.
Autres informations
Dans le domaine de la surveillance des terres agricoles, les données de télédétection par drone offrent un large éventail d'applications. Par exemple, elles permettent d'identifier les zones de maïs tombées grâce à l'analyse de différentes textures, d'évaluer la maturité foliaire du cotonnier à l'aide de l'indice NDVI, et de générer des cartes de prescription d'application d'acide abscissique. Ces cartes permettent de guider efficacement la pulvérisation de ce produit sur le cotonnier et d'éviter ainsi le surdosage de pesticides. Face aux besoins de la surveillance et de la gestion des terres agricoles, l'exploitation continue des données de télédétection par drone et l'élargissement de ses domaines d'application constituent une tendance incontournable pour le développement futur d'une agriculture informatisée et numérisée.
Date de publication : 24 décembre 2024