Un robot désherbant par procédé électrique couplé à un drone

Débuté en 2018 et financé par l’ANR (Agence nationale de la recherche), le challenge ROSE vise à développer plusieurs solutions technologiques innovantes afin de réduire l’utilisation des produits phytosanitaires sur les grandes cultures. Plus précisément, les innovations se focalisent sur le désherbage intra-rang, c’est-à-dire de l’espacement entre les plants d’une même rangée. Quatre solutions sont actuellement développées et seront mises en compétition en juin prochain à l’occasion d’épreuves d’évaluation sur le site expérimental INRAE de Montoldre dans l’Allier. L’une d’elles porte sur la conception d’un robot capable de détruire les adventices grâce à des décharges électriques et couplé à un drone. Encore à l’état de recherche, ce projet baptisé WeedElec devrait se concrétiser par le développement de trois nouvelles briques technologiques.

« L’idée de départ était de faire voler un drone au-dessus d’un champ afin d’évaluer l’état sanitaire de la parcelle, explique Christophe Guizard, le coordinateur du projet WeedElec et chercheur à l’INRAE. S’il repère des tâches d’infestation liées à de mauvaises herbes, il envoie les informations au robot qui se déplace à l’endroit indiqué pour détruire les adventices. Une semaine à quinze jours plus tard, on refait passer le drone afin d’évaluer le désherbage réalisé et, si besoin, demander au robot d’intervenir à nouveau. »

Mieux identifier les plantes grâce à l’imagerie hyperspectrale

Pour mettre au point ce dispositif, l’équipe de recherche tente de lever un premier verrou technologique en identifiant les mauvaises herbes de la manière la plus fine possible. Pour cela, ils testent une caméra hyperspectrale qui ajoute une information spectrale à la différence des caméras classiques qui se basent souvent sur la couleur et la morphologie des plantes. L’une des difficultés rencontrées se situe au niveau de la puissance de calcul demandée. Le spectre est en général de 128, voire 256 longueurs d’onde, ce qui signifie que chaque point de l’image contient 128 ou 256 informations. Avec des images de 5 mégapixels, le volume de données à traiter devient considérable. « Pour contourner cette difficulté, nous utilisons d’abord le traitement de l’image classique pour repérer les régions d’intérêt et nous le combinons avec de l’imagerie hyperspectrale afin d’identifier les plantes de manière beaucoup plus fine. Cette piste de recherche est à ce stade très prometteuse », révèle le chercheur.

Contrairement aux robots généralement développés pour désherber, celui-ci doit être capable de repérer directement les adventices et non pas identifier dans un premier temps les plants de culture (maïs, haricot…) puis détruire toutes les mauvaises herbes autour. L’identification des plantes est d’autant plus importante que le robot, muni d’un bras et d’une électrode, ajuste sa décharge électrique en fonction de la plante à détruire, c’est-à-dire de son espèce, de son stade de croissance… Ce dispositif innovant représente la deuxième brique technologique développée. On parle ici de désherbage chirurgical car le degré de précision du robot, lui aussi équipé d’une caméra, est de quelques millimètres. « En fonction de chaque adventice, le robot est capable de faire varier la durée de la décharge électrique, sa fréquence et son intensité, précise Christophe Guizard. La décharge s’élève à plusieurs kilovolts et est équivalente à la décharge d’une bougie de voiture ; quant à la durée, elle est de l’ordre de 50 millisecondes. »

Ce système a une efficacité comparable à celle du glyphosate et à un désherbage systémique puisque la décharge électrique descend jusqu’à la racine. Le choc électrique provoque un effet thermique sur la plante, qui se recroqueville immédiatement après. « Nous nous sommes aperçus que parfois, la décharge ne tue pas la mauvaise herbe mais la maintient dans un état végétatif, confie le chercheur. Cet effet est intéressant car il pourrait servir à maintenir un couvert végétal autour de la culture, permettant d’éviter que le sol ne se dessèche trop vite ou que d’autres plantes ne poussent. Nous sommes très confiants sur notre procédé qui donne de bons résultats. »

Le recours à l’intelligence artificielle pour traiter les images

La dernière brique technologique en cours de développement concerne la classification des mauvaises herbes. Elle repose sur l’utilisation des techniques développées pour l’application mobile : Pl@ntNet. Téléchargeable gratuitement sur un smartphone, elle permet à l’aide d’une simple photo de reconnaître les plantes. Elle fonctionne grâce à une communauté de plusieurs millions d’utilisateurs et le recours à l’intelligence artificielle, notamment de l’apprentissage profond. « En général, les personnes photographient des fleurs ou des arbres et tentent de bien cadrer leurs photos, analyse le chercheur. Ici, les photos montrent des mauvaises herbes et sont prises par le robot et donc mal cadrées. Nos partenaires du Cirad [Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, NDLR] et de l’Inria [Institut national de recherche en informatique et en automatique, NDLR] développent de nouveaux algorithmes pour traiter ces nouvelles images. »

Le projet WeedElec doit se finaliser à l’été 2022. Bien que développé pour désherber de grandes cultures, ce système se révèle beaucoup trop lent face à de vastes étendues de champs. « Ce type de désherbage intelligent pourrait par contre trouver toute son utilité sur certaines cultures maraîchères qui nécessitent d’être très précis sur les plantes à détruire mais sur de petites surfaces », indique Christophe Guizard.