L’agriculture hydroponique alimentée par la Vision AI améliore le suivi des plantes

Quand on pense à l’agriculture, on imagine généralement des plantes qui poussent dans la terre. La culture hydroponique adopte toutefois une autre approche : elle consiste à faire pousser des plantes dans une eau enrichie en nutriments, sans utiliser de terre. Cette méthode permet aux plantes de pousser plus vite tout en consommant moins d’espace et d’eau. C’est une excellente option dans les régions où les terres agricoles sont limitées.

Le marché mondial des cultures hydroponiques devrait atteindre environ 53 milliards de dollars d’ici 2027. Cette croissance s’accompagne toutefois de difficultés, notamment pour maintenir la santé des plantes dans les grandes exploitations.

De nombreuses exploitations hydroponiques sont situées en intérieur. De petits problèmes, comme une faible teneur en nutriments ou les premiers signes d’une maladie, peuvent donc se propager rapidement et endommager les cultures. Vérifier et surveiller chaque plante manuellement peut prendre beaucoup de temps et entraîner des erreurs. C’est là que des technologies comme la vision par ordinateur peuvent aider.

La vision par ordinateur est une branche de l’intelligence artificielle (AI) qui consiste à traiter et comprendre des données visuelles. Elle peut aider à relever les défis de l’agriculture hydroponique en surveillant automatiquement les plantes à l’aide de caméras et de l’analyse d’images.

Par exemple, des modèles d’IA visuelle comme Ultralytics YOLO11 peuvent être entraînés à détecter les signes de stress, de maladie ou de carence en nutriments chez les plantes. Ces modèles permettent d’effectuer en temps réel des tâches de vision par ordinateur, comme la détection d’objets et la segmentation d’instances, dans de grandes exploitations intérieures, afin que les agriculteurs puissent intervenir rapidement avant que les problèmes ne se propagent.

Dans cet article, nous allons voir comment l’agriculture hydroponique optimisée par la vision artificielle améliore l’efficacité, réduit la main-d’œuvre nécessaire et favorise une agriculture durable.

Qu’est-ce que la culture hydroponique ?#

La culture hydroponique est une méthode qui permet de faire pousser des plantes sans terre. Les plantes sont placées dans un substrat de culture et nourries avec une solution aqueuse contenant des nutriments essentiels. Cet environnement contrôlé permet aux cultures de pousser plus vite, d’utiliser moins d’eau et d’occuper moins d’espace qu’avec les méthodes agricoles traditionnelles.

Dans les régions où les terres sont rares ou la qualité du sol médiocre, la culture hydroponique peut être une solution pratique. Fait intéressant, le concept de culture sans sol remonte à l’Antiquité : des civilisations comme les Babyloniens et les Aztèques ont développé les premières formes de culture hors-sol.

Fig. 1. Laitue cultivée sans terre dans une exploitation hydroponique. Source de l’image : Pexels.

Bien que la culture hydroponique trouve ses origines dans l’Antiquité, les technologies modernes l’ont transformée en une solution de haute technologie répondant aux besoins agricoles actuels. Les systèmes de pointe apportent désormais l’eau et les nutriments directement aux plantes. Par exemple, la technique du film nutritif (NFT) fait circuler une fine couche d’eau sur les racines, tandis que l’aéroponie apporte les nutriments en pulvérisant une fine brume sur les racines suspendues dans l’air.

Cependant, à mesure que ces exploitations s’agrandissent, il devient plus difficile de suivre chaque plante. Même de légers changements de couleur ou de forme des feuilles et des tiges peuvent signaler les premiers signes de stress ou de maladie. Repérer rapidement ces problèmes est essentiel pour éviter qu’ils ne se propagent dans l’exploitation. Un suivi régulier des cultures et une intervention rapide sont indispensables pour préserver la santé des cultures et garantir des rendements réguliers.

Le rôle de la vision par ordinateur dans la culture hydroponique#

Comme dans l’agriculture traditionnelle, la santé des plantes en culture hydroponique dépend de conditions adéquates. De légers déséquilibres de facteurs comme les nutriments, la température ou l’humidité peuvent causer des problèmes tels que le jaunissement des feuilles, une croissance ralentie ou des maladies. Puisque les systèmes hydroponiques reposent sur des environnements contrôlés, toute perturbation peut toucher un grand nombre de plantes en peu de temps.

La vision par ordinateur offre aux agriculteurs un meilleur moyen de surveiller leurs cultures. Des caméras peuvent être installées au-dessus des zones de culture, comme les plateaux, les étagères ou les supports verticaux, ou montées sur des rails qui se déplacent le long des rangées. Elles peuvent prendre des images en continu, créant ainsi une chronologie visuelle de la croissance de chaque plante.

Ces images peuvent également être analysées par des modèles d’IA visuelle comme YOLO11, qui peuvent détecter les plantes individuellement, segmenter les feuilles par rapport à l’arrière-plan, classer les stades de croissance et suivre les changements visibles au fil du temps. Il devient ainsi plus facile de repérer un problème touchant une plante ou un groupe de plantes.

Par exemple, si plusieurs plantes commencent à développer des taches pâles, la vision par ordinateur peut reconnaître le motif et mettre en évidence la zone touchée. En transformant les images en informations exploitables, l’IA visuelle aide les agriculteurs à réagir rapidement aux problèmes potentiels, à réduire le travail manuel et à préserver la santé et la productivité des cultures.

Applications de la vision par ordinateur dans la culture hydroponique#

Maintenant que nous avons vu comment la vision par ordinateur améliore les systèmes hydroponiques, découvrons quelques applications concrètes où cette technologie fait déjà la différence.

Technologie hydroponique intelligente et robotique#

Les fermes hydroponiques cultivent souvent des plantes dans des plateaux très rapprochés qu’il faut déplacer à différents stades de croissance. Déplacer les plateaux peut améliorer l’éclairage, simplifier l’entretien des plantes ou préparer les récoltes. Dans les grandes fermes, cette tâche manuelle demande beaucoup de temps et d’efforts.

Les robots autonomes intégrant la vision par ordinateur peuvent simplifier ce processus. Lorsque ces robots circulent dans la serre, la vision par ordinateur peut aider à détecter l’état de chaque plante.

Grover est un exemple intéressant : ce robot de serre est conçu pour transporter de grands modules de culture, dont certains pèsent jusqu’à 1 000 livres. Il utilise des capteurs pour se déplacer en toute sécurité et s’appuie sur la Vision AI pour surveiller la santé des cultures. En prenant en charge à la fois le déplacement et l’évaluation des plantes, des robots comme Grover contribuent au bon déroulement des opérations quotidiennes et réduisent le besoin de main-d’œuvre dans les systèmes agricoles contrôlés.

Fig 2. Un robot autonome dans une ferme hydroponique déplaçant des plateaux de plantes.

Agriculture de précision par vision par ordinateur dans les microfermes#

Les fermes hydroponiques n’ont pas toujours besoin de grands espaces. De petites unités peuvent être installées dans des lieux comme des bureaux, des écoles ou des hôpitaux pour cultiver des légumes frais en intérieur. Ces installations servent souvent à l’éducation, aux programmes de bien-être ou à la production alimentaire locale. Cependant, leur gestion au quotidien peut être difficile. Le personnel peut être occupé ou manquer d’expérience dans l’entretien des plantes, ce qui complique leur maintenance régulière.

Pour simplifier les choses, des capteurs, des caméras et la vision par ordinateur peuvent servir à surveiller la santé des plantes tout au long de la journée. Prenons Babylon Micro-Farms, par exemple. Leurs unités de culture sont conçues pour les espaces intérieurs où les personnes n’ont pas nécessairement d’expérience en agriculture. Chaque unité utilise des caméras intégrées pour surveiller la croissance des plantes et envoie via une application des mises à jour utiles et des conseils d’entretien, ce qui facilite la maintenance.

Fig 3. Une unité hydroponique intelligente permettant une surveillance à distance.

Surveillance automatisée des plantes par Vision AI#

Cultiver des plantes en plusieurs lots signifie qu’elles arrivent à maturité à des moments différents. Pour gérer cette situation, les agriculteurs doivent savoir quelles plantes sont prêtes et lesquelles continuent de se développer. La vision par ordinateur peut les aider en interprétant des images, en détectant l’emplacement des plantes et en classifiant leurs stades de croissance, une forme de phénotypage végétal.

Cette approche permet une surveillance non invasive : les agriculteurs peuvent suivre la santé et le développement des plantes sans manipuler ni perturber les cultures. En analysant régulièrement des images, le système peut suivre leur évolution au fil du temps et repérer les signes indiquant qu’une plante approche de la maturité.

Voici plus en détail comment cela fonctionne :

• Détecter les plantes individuellement : d’abord, la détection d’objets peut servir à localiser et identifier chaque plante dans la zone de culture, même lorsque les plateaux sont encombrés ou se chevauchent.
• Classifier les caractéristiques des plantes : ensuite, la classification d’images peut servir à analyser des caractéristiques visuelles comme la couleur, la taille et la forme afin de déterminer le stade de croissance de la plante ou de détecter des signes de stress ou de maladie.
• Produire des informations utiles à la prise de décision : ensemble, ces tâches permettent de suivre l’évolution des plantes au fil du temps et de fournir aux agriculteurs des informations claires et opportunes, comme les plantes prêtes à être récoltées et celles qui ont besoin de plus de temps.

Fig 4. Utilisation de la détection d’objets pour détecter de la laitue.

Avantages et inconvénients de la vision par ordinateur dans l’agriculture hydroponique#

Voici quelques avantages clés de la vision par ordinateur dans l’agriculture hydroponique :

• Facilité d’extension des activités : une fois installés, les systèmes de vision par ordinateur peuvent être déployés dans davantage d’unités de culture ou de sites, sans recruter de personnel supplémentaire. Il devient ainsi plus facile d’agrandir la ferme tout en conservant le contrôle et la régularité.
• Accès et contrôle à distance : de nombreux systèmes permettent aux agriculteurs de consulter l’état des cultures et de recevoir des alertes où qu’ils se trouvent, ce qui facilite la gestion des fermes sans être sur place.
• Régularité accrue : la surveillance automatisée réduit les erreurs humaines et permet ainsi d’assurer des soins plus uniformes aux plantes et une meilleure qualité globale.

Malgré les nombreux avantages de la Vision AI dans l’agriculture hydroponique, certaines limites sont aussi à prendre en compte. Voici quelques facteurs à considérer :

• Sensibilité aux conditions environnementales : les systèmes de vision par ordinateur peuvent être affectés par un mauvais éclairage, des reflets, des objectifs de caméra sales ou embués et des plantes qui se chevauchent. Ces problèmes fréquents en intérieur peuvent réduire la précision.
• Problèmes de compatibilité : certaines fermes peuvent avoir besoin de mettre à niveau leur infrastructure pour prendre en charge les systèmes Vision AI. Les installations plus anciennes peuvent ne pas disposer de l’alimentation électrique, de l’espace physique ou de la connectivité réseau nécessaires à l’installation et au fonctionnement des caméras et des capteurs.
• Nécessité de réentraîner les modèles : les modèles d’IA peuvent devoir être réentraînés ou ajustés lorsqu’ils sont utilisés avec de nouveaux types de plantes, des configurations d’éclairage différentes ou d’autres systèmes de culture, ce qui ajoute de la complexité.

Points clés à retenir#

Les tâches de vision par ordinateur comme la détection d’objets et la segmentation d’instances permettent de suivre plus rapidement et plus précisément la santé des plantes, leurs stades de croissance et les performances globales des cultures. De la détection précoce des signes de stress à la planification des récoltes, les systèmes basés sur la vision réduisent le travail manuel et rendent les tâches quotidiennes plus régulières.

À mesure que la technologie de vision artificielle progresse, elle devient plus facile à utiliser, s’adapte mieux aux différents types de cultures et peut être déployée à grande échelle dans des exploitations de toutes tailles. Grâce à son accessibilité et à sa précision croissantes, la vision par ordinateur devrait devenir un outil essentiel pour une agriculture efficace et fondée sur les données.

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