Le jumeau numérique du vignoble pour accompagner les décisions des viticulteurs

Introduction

iVine est un projet d’une durée de deux ans (2023-2024), financé par le PDR Région Toscane 2014-2020 – sous-mesure 16.2, qui a pour objectif le test, la validation et la mise à l’épreuve d’une application DSS pour appareils mobiles destinée à la rationalisation de la gestion du vignoble et à l’optimisation et la réduction de l’utilisation de produits phytosanitaires, afin de réduire l’impact environnemental, de préserver la santé des travailleurs et des populations rurales, et de réduire les coûts de gestion pour les exploitations agricoles.

Le projet est piloté par Agrobit, avec la participation de l’Université de Florence (DAGRI), de l’Institut de BioÉconomie du Conseil National des Recherches (CNR-IBE), de la CIA (Confédération des agriculteurs italiens de Toscane), de Mulini di Segalari (exploitation viticole de Bolgheri), de Felsina (exploitation viticole du Chianti Classico) et de la ferme de démonstration régionale Tenuta di Cesa.

Objectifs du projet

Les objectifs du projet peuvent être résumés comme suit : 1. Valider une application DSS pour appareils mobiles capable d’accompagner l’agronome/l’exploitant agricole dans l’évaluation rapide et objective du développement de la partie aérienne des cultures arboricoles, en particulier de la vigne, afin d’optimiser les interventions de gestion de la canopée et la distribution des intrants agronomiques, tels que les produits phytosanitaires mais aussi les engrais foliaires et l’eau 2. Suivre l’efficacité des traitements, les consommations de produits phytosanitaires et d’eau mises en évidence par l’utilisation de l’application, ainsi que les coûts nécessaires aux différentes étapes pour atteindre les objectifs fixés ; 3. Évaluer l’efficacité du rapport coûts/bénéfices et de l’impact environnemental et économique produits par l’utilisation de l’application et par la distribution optimisée des produits phytosanitaires, par rapport à une gestion traditionnelle, dans des exploitations viticoles de tailles différentes et dans différentes zones viticoles régionales.

Comment fonctionne l’application iAgro

L’application iAgro, installée sur un smartphone, permet à l’opérateur d’effectuer un scan 3D de la plante étudiée de manière automatique, rapide et simple. Au cours de ce processus, l’application utilise l’appareil photo du smartphone et des algorithmes de réalité augmentée (RA) pour acquérir toutes les informations nécessaires, en exploitant également les capteurs intégrés de mouvement et de position du smartphone. Ces capteurs permettent à l’application d’enregistrer les changements de position et d’orientation de l’appareil pendant le scan. En outre, l’application géoréférence toutes les informations acquises, c’est-à-dire qu’elle associe les données relevées à la position de chaque plante. Une fois l’acquisition terminée, grâce à des algorithmes d’intelligence artificielle (IA) et de vision par ordinateur (CV), l’application restitue automatiquement les paramètres biométriques de la canopée (épaisseur, hauteur, volume, LAI) et les paramètres généralisés du vignoble (LWA, TRV) (Fig. 1). Ces informations sont ensuite utilisées automatiquement pour générer des cartes de préconisation permettant d’optimiser les traitements phytosanitaires, en réduisant l’impact environnemental, en préservant la santé des personnes et en améliorant la durabilité économique des exploitations viticoles.

Fig.1 : Captures d’écran de l’application iAgro, testée et validée dans le cadre du projet iVine.

Les relevés sur le terrain

Une fois les vignobles d’essai identifiés, le vignoble a été divisé en 2 zones égales pour effectuer le suivi (Fig.2). Sur une parcelle, les traitements phytosanitaires traditionnels à dose fixe de l’exploitation ont été appliqués ; sur l’autre, des traitements à dose variable ont été appliqués, comme le suggérait l’application iAgro.

Fig.2 : Vignobles test avec leur superficie et leur localisation.

Au cours de la mise en œuvre du projet, différentes technologies et méthodologies ont été adoptées pour mener les analyses de validation de l’application. Plus précisément, les relevés ont été effectués à trois stades phénologiques différents.

Agrobit a suivi dix plantes échantillons pour chaque zone d’étude à l’aide de l’application iAgro. Grâce à l’application, il a été possible de générer des cartes de vigueur du vignoble, en calculant des indicateurs de végétation tels que le LAI (Leaf Area Index), ainsi que des paramètres biométriques de la canopée, dont la hauteur, l’épaisseur et le volume (Fig. 3).

Fig.3 : Relevé effectué avec l’application iAgro sur un rang de vigne Sangiovese.

Pour évaluer l’efficacité de l’application et la valider, les résultats obtenus ont été mis en corrélation avec les données issues du CNR-IBE et de l’Université de Florence (DAGRI) : – Le CNR-IBE a utilisé un drone équipé d’un capteur multispectral et RGB/LiDAR pour générer des cartes de vigueur à partir d’indicateurs de végétation (NDVI) et estimer les paramètres biométriques du développement foliaire, tels que la hauteur, l’épaisseur et le volume des canopées à partir des nuages de points 3D générés ; – L’Université de Florence (DAGRI) a utilisé un capteur multispectral proximal (OptRx) monté sur quad, pour l’évaluation de la vigueur à travers des indicateurs de végétation (NDVI, NDRE), et un capteur LiDAR pour évaluer les paramètres biométriques du développement foliaire, dont la hauteur, l’épaisseur et le volume des canopées. Un récepteur D-GNSS a été utilisé pour la géolocalisation précise des données relevées.

Pour chacune des méthodes utilisées (smartphone, drone, quad), des cartes de vigueur et des cartes biométriques ont été créées en trois classes reflétant les caractéristiques des plantes de la zone test. Les résultats ont mis en évidence de bonnes corrélations entre les paramètres de vigueur et biométriques obtenus par les trois méthodes utilisées, ce qui témoigne de la fiabilité de l’application dans l’estimation de ces paramètres.

Enfin, à partir des données issues des smartphones, des cartes de préconisation destinées à optimiser les traitements phytosanitaires ont été développées, avec un zonage en deux/trois classes permettant d’effectuer des traitements à dose variable (VRT) (Fig. 4).

Fig.4 : Carte de préconisation générée par l’application iAgro aux trois stades phénologiques dans les deux zones, avec les valeurs respectives d’application à dose variable (en nuances de bleu) et d’application à dose fixe (en orange) dans la parcelle témoin.

Efficacité des traitements à dose variable (VRT)

L’application iAgro permet d’obtenir des cartes de préconisation pour les traitements phytosanitaires pouvant être chargées directement sur des machines VRT. Au cours du projet, afin de vérifier l’efficacité du rapport coûts/bénéfices et l’impact environnemental et économique produits par l’utilisation de l’application, des essais ont été menés pour évaluer les différences entre les traitements traditionnels de l’exploitation (à volume fixe) et ceux préconisés par l’application iAgro (à dose variable). Les essais ont été réalisés à l’aide de papiers hydrosensibles et d’un produit traceur, en suivant la procédure normalisée au niveau international (ISO 22522).

En particulier, les essais ont porté sur : 1. L’évaluation quantitative du liquide distribué aux différents stades phénologiques et de développement ; 2. L’évaluation quantitative du dépôt au moyen d’un traceur pendant la pulvérisation, suivie du prélèvement des feuilles et de la vérification de la surface/du dépôt.

Conclusions

La première année d’expérimentation du projet iVine a mis en évidence des résultats prometteurs, représentant une étape significative vers l’optimisation de la gestion du vignoble, en particulier dans la réduction de l’utilisation de produits phytosanitaires et de l’impact environnemental.

L’avantage d’utiliser l’application réside dans le suivi dans le temps, à faible coût, des paramètres biométriques des plantes, avec des cartes détaillées permettant de prendre des décisions éclairées sur le vignoble, fondées sur des données numériques, objectives et historisées dans le temps.

À la lumière des succès obtenus la première année, la prochaine année d’expérimentation se concentrera sur l’application des mêmes protocoles, dans l’attente des résultats finaux. La collaboration continue entre tous les partenaires du projet garantira une approche intégrée et pluridisciplinaire, contribuant ainsi à promouvoir la durabilité environnementale et économique du secteur viticole.

Consultez le site du projet : https://ivine.ciatoscana.eu/

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