La 5G au prisme de 8 usages en agriculture

AgroTIC, la chaire d’entreprises portée par les écoles supérieures Montpellier SupAgro et Bordeaux Sciences Agro, a analysé les incidences de déploiement de la 5G pour toute une série d’usages agricoles. Du haut débit mais aussi du haut vol.

Si la 5G va améliorer le haut débit mobile (mails, conversation en visioconférence, usages de réseaux sociaux, vidéos à 360°, réalité virtuelle pour la formation, la télé-maintenance ou la télé-consultation vétérinaire...), elle a surtout vocation à servir de nouveaux usages dans de nombreux secteurs (santé, sécurité publique, énergie, automobile... et agriculture). Selon les cas, ces nouveaux usages vont solliciter deux propriétés essentielles en matière de connectivité que sont la puissance de calcul et le délai de latence, entre autres paramètres (consommation énergétique, nombre d’objets à connecter, l’accessibilité intérieur / extérieur).

Les besoins les plus paroxystiques sont incarnés par les véhicules autonomes, qui cumulent des quantités importantes de données échangées, une latence minimale (autrement dit une réactivité très forte), le tout sur fond de fiabilité totale. Pour satisfaire ces exigences, la 5G mobilise des technologies connexes que sont le Cloud Computing (data centers aux délais de traitement non critiques), le Edge Cloud (data centers de proximité réduisant la latence) et le Edge Computing, caractérisé par une puissance de calcul plus réduite mais immédiate et embarquée au plus près des objets connectés. Pour certaines applications, ces technologies seront susceptibles de prévaloir sur la 5G.

Les opérateurs téléphoniques ont lancé leurs premières offres de 5G. Son déploiement, tant au plan géographique que technologique, va s’opérer par paliers et l’ensemble des fonctionnalités permises par la 5G ne devrait être opérationnel qu’en 2023. En outre, la 5G ne signera pas forcément la fin des zones blanches car son déploiement reste sous la gouverne d’arbitrages jaugeant le montant des investissements et le taux d’utilisateurs potentiels.

Le frein sociétal est aussi à prendre en compte, eu égard aux questionnements sur la santé et l’environnement. Le tout n’empêche pas de se projeter et d’explorer les potentialités de la technologie 5G appliquée à l’agriculture. C’est ce à quoi s’est livrée la chaire AgroTIC de Montpellier SupAgro et Bordeaux Sciences Agro, en s’appuyant sur quelques usages concrets.

1-Stations météorologiques

Pour ce type d’usage, caractérisé par un nombre de messages limité dans la journée et auquel peuvent être rattachés les sondes tensiométriques ou capacitives et les colliers connectés pour animaux, la 5G ne devrait pas changer la donne. Ces objets sont connectés au moyen de réseaux non cellulaires de type LoRaWan ou Sigfox, conçus pour répondre aux problématiques de basse consommation et d’économie de bande passante.

La combinaison de tensiomètres connectés, de capteurs météo et de modèles permet d’optimiser l’irrigation du maïs et des pommes de terre (Crédit photo : Weenat)

2-Piège connecté avec capteur optique

Un piège à insectes est constitué d’un dispositif de piégeage (nasse, entonnoir, plaques engluées...) et d’un boîtier intégrant une caméra et un logiciel d’analyse d’image pour dénombrer les ravageurs collés sur une plaque. Entre 1 à 3 envois par jour peuvent suffire. Sont assimilables au piège connecté une station météo avec capteur optique, un capteur fixe de phénologie ou de biomasse, un dispositif de suivi d’irrigation avec caméra.... Le besoin est aujourd’hui servi par la 3G, voué à disparaître dans les années à venir. Mais la 4G fait le travail tandis que les coûts induits par la 5G, pour les fabricants et les usagers, sont déconnectés de ce type d’usage.

3-Boitier multi-capteurs de monitoring de troupeau en intérieur

Un tel boitier s’assure du bien-être des animaux et des bonnes conditions de production par un suivi en continu des paramètres d’ambiance (niveaux de CO2 et de NH3, température et humidité), et des comportements des animaux (localisation, agitation, posture, bruit) via la prise d’images (photo, vidéo). La transmission des données requiert un réseau haut-débit, qui peut emprunter le wifi de l’exploitation (moyennant une bonne qualité du signal) sinon un module 4G intégré avec carte Sim multi-opérateurs. La technologie actuelle n’offre pas de rendu en temps réel des images collectées. S’agissant de la 5G, son comportement « indoor » est pour le moment peu décrit.

Avec la robotisation, le monotoring des troupeaux est l’autre développement attendu de la connectivité dans le secteur de l’élevage (Crédit photo : R. Lecocq)

4-Capteur de rendement en vigne

La technologie est destinée à appréhender la quantité et la qualité de récolte au moyen de capteurs embarqués au gré des interventions (tracteur, enjambeur quad). Cet usage est caractérisé par une capture de données massives (50 Go pour 10 ha par jour) mais la nécessité d’avoir à les traiter en temps réel n’est pas impérative. Cependant, si l’on souhaite transférer les données en temps réel pour un traitement en différé ou en temps réel sur le Cloud Computing, la 5G est nécessaire pour assurer le débit et la fiabilité requis. Mais si le traitement s’opère en temps réel et en embarqué via le Edge Computing, la 5G n’apporte pas de bénéfice.

5-Désherbage chimique par solution robotisée

L’exemple est fourni par le robot Robotti de Agrointelli dans un contexte de désherbage (chimique) des repousses de pommes de terre en betterave. Le recours à la 5G et à l’Edge Cloud (data center de proximité) autorise la prise de 16 images/s couvrant les 3 m de largeur de travail à 3,5 km/h. Sans la 5G, il est déjà possible de traiter ce type de problème en embarquant les algorithmes d’intelligence artificielle sur la machine. Mais la 5G combinée à l’Edge Cloud procure plusieurs avantages : mise à l’abri du centre de calcul, diminution de la complexité de conception et de l’équipement (donc du coût du robot), diminution de la consommation électrique du robot, diminution du poids du robot et donc de l’impact sur le sol, capacité à garder les images pour améliorer l’apprentissage.

Les véhicules autonomes, dont les robots agricoles, poussent les besoins de connectivité dans leurs derniers retranchements, en termes de poids des données, de réactivité et de fiabilité (Crédit photo : Agrointelli)

6-Correction RTK

Les systèmes d’autoguidage et de coupures de tronçon requièrent une précision centimétrique acquise au moyen d’une correction RTK. Elle est le plus souvent fournie par une balise RTK fixe ou mobile par liaison radio. Les balises fixes étant particulièrement onéreuses et la transmission par radio étant sujette aux perturbations liées aux obstacles, il existe une alternative, avec la transmission du signal par un serveur relié à des stations de référence situées à proximité via le réseau de téléphonie mobile. Les réseaux GPRS (2,5G ou 2G+) ou Edge couvrent bien le besoin mais la précision du signal est, de fait, dépendante du réseau de téléphonie mobile, donc impactée par les zones blanches.

D’autre part, la qualité de réception dépend de la distance par rapport aux relais et de l’encombrement du réseau (les données GPRS étant moins prioritaires que la voix). La 5G peut avoir une plus-value de confort d’utilisation et pourrait apporter la fiabilité qui fait aujourd’hui défaut. Elle pourrait permettre une meilleure qualité de signal grâce aux techniques de transmission optimisées. La prise en charge de ce service par de grands opérateurs télécom pourrait induire des économies d’échelle sur les infrastructures et offrir un prix abordable à tout un chacun.

7-Gestion de flotte et télémétrie

Ces deux services permettent respectivement de géolocaliser les matériels (d’optimiser la logistique) et de monitorer à distance et en temps réel leur état de fonctionnement. Actuellement, ces besoins sont couverts par des boitiers de tracking de type Karnott, reposant sur les réseaux bas débit sinon par la 3G ou la 4G s’agissant de la télémétrie.

En télémétrie, la 5G permettrait de valoriser les données en temps réel ou encore d’envoyer en direct un flux vidéo pour permettre le suivi à distance des opérations réalisées. Elle permettrait par ailleurs d’envoyer de façon descendante (du cloud vers la machine) des volumes de données importants (données de mission, mise à jour des terminaux, récupération des données de plateformes web (modulation), autant de besoins actuellement bridés par la faible disponibilité et fiabilité des réseaux mobile

8-Pilotage à distance de la robotisation

Cet usage concerne des machines autonomes individuelles ou conduites en essaim. Ces usages poussent les besoins de connectivité dans leurs derniers retranchements, en termes de poids des données, de réactivité et de fiabilité. En collaboration avec l’entreprise finlandaise de télécommunications Elisa, Valtra (groupe Agco) annonce avoir expérimenté avec succès le pilotage à distance d’un tracteur connecté au réseau 5G, au moyen d’une télécommande à connexion 5G intégrée.

Le tracteur était équipé d’une caméra 360 degrés, la vision en 4K étant retranscrite en temps réel sur les lunettes de réalité virtuelle de l’opérateur distant, dont les seuls mouvements de tête guidaient le champ de vision de la caméra, sans temps de latence du fait de la puissance du réseau. Un tel usage s’inscrit dans un avenir de 3 à 10 ans, moyennant la satisfaction des obligations en matière de réglementation et de sécurisation.

Pilotage à distance d’un tracteur Valtra grâce au recours à la 5G (Crédit photo : Valtra)