IoT dans l’agriculture : guide de connectivité et de matériel

L’IoT dans l’agriculture consiste à placer des capteurs dans les champs, les bâtiments d’élevage et sur le bétail afin de mesurer des éléments comme l’humidité du sol, la pluviométrie et la santé animale. Chaque appareil envoie ensuite ses relevés sur un réseau sans fil vers un logiciel qui aide les agriculteurs à décider quoi faire. Si vous vous trompez de matériel ou de réseau, vous risquez de remplacer des centaines d’appareils après la première saison.

Si le terme vous est inconnu, IoT signifie Internet of Things, l’internet des objets. Cela désigne simplement des objets du quotidien équipés d’un petit ordinateur et d’une radio pour pouvoir transmettre ce qu’ils mesurent. Ce guide traite du trajet des données agricoles, du matériel à acheter et de ce qui casse quand un projet grandit.

La plupart des projets IoT agricoles qui échouent le font au stade des capteurs et du réseau, avant même que quiconque ait analysé un seul relevé. Les trous dans les données coûtent cher aussi, puisque chaque relevé doit arriver propre, complet et prêt à l’emploi. Les services d’ingénierie des données règlent ce point en construisant les systèmes qui collectent, vérifient et stockent les relevés de chaque appareil.

Quelles options de connectivité pour des terres agricoles isolées ?

Faire remonter des données depuis des terres rurales est plus difficile qu’il n’y paraît, car les parcelles s’étendent sur des kilomètres, avec une couverture cellulaire irrégulière et aucune prise électrique. C’est pourquoi une installation IoT d’agriculture connectée repose en général sur un réseau étendu à basse consommation (LPWAN). Un LPWAN envoie de petits messages, comme un relevé d’humidité du sol, sur de longues distances avec très peu de batterie. En pratique, vous choisirez entre trois types de réseau :

• LoRaWAN : vos capteurs envoient leurs relevés à une passerelle, un boîtier sur un mât ou un toit de grange qui les transmet à internet. Ces boîtiers, vous les achetez et les installez vous-même. La LoRa Alliance, qui maintient la norme, situe la portée jusqu’à environ 15 km en zone rurale et l’autonomie à plus de 10 ans. Le relief et les arbres réduisent cette portée. Vous gardez le contrôle total et ne payez aucun abonnement à un opérateur cellulaire, mais vous assumez aussi l’entretien de chaque passerelle.
• NB-IoT et LTE-M : ce sont des versions allégées de la technologie de votre téléphone, chaque appareil embarque donc une carte SIM et utilise des antennes déjà exploitées par un opérateur cellulaire. La GSMA, l’association professionnelle du sans-fil, indique que NB-IoT permet une autonomie de plus de 10 ans. Elle situe aussi les modems LTE-M entre 20% et 25% du coût des anciens modules 2G. Il n’y a rien à installer, mais vous payez un forfait par appareil, et le service ne sert que là où vos parcelles sont couvertes.
• Satellite : les appareils envoient de petits messages à un satellite qui passe au-dessus, lequel les relaie vers une station au sol. L’organisme de normalisation 3GPP a intégré les connexions de capteurs par satellite aux spécifications de sa Release 17. Il atteint des endroits inaccessibles autrement, mais peut coûter plus cher par message et exige une vue dégagée sur le ciel. Certains services transmettent les données par lots plutôt qu’instantanément.

Comment LoRaWAN, NB-IoT et le satellite se comparent-ils sur une exploitation ?

Le tableau ci-dessous met les trois options côte à côte, et le bon choix dépend surtout du terrain à couvrir. Certains déploiements les combinent, avec LoRaWAN sur l’exploitation principale et le satellite pour des cuves à eau isolées.

De quels capteurs l'agriculture de précision IoT a-t-elle réellement besoin ?

L’agriculture de précision consiste à traiter chaque partie d’une parcelle, ou chaque animal, selon ses besoins plutôt que de tout traiter de la même façon. Dans l’agriculture de précision IoT, les capteurs fournissent les mesures qui rendent cela possible. Quatre types de matériel couvrent la plupart des projets :

• Les sondes de sol sont enfouies et mesurent l’humidité, la température et parfois la salinité à plusieurs profondeurs.
• Les stations météo enregistrent pluviométrie, vent, humidité et température en un point donné, ce qui compte car les conditions varient sur une grande exploitation.
• Les colliers pour bétail, ou les boucles auriculaires qui remplissent le même rôle, suivent la position d’un animal, son niveau de déplacement et parfois sa température corporelle.
• Les caméras surveillent les cultures, les portails ou les zones d’alimentation. Elles réclament bien plus d’énergie et de débit que les trois autres, elles reçoivent donc en général leur propre connexion cellulaire ou Wi-Fi.

Quand vous comparez des modèles de capteurs, vérifiez quatre points :

• Autonomie : combien de temps la batterie tient-elle à la fréquence d’envoi dont vous avez besoin ?
• Entretien : à quelle fréquence faut-il le réétalonner ? Les sondes de sol perdent lentement en précision, quelqu’un doit donc les comparer à une référence connue et les corriger de temps en temps.
• Compatibilité réseau : fonctionne-t-il avec le réseau choisi à la section précédente ?
• Accès aux données : pouvez-vous exporter les relevés bruts, ou restent-ils enfermés dans l’application du fournisseur ? Un accès ouvert vous permet de mélanger les marques et d’alimenter plus tard votre propre logiciel.

Une sonde bon marché qui impose une visite par mois revient vite plus cher qu’un modèle plus onéreux que vous pouvez laisser tranquille toute une saison.

Comment répartir le réseau sur vos parcelles ?

Une fois choisi le trajet de vos données, la question suivante est de savoir comment les appareils présents sur vos terres se connectent. Les ingénieurs appellent cette organisation la topologie du réseau, et les exploitations retiennent en général l’un de deux schémas.

Le plus simple des deux est la topologie en étoile, où chaque capteur parle directement à une passerelle, un peu comme des rayons convergeant vers le moyeu d’une roue. LoRaWAN est conçu ainsi, et la LoRa Alliance appelle sa variante « étoile d’étoiles », avec plusieurs de ces moyeux qui remontent vers un serveur central. Chaque appareil dispose d’un lien unique et direct, les problèmes sont donc faciles à localiser et à corriger. La faiblesse apparaît aux confins de vos terres, où tout ce qui dépasse la portée d’une passerelle ne peut tout simplement pas transmettre ses relevés.

À l’inverse, une topologie maillée corrige ce problème de périphérie en laissant les capteurs se transmettre les messages jusqu’à ce que l’un atteigne une passerelle. Cela la rend utile sur des parcelles longues, étroites ou de forme irrégulière, et dans les vallons où un signal direct ne passe pas. Ce relais a cependant un revers. Les capteurs qui transportent les messages de leurs voisins vident leur batterie plus vite et, si l’un d’eux tombe en panne, les appareils qui en dépendaient perdent leur route de sortie. C’est pourquoi la plupart des exploitations s’en tiennent à une topologie en étoile et ajoutent une passerelle ou deux, en réservant le maillage aux terrains vraiment difficiles.

Qu'est-ce qui casse quand un pilote IoT agricole grandit ?

Un pilote de 20 capteurs sur une seule parcelle peut masquer des problèmes qu’un déploiement de 500 fera surgir en quelques mois. Trois reviennent sans cesse :

• Usure de la batterie : l’autonomie annoncée suppose des conditions idéales, mais des envois fréquents, un signal faible et des nuits froides la raccourcissent toutes. Fixez la fréquence d’envoi selon ce qu’exigent vos décisions, car des relevés horaires d’humidité du sol suffisent souvent. Assurez-vous aussi que les appareils redémarrent et continuent d’enregistrer après une coupure de courant.
• Relevés manquants ou tardifs : aucun réseau sans fil ne délivre tous les messages, et un appareil qui perd sa connexion envoie souvent ses relevés stockés en retard ou dans le désordre. Faites horodater chaque relevé par le capteur au moment de la mesure, conservez-les jusqu’au retour du lien, et laissez le logiciel supprimer les doublons et rétablir l’ordre. Les relevés arrivent aussi par rafales quand des centaines d’appareils se reconnectent après un orage, ce qu’une architecture serverless absorbe bien en ajoutant de la puissance de calcul uniquement le temps nécessaire.
• Mises à jour à distance : chaque capteur exécute un firmware, le logiciel intégré qui pilote sa façon de mesurer et d’émettre, et le changer sur 500 appareils suppose de diffuser les mises à jour par voie hertzienne. Mettez d’abord à jour un petit groupe, vérifiez que ces appareils remontent normalement, et conservez sur chacun la version précédente pour qu’il puisse y revenir si la nouvelle échoue.

Les trois correctifs vivent dans le logiciel. Nous avons par exemple mené ce type de travail pour SystemDataRecorder, un outil de supervision de serveurs pour un éditeur finlandais. Notre équipe a écrit des programmes en C légers qui occupaient environ 2 Mo de mémoire chacun et redémarraient d’eux-mêmes après une coupure. Kooky, un système de gobelets réutilisables à Zurich et Bâle, suit chaque borne de retour grâce au logiciel que nous avons construit, exactement le type de tableau de bord dont une flotte de sondes de sol a besoin.

Où l'IoT agricole passe-t-il le relais à l'IA ?

Les capteurs et les réseaux produisent des relevés bruts. Les alertes simples, comme un avertissement de sol sec, ne demandent que des règles élémentaires. Les décisions plus complexes, comme le moment d’irriguer, l’animal à examiner ou le rendement à prévoir, relèvent de modèles d’IA bâtis par-dessus. Notre guide complémentaire, l’IA dans l’agriculture, détaille ce qu’ils apportent en pratique et l’argumentaire économique qui les sous-tend.

Entre les capteurs et les modèles d’IA se trouve un pipeline de données, le logiciel qui collecte, nettoie et stocke les relevés, puis remet chacun au tableau de bord, à l’alerte ou au modèle d’IA qui en a besoin. C’est la partie la moins visible du système et celle qui détermine si un modèle reçoit des données fiables. C’est ce qui la rend si importante : si le pipeline accepte des relevés en double ou mal horodatés, le modèle apprend d’une version de l’exploitation qui n’a jamais existé.

Les données doivent aussi circuler dans l’autre sens. Une fois qu’un logiciel a décidé, il doit souvent demander à un appareil d’agir, par exemple ouvrir une vanne ou un portail. Pour My Bike Valet, nous avons construit l’application cloud qui dialogue avec le contrôleur de chaque tour à vélos, vérifie les informations de l’utilisateur et déverrouille le portail à la demande. Une vanne d’irrigation sur une parcelle isolée suit le même schéma, le cloud confirmant l’autorisation avant d’envoyer la commande au matériel. Une fois vos données acheminées de façon fiable et le moment venu de bâtir des modèles d’IA par-dessus, nos services de développement en intelligence artificielle couvrent cette étape suivante.

Comment réussir un projet IoT agricole dès le départ ?

La réussite de l’IoT dans l’agriculture se joue en phase de planification, bien avant que quiconque entraîne un modèle. Trois choix façonnent le résultat : le réseau que vous retenez, les capteurs que vous achetez, et la manière dont vous allez les alimenter, les mettre à jour et les surveiller. Ensemble, ils déterminent si le projet tient encore quand il passe d’une parcelle à toute l’exploitation.

L’IoT n’est pourtant pas toujours la bonne réponse. Sur une petite parcelle ou un seul bâtiment, un contrôle manuel chaque matin peut encore coûter moins cher qu’un réseau de capteurs. Dans le doute, faites un essai sur une parcelle pendant une saison avant de passer une grosse commande, pour que les chiffres viennent de vos propres terres.

Beaucoup d’entreprises agroalimentaires et de sociétés AgTech disposent d’équipes terrain et agronomie solides, mais de personne en interne pour construire la partie cloud : le pipeline, le tableau de bord des appareils et le système de mise à jour. C’est ce travail que nous prenons en charge. Nos ingénieurs connaissent déjà les technologies en jeu, du langage C qui tourne sur du matériel réduit et basse consommation jusqu’aux plateformes cloud. Nous sommes également à l’aise pour démarrer avant que chaque exigence soit figée. Cela convient à l’agriculture, où chaque saison vous apprend quelque chose.

Vous préparez un déploiement de capteurs ? Nous avons déjà livré des logiciels pour objets connectés et des pipelines de données, alors parlons de votre projet AgTech.

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