Un pivot intelligent et autonome pour la fertigation et le traitement des maladies en utilisant le deep learning.
Brevet 03 : Un pivot intelligent et autonome pour la fertigation et le traitement des maladies en utilisant le deep learning (apprentissage profond).
Contexte et problématique
Dans les vastes parcelles agricoles, l'irrigation par pivot central est une technique largement répandue permettant de couvrir de grandes surfaces. Cependant, l'irrigation traditionnelle est souvent uniforme, ce qui signifie que l'eau et les engrais (fertigation) sont appliqués à la même dose sur toute la parcelle, sans tenir compte de l'hétérogénéité du sol, des besoins hydriques locaux, ou de la topographie. Cela entraîne un gaspillage considérable de ressources en eau et en nutriments.
Par ailleurs, les pathologies végétales et les ravageurs se propagent par foyers locaux. Pulvériser uniformément des produits phytosanitaires sur l'ensemble de la parcelle sous le pivot est à la fois inefficace, coûteux et nocif pour l'environnement. Inspecter manuellement des parcelles de plusieurs dizaines d'hectares pour détecter ces foyers de maladies est une tâche titanesque et souvent infructueuse à un stade précoce.
Objectif de l'invention
L'objectif de cette invention est de concevoir un pivot d'irrigation intelligent et totalement autonome capable d'adapter son mouvement, son débit d'eau et de nutriments (fertigation dynamique) en fonction de l'état réel du sol et de la culture. Grâce à des caméras embarquées à haute résolution et un système de traitement d'images par deep learning en temps réel (edge ai), le pivot scanne le couvert végétal pendant sa rotation, détecte localement les anomalies phytosanitaires (maladies, ravageurs), et commande instantanément des buses de micro-pulvérisation spatiales pour appliquer les traitements strictement là où l'infection est présente.
Informations administratives card
Informations administratives
Ce brevet a été déposé et validé auprès des autorités compétentes avec les spécifications suivantes :
Date de dépôt : 07 Février 2022 (n° dépôt : 220083).
Numéro du brevet : 12054.
Déposants et titulaires : Un effort collaboratif de recherche et développement entre le crstra (biskra) et l'université 20 août 1955 de skikda.
Ce brevet innovant représente une convergence technologique sans précédent en associant la robotique d'irrigation (pivot d'irrigation central) à l'intelligence artificielle avancée (deep learning) pour transformer les infrastructures agricoles existantes en systèmes intelligents et autonomes d'irrigation de précision et de lutte phytosanitaire.
Contrairement aux systèmes d'arrosage uniformes et aveugles, cette architecture intègre un cycle d'analyse et d'action dynamique continu structuré autour de composants de haute technologie :
Scannage optique embarqué : Des rampes de capteurs multi-spectraux et de caméras haute résolution installées sur toute la longueur de la structure mobile inspectent méthodiquement le couvert végétal.
Inférence neuronnale en temps réel (cnn) : Les données visuelles sont analysées par des réseaux de neurones convolutionnels exécutés en temps réel sur des cartes d'accélération edge ai locales sans temps de latence.
Actionnement chirurgical spatiale : Une rampe d'électrovannes ultra-rapides et de micro-buses de pulvérisation ciblée applique de façon hyper-localisée le traitement requis uniquement sur les plantes malades identifiées.
Le processus de traitement par deep learning
Le pivot central intelligent exécute simultanément trois tâches hautement stratégiques : l'irrigation adaptative (selon l'humidité réelle du sol), la fertigation dynamique (distribution de doses ciblées de nutriments liquide), et le scannage et traitement en continu par deep learning des pathologies végétales. Le pipeline d'action se déploie en 5 phases :
Planification du mouvement autonome
Le pivot intelligent adapte dynamiquement sa vitesse de déplacement et sa direction en fonction d'un modèle prédictif croisant les mesures d'humidité du sol en temps réel, l'historique d'évapotranspiration et les prévisions météorologiques locales, évitant tout stress hydrique ou sur-irrigation.
Dosage dynamique d'engrais (fertigation)
Le système de fertigation pilote l'injection proportionnelle d'engrais et de nutriments liquides directement dans l'eau d'irrigation. Les doses d'azote, phosphore et potassium sont dosées individuellement par zone de 1m², optimisant le développement foliaire et racinaire de la culture.
Imagerie embarquée continue
Des caméras hd étanches certifiées ip67 avec éclairage optique actif compensé inspectent le couvert végétal en continu lors de la rotation du pivot, acquérant des détails foliaires précis quelle que soit la luminosité saharienne ambiante.
Diagnostic de pathologies par ia (inférence npu)
Un calculateur edge ai embarqué à haute efficacité doté d'un processeur de réseau neuronal (npu) classifie en temps réel les images. Il détecte instantanément les pathologies cryptogamiques, virales ou attaques de ravageurs, en localisant leurs coordonnées géographiques précises.
Micro-pulvérisation spatiale
Des électrovannes haute fréquence commandent des buses de micro-aspersion ultra-ciblées situées au plus près du couvert végétal. Elles appliquent le produit phytosanitaire requis uniquement sur les plantes malades identifiées, préservant la nappe phréatique et éliminant le surdosage d'intrants.
Connectivité & transmission
Le pivot intelligent intègre une architecture de connectivité hybride robuste adaptée aux environnements agricoles reculés. Un réseau de communication sans fil industriel (wi-fi ou protocole radio propriétaire) relie les différents capteurs et modules d'actionnement le long du pivot à l'unité informatique centrale embarquée sur la tour motrice. Cette unité stocke localement les données opérationnelles et transmet les alertes critiques, les volumes de fertigation distribués et l'état sanitaire global via un modem industriel 4g/5g ou une liaison par satellite vers la plateforme centrale cloud de siptech. Cela permet un suivi en direct de l'état de la parcelle, des volumes d'eau appliqués, et des zones traitées depuis le tableau de bord utilisateur.
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Schéma du système
Architecture technique du système
Visualisez comment les données circulent en temps réel, depuis les capteurs sur le pivot jusqu'aux interfaces de décision.
Diagram container
Box 1: acquisition optique
Pivot mobile & caméras embarquées (01)
Acquisition continue d'images haute résolution de la canopée et capture des paramètres agro-climatiques de la parcelle sous pivot.
Sensors grid inside node
11Humidité sol
12Salinité
13Température air
14Pluviométrie
15Vitesse vent
16Niveau réservoir
Flow connector down
Horizontal group: treatment and control
Box 2: treatment (edge ai)
Edge ai npu embarqué (02)
Traitement d'images temps réel par processeur neuronal embarqué, exécution des modèles cnn pour la classification immédiate des pathologies.
Connector right (or down on mobile)
Box 3: control (actuator)
Distributeur & buses (actionneur) (03)
Électrovanne de dosage et buses de micro-aspersion ultra-ciblées commandées instantanément par signaux ia.
Flow connector down
Box 4: server central cloud
Cloud & télémétrie centralisée (04)
Sauvegarde des logs de fertigation, rapports de détection de maladies, cartographie historique et synchronisation des alertes.
Split connector (desktop only)
Mobile-only vertical flow connectors
Bottom users row
Farmer farmer card
Agriculteur
Interface mobile (smartphone)
Mobile-only vertical flow connectors
Manager card
Gestionnaire
Interface web (ordinateur)
Faqs
Faqs
Grâce à une grille de capteurs d'humidité et de conductivité du sol, couplée à une carte topographique gps 3d de la parcelle, le contrôleur du pivot régule individuellement le débit d'eau et d'engrais pour chaque section mobile lors de sa rotation.
Il intègre un doseur d'engrais liquide proportionnel et automatisé. Le système régule en temps réel le flux d'éléments nutritifs injectés dans la conduite principale en fonction de l'étape de croissance de la plante et de la salinité du sol mesurée.
Oui. Les caméras hd embarquées sont équipées d'obturateurs ultra-rapides et de stabilisateurs physiques et logiciels. Les algorithmes de deep learning ont été entraînés pour traiter des images en mouvement et sous différents angles d'exposition.
Absolument. Le traitement d'images par ia et l'activation des buses de traitement ciblées s'effectuent localement via un calculateur edge npu embarqué directement sur le pivot. Aucune liaison internet n'est requise pour l'opération de détection-pulvérisation en temps réel.
Les tests sur site démontrent une réduction de la consommation d'eau allant jusqu'à 30%, une économie d'engrais de 25%, et surtout une baisse spectaculaire de plus de 85% de l'usage de produits phytosanitaires grâce à la pulvérisation micro-ciblée sur les foyers infectieux.
