EvalPulvé : un outil d'évaluation de la qualité de pulvérisation au champ

Étape N° 1 - Bien régler son pulvérisateur

En vergers et en vigne, la protection des cultures repose principalement sur l'application de produits phytosanitaires. Le type de matériel de pulvérisation utilisé et son réglage impactent fortement la qualité d'application du produit et, par conséquent, la protection de la culture. Cela influe également sur les risques environnementaux induits. Pour optimiser l'application des produits phytosanitaires, il est essentiel de renforcer les actions de sensibilisation aux réglages des matériels de pulvérisation et aux bonnes pratiques. Proposer des solutions adaptées aux professionnels pour les aider à évaluer et optimiser leur matériel est une première étape importante. Dans ce cadre, le développement d'un outil de diagnostic simple d'utilisation sur la base d'un smartphone et d'une méthodologie applicable par tous (agriculteurs, contrôleurs, techniciens, etc.) serait une aide précieuse pour améliorer le réglage des matériels. Un tel outil permettrait de maintenir une efficacité optimale, avec des stratégies de traitement économes en produits : doses réduites et/ou utilisation de produits ayant une efficacité réduite. En partenariat avec l'IFV et la chambre d'agriculture de Gironde, le projet Evalpulvé vise à développer cet outil de diagnostic et la méthodologie associée. Ce projet est mené sur vignes et sur vergers de pommiers.

Le concept d'Evalpulvé

Méthodologie générale

La méthodologie est décrite dans la figure 1. Elle consiste à pulvériser une solution d'eau additionnée d'un fluorophore à une concentration de 0,5 g/l (étape 1). Le fluorophore, appelé traceur, est choisi en raison de sa solubilité dans l'eau, de sa faible dangerosité vis-à-vis du manipulateur et de sa fluorescence en réaction aux UV ce qui permet de le visualiser facilement avec une lampe adaptée. Un échantillon de feuilles est analysé à l'aide d'un boîtier couplé à un smartphone (étape 2).

Selon le type de conduite, la haie fruitière est découpée en 6 ou 7 compartiments (Figure 2). Vingt feuilles sont prélevées par compartiment.

Chaque feuille est placée dans le boîtier d'acquisition (Figure 3) et chaque face de la feuille prise en photo (Figure 4). Les données sont ensuite analysées à l'aide d'un algorithme de traitement d'images (étape 3). Pour chaque compartiment, plusieurs indicateurs sont donnés tels que le taux de recouvrement, le nombre d'impacts ou la répartition des gouttelettes. Une préconisation de réglage est alors donnée selon les valeurs de ces indicateurs et leur homogénéité entre compartiments (étape 4).

Boîtier d'acquisition et traitement d'images

Pour proposer un système d'acquisition d'images rapide, simple et peu coûteux, un boîtier opaque équipé de lampes UV et d'un fond rouge est conçu. Placé sous un smartphone, il contrôle la luminosité et améliore le contraste pour faciliter le traitement des images.

La gestion de la luminosité est essentielle pour une bonne analyse d'image : plusieurs prototypes ont donc été conçus pour optimiser l'éclairage, l'opacité du boîtier et le support du fond. En cours de projet, un boîtier similaire, le DropSight (Metos France), est arrivé sur le marché français. Répondant aux critères, il est utilisé la dernière année du projet avec fluorophore associé.

Une fois les images des feuilles échantillonnées acquises, celles-ci sont traitées en utilisant un algorithme de détection de gouttelettes développé dans le cadre du projet (Figure 5). Cet algorithme détoure la feuille du fond puis extrait les éléments avec une intensité élevée dans le bleu, liés à la fluorescence de la solution pulvérisée. Différents indicateurs peuvent alors être calculés, tels que la surface recouverte par les gouttelettes, le taux de recouvrement, la taille moyenne des gouttelettes ou leur distribution. Ces indicateurs peuvent être calculés pour l'ensemble de la feuille ou par zone, selon les besoins. Afin de valider la fiabilité de la solution proposée et de la méthodologie associée, plusieurs tests de répétabilité sont réalisés : acquisition d'une même feuille dans des configurations différentes avec le même smartphone, acquisition d'une même feuille avec des smartphones différents et acquisition d'une même feuille à différents intervalles de temps après pulvérisation du fluorophore.

Même feuille, même smartphone mais des configurations différentes

Les deux faces de trois feuilles sont prises en photos dix fois chacune. Les dix images de chaque face sont acquises dans des configurations différentes : orientation de la feuille et emplacement dans le boîtier. Chaque image est traitée par l'algorithme de détection de gouttelettes afin de calculer le taux de recouvrement sur chaque face de feuille. Les moyennes des taux de recouvrement et des écarts-types associés sont calculées.

Même feuille, smartphones différents

Cinq smartphones, avec des résolutions allant de 72 à 150 ppp (pixel par pouce), sont utilisés pour acquérir des images sur les deux faces de dix feuilles différentes. Pour chaque face, la moyenne des taux de recouvrement issus des différents smartphones est calculée ainsi que celle des écarts-types.

Même feuille, même smartphone, mais différents intervalles de temps après pulvérisation du fluorophore

Le fluorophore pouvant perdre en fluorescence dans le temps, des acquisitions d'images sont réalisées sur les deux faces de trois feuilles, avec le même smartphone, sur une plage de temps allant jusqu'à 3 h après pulvérisation c'est-à-dire à 5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 45 min, 60 min, 90 min et 180 min après pulvérisation. Pour chaque face, les moyennes des taux de recouvrement et des écarts-types sont calculées sur les intervalles de temps définis après pulvérisation.

Résultats des acquisitions

Des premiers tests sont réalisés sur les boîtiers d'acquisition prototypes, puis renouvelés sur le nouveau boîtier d'acquisition DropSight. Les résultats présentés dans le tableau de la figure 6 sont ceux obtenus avec le boîtier DropSight. Le boîtier est couplé aux algorithmes développés. Il permet d'obtenir des résultats dont la variabilité de calcul des taux de recouvrement des gouttelettes sur les feuilles est acceptable : les coefficients de variation vont de 5 à 13 %. Ces résultats sont d'autant plus encourageants que les typologies de smartphone testées ont des caméras de qualité très variable et que la plage de temps testée est élevée. Les résultats pourront être améliorés en apportant des spécifications sur les smartphones à utiliser ou en réduisant la plage de temps pour l'acquisition des images.

En complément de ces tests, des analyses quantitatives sont réalisées sur certains échantillons de feuilles. Pour cela, une solution de fluorophore à concentration connue est pulvérisée sur les feuilles. Après acquisition d'images, le fluorophore est extrait de chaque feuille en laboratoire et quantifié à l'aide d'un spectrophotomètre. La méthode d'extraction utilisée permet de déterminer la quantité exacte de fluorophore sur chaque feuille et d'en déduire le volume associé de solution. Les surfaces de gouttelettes calculées par l'algorithme sont alors comparées à la quantité de fluorophore réelle. Les résultats obtenus montrent une forte corrélation (R2 = 0,86 pour le pommier) entre la quantité réelle de produit déposé et celle issue de l'algorithme de traitement d'images (Figure 7).

La méthodologie proposée permet d'extraire des indicateurs de qualité d'application et de quantifier le produit réellement déposé sur la feuille. Toutefois, ces résultats sont basés sur un seul type de buse, des analyses complémentaires sont nécessaires dans d'autres conditions d'applications. En effet, le choix des buses et des paramètres de pulvérisation influence la taille des gouttes, ce qui modifie la corrélation entre la quantité réelle déposée et surface recouverte.

Exemples de réglages

Une fois la méthodologie validée, celle-ci est utilisée pour détecter des problèmes de réglages sur des pulvérisateurs ou pour comparer des qualités d'applications plus ou moins proches. Des préconisations de réglages sont directement proposées par la Chambre d'agriculture de Gironde chez des viticulteurs. De même, des évaluations sont réalisées en plein champ sur vignes et vergers de pommiers par l'IFV et le CTIFL.

En exemple, la figure 8 présente une comparaison des taux de recouvrement de quatre modalités de pulvérisation, toutes réalisées à partir d'un même pulvérisateur à jet porté et équipé de 14 buses. Les modalités testées sont la référence en jet porté avec une application conventionnelle et 14 buses à turbulence sur tous les rangs ; une application un rang sur deux avec 14 buses à turbulence ; une application avec 14 buses antidérive et une application avec 14 buses à turbulence dont une est fermée pour simuler un bouchage de buse.

La solution évaluée permet de distinguer différentes qualités d'application. La pulvérisation un rang sur deux avec les buses à turbulence montre que, sur la partie gauche de l'arbre, le taux de recouvrement est jusqu'à deux fois plus faible que sur la partie droite avec 0,22 pour le compartiment 4 contre 0,46 pour le compartiment 5, pouvant engendrer une sous-protection de cette zone faiblement couverte.

La modalité avec les buses antidérive présente un taux de recouvrement homogène sur l'ensemble de l'arbre. Avec les buses à turbulence, le taux de recouvrement moyen est plus faible que la modalité de référence car les gouttelettes projetées sont plus grosses et plus espacées, impactant la surface en contact avec la feuille.

Dans la modalité avec une buse bouchée, les différences sont beaucoup plus fines et délicates à détecter. Le compartiment 5 présente un taux de recouvrement légèrement plus faible (0,38) que les compartiments 3 (0,41) et 6 (0,55) tandis que dans les autres modalités, la valeur est intermédiaire. Cela peut être en partie dû à la buse bouchée mais aussi à la variabilité de l'échantillonnage, ce qui rend le diagnostic plus complexe.

Ainsi, pour la détection d'anomalies très fines, telles qu'une unique buse bouchée sur 14, la solution peut présenter certaines limites et nécessitera d'utiliser des outils complémentaires et plus complexes tels que les bancs de réglages.

Pour conclure

Le projet Evalpulvé a permis de développer un prototype d'acquisition et de traitement d'images associé à une méthodologie permettant d'évaluer la qualité d'application au champ. Cette solution montre un intérêt pour réaliser des premiers diagnostics, par exemple avec l'appui d'un conseiller technique, afin de détecter des défauts de pulvérisation et réaliser des réglages adaptés. Les solutions d'acquisition d'images arrivées sur le marché en cours de projet ont permis de discriminer différentes modalités d'application et de réaliser des diagnostics pertinents.