Agriculture
Faire progresser l’agriculture avec l’IA et le génie génétique – L’avenir de la culture
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Créer de nouvelles cultures alimentaires
Depuis les débuts de l’agriculture, les humains ont domestiqué des plantes sauvages pour obtenir des cultures plus faciles à récolter, aux graines plus grosses ou présentant un goût et des qualités alimentaires recherchés. Ces améliorations ne signifient pas que toutes les cultures sont plus nutritives que leurs ancêtres sauvages.
La sélection moderne a notamment favorisé le rendement et la réponse aux engrais et à l’irrigation. Certaines variétés s’intègrent ainsi à des systèmes agricoles exigeant beaucoup d’intrants, parfois au détriment de leur résistance à certains stress.
Le changement climatique, l’érosion des sols, les espèces envahissantes et les adventices exercent une pression supplémentaire sur ces cultures.
Historiquement, la domestication a été lente : les agriculteurs ont sélectionné, sur plusieurs générations, des caractères apparus au fil des variations génétiques, souvent sans en connaître les mécanismes.
Une grande partie des principales cultures provient d’un nombre limité de foyers de domestication. De nombreuses espèces sauvages restent donc à explorer.
Les sélectionneurs et les entreprises agricoles cherchent notamment à introduire dans les cultures des caractères de résistance au manque d’eau, aux ravageurs et aux maladies, avec des résultats variables.
La difficulté tient notamment au caractère polygénique de nombreuses résistances : elles dépendent de dizaines, voire de centaines de gènes et de leurs interactions. Cela complique leur transfert ou leur modification, sans rendre toute amélioration génétique impossible.
Une autre stratégie, la « domestication de novo », consiste à partir d’une plante sauvage déjà adaptée à des conditions difficiles et à modifier ses caractères de domestication, plutôt qu’à transférer l’ensemble de ses résistances vers une culture moderne à haut rendement.
Nouvelles cultures et nouveaux problèmes
Créer de nouvelles sources alimentaires
Certains caractères recherchés lors de la domestication, comme la taille des fruits ou la dispersion des graines, peuvent dépendre d’un petit nombre de gènes déjà bien étudiés. Ce n’est toutefois pas le cas de tous les caractères agricoles.
La domestication de novo pourrait ainsi produire de nouvelles cultures associant certaines résistances de leurs ancêtres sauvages à des rendements et à des qualités alimentaires utiles.
Des outils comme CRISPR permettent de modifier précisément certaines séquences génétiques, notamment de désactiver un gène ou d’en changer des bases. Les règles applicables aux plantes ainsi obtenues varient selon les pays ; l’autorisation de thérapies humaines utilisant CRISPR ne détermine pas celle des cultures agricoles.
Les modalités techniques sont décrites dans des publications scientifiques, notamment « Future-Proofing Agriculture: De Novo Domestication for Sustainable and Resilient Crops ».
Se perdre dans les mauvaises herbes
La transformation d’une plante sauvage en culture pose cependant un problème : cette nouvelle culture peut rester très semblable aux adventices qui l’entourent. Dans l’article « De novo domestication: what about the weeds? », des chercheurs de l’université de Copenhague examinent cette difficulté.
Ils soulignent les limites d’une gestion des adventices reposant sur des cultures résistantes aux herbicides, notamment la sélection de résistances et les effets environnementaux de l’usage des produits.
Ils proposent de combiner désherbage robotisé et modifications génétiques facilitant la reconnaissance des cultures, afin de réduire le recours aux herbicides.
Lorsque la robotique avancée rencontre le génie génétique avancé
Robots désherbant les champs
Les cultures domestiquées de novo, et éventuellement des variétés existantes, pourraient être modifiées pour que les robots désherbeurs les distinguent plus facilement des adventices.
Cette piste pourrait profiter à la robotique agricole, abordée dans notre article « Les investisseurs devraient s’y intéresser : la robotique gagne l’agriculture », qui présente plusieurs technologies de désherbage :
- Ecorobotix combine la vision machine avec une pulvérisation de précision pour réduire jusqu’à 95 % le volume de pesticides et d’herbicides utilisés.
- Naio Technologies développe des robots de désherbage mécanique destinés à réduire l’emploi d’herbicides. Leurs outils et systèmes de guidage varient selon les modèles et les cultures ; l’autonomie ne dispense pas de respecter les conditions d’utilisation et de supervision du fabricant.
- Blue River Technology, acquise par John Deere en 2017, applique l’apprentissage automatique et la vision artificielle à l’agriculture. Ses travaux comprennent la pulvérisation ciblée d’herbicides avec See & Spray et, historiquement, l’éclaircissage de laitues avec LettuceBot. Ces applications ont des fonctions et des conditions d’utilisation distinctes.
Vision intelligente
La vision artificielle constitue également un axe de développement pour d’autres entreprises de robotique agricole, telles que Vision Robotics, Ekobot, Carbon Robotics, et Aigro.
Ces systèmes bénéficient des progrès de l’intelligence artificielle, de la perception et de la navigation également utilisés dans les véhicules autonomes et les robots de livraison.
Même un humain peut avoir du mal à distinguer certaines adventices des cultures. L’apprentissage automatique et les réseaux neuronaux ne suppriment donc pas toutes les erreurs d’identification visuelle.
La difficulté pourrait être particulièrement importante pour les cultures domestiquées de novo, qui restent très proches de leurs parentes sauvages, parfois davantage que les cultures conventionnelles.
Des algorithmes plus performants pourraient améliorer cette reconnaissance. Les auteurs proposent aussi d’agir sur les plantes elles-mêmes pour fournir aux machines des caractères plus faciles à détecter.
Étiquetage des cultures de novo
Les capteurs de vision peuvent mesurer des longueurs d’onde que l’œil humain ne perçoit pas, notamment dans l’infrarouge. La gamme accessible dépend du détecteur et de l’optique utilisés ; une caméra donnée ne couvre pas nécessairement tout le spectre.
L’imagerie hyperspectrale mesure de nombreuses bandes spectrales étroites et contiguës. Elle ne se définit pas simplement par la combinaison du visible et de l’infrarouge. Des instruments embarqués sur des drones ou des satellites servent déjà à étudier l’état des cultures, par exemple leur stress hydrique ou certains signes de maladie.
Source: Imechyperspectral
Les chercheurs proposent de donner aux cultures un profil spectral différent de celui de leurs parentes sauvages. Un robot équipé des capteurs et des algorithmes appropriés pourrait alors utiliser cette différence pour distinguer la culture des adventices.
La modification de la forme des feuilles pourrait également faciliter la reconnaissance des plantes domestiquées de novo.
Source: Cell
L’objectif serait de créer une signature détectable par les machines sans dégrader les qualités agronomiques de la plante. L’absence d’effets sur sa croissance, sa résistance ou ses interactions écologiques devrait toutefois être vérifiée ; elle ne peut pas être présumée.
Certaines modifications de la signature spectrale peuvent résulter de l’altération d’un seul gène déjà étudié en biologie végétale. Les auteurs recensent 17 modifications génétiques candidates, ce qui fournit des pistes expérimentales plutôt qu’une garantie de fonctionnement au champ.
Quelle est la meilleure approche ?
Les cultures issues du génie génétique suscitent des débats depuis des années. L’utilisation de caractères de tolérance aux herbicides soulève notamment des questions de résistances et d’exposition aux produits. Les controverses scientifiques, réglementaires et judiciaires sur le glyphosate, utilisé dans certaines formulations de Roundup, ne se résument pas à une affirmation générale sur tous les OGM.
Les cultures domestiquées diffèrent génétiquement de leurs ancêtres sauvages à la suite de la sélection, des croisements et des mutations. Ces processus et l’édition ciblée du génome produisent des modifications par des méthodes différentes.
La sélection d’adventices résistantes aux herbicides montre qu’une stratégie de désherbage doit être évaluée dans la durée. Pour les signatures spectrales modifiées, il faudrait aussi examiner les risques de confusion et de transfert de gènes vers des plantes apparentées.
Ces questions n’annulent pas le potentiel de la domestication de novo, mais elles justifient des essais agronomiques et écologiques.
Cette approche pourrait contribuer à créer des cultures mieux adaptées à la sécheresse, à la salinité, aux vagues de chaleur, aux maladies ou aux ravageurs.
Elle pourrait aussi soutenir le développement de cultures pérennes, capables de repousser plusieurs années et de limiter le travail du sol et l’érosion. Les recherches portent notamment sur le riz sauvage africain et sur des céréales pérennes comme le Kernza®, issu de l’agropyre intermédiaire. Le Kernza n’est pas un hybride de blé et de riz ; ses avantages et ses rendements doivent être évalués selon les conditions de culture.
Source: Frontiers
Entreprises agricoles innovantes
1. Deere & Company
DE Graphique du prix
Cette entreprise cotée est connue pour ses machines agricoles. Elle développe aussi des équipements utilisant l’intelligence artificielle, les capteurs connectés, la robotique et l’analyse de données pour assister les décisions et les opérations au champ.
Source: Deere
Comme indiqué plus haut, Deere a acquis Blue River Technology en 2017. Cette société développe des systèmes de vision artificielle pour reconnaître les plantes et cibler certaines interventions.
Les tracteurs et robots autonomes, la vision artificielle et les données satellitaires font partie des axes de développement de Deere. Leur application à des cultures domestiquées de novo demeure une possibilité, plutôt qu’un résultat déjà établi.
2. Bayer Crop Science (BAYRY)
La division Crop Science de Bayer, groupe également actif dans les produits pharmaceutiques, développe des semences, des caractères agronomiques et des solutions de protection des cultures.
Ses travaux en biotechnologie comprennent des modifications ciblées de l’ADN des plantes.
Bayer a acquis Monsanto en 2018, renforçant ses activités dans les semences et la protection des cultures. Les litiges liés au Roundup ont ensuite entraîné des coûts importants et pesé sur le groupe.
Bayer est un acteur important des semences génétiquement modifiées et travaille aussi sur l’édition du génome, notamment pour améliorer des cultures comme le maïs et le soja.
Bayer estime que les produits de protection des cultures préservent environ 30 % des récoltes mondiales, soit l’équivalent de 550 millions de tonnes de nourriture pour plus de deux milliards de personnes. Il s’agit d’une estimation mise en avant par l’entreprise.
Source: Bayer
Bayer développe également des produits biologiques agricoles, notamment dans le cadre d’un partenariat avec Ginkgo Bioworks (DNA), une entreprise de biologie de synthèse. Annoncée en 2022, cette collaboration porte sur la protection des cultures, la fixation de l’azote et la séquestration du carbone. Elle complète les autres activités de Bayer sans signifier leur abandon.
Bayer présente un vaste portefeuille de sélection végétale et d’amélioration des semences. Les chiffres cités par l’entreprise pour cette période comprennent plus de 500 variétés en développement et 250 nouvelles inscriptions de variétés en 2022.
Le groupe investit également dans l’agriculture numérique. Par exemple, Bayer a conclu un partenariat avec Microsoft (MSFT ) pour associer la plateforme Azure aux compétences agricoles de Bayer. L’objectif est de mieux exploiter des données provenant notamment de satellites, de drones, de capteurs et de machines agricoles.
Source: Bayer
Ses activités dans les semences, l’édition du génome et les données agricoles pourraient permettre à Bayer de contribuer à la domestication de novo ou à la reconnaissance robotisée des adventices. Cela reste une perspective de développement, et non la preuve que ces applications sont déjà commercialisées.
