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Les racines de la data 2/3
L'itinéraire de culture, une recette pour faire des légumes.
Dans l’article précédent, nous avons vu ce qu’est une donnée et comment elle peut être stockée, représentée et manipulée informatiquement. L’objectif poursuivi est de pouvoir l’utiliser dans une application numérique pour délivrer un service opérationnel. Pour ce faire, on passe par une étape de retranscription de la réalité sous format numérique.
Produire une culture reste une activité complexe qui demande plusieurs opérations ou interventions sur la culture et son environnement, ces opérations étant réparties en plusieurs étapes et dans le temps. Ce processus est appelé itinéraire de culture, itinéraire technique ou ITK.
Pour produire une tomate, il faut d’abord planter cette tomate, l’arroser, lui donner des ressources nutritives, la protéger et la récolter avant de pouvoir la vendre et la consommer. Décrire ces opérations permet de pouvoir mémoriser le processus et d’assurer un suivi cultural de ces tâches, notamment dans un but de traçabilité des produits agricoles.
Cet article, par cet exemple de processus de production, expose le moyen de représenter le monde réel via un outil informatique et les usages qui peuvent en découler.
Pour produire une tomate, il faut d’abord planter cette tomate, l’arroser, lui donner des ressources nutritives, la protéger et la récolter avant de pouvoir la vendre et la consommer. Décrire ces opérations permet de pouvoir mémoriser le processus et d’assurer un suivi cultural de ces tâches, notamment dans un but de traçabilité des produits agricoles.
Cet article, par cet exemple de processus de production, expose le moyen de représenter le monde réel via un outil informatique et les usages qui peuvent en découler.
L’itinéraire technique en agriculture et en informatique
Selon l’auteur Sebillotte (1974, 1978), un itinéraire technique est une “combinaison logique et ordonnée des techniques mises en œuvre sur une parcelle agricole en vue d’en obtenir une production”.
Ces interventions sont très dépendantes à la fois des précédentes, de l’état du milieu cultural, des objectifs du producteurs et des propriétés intrinsèques de la plante. On peut regrouper ces interventions en suivant le cycle de développement de la culture :
Ces interventions sont très dépendantes à la fois des précédentes, de l’état du milieu cultural, des objectifs du producteurs et des propriétés intrinsèques de la plante. On peut regrouper ces interventions en suivant le cycle de développement de la culture :
Figure 1 : Schéma d’un itinéraire technique simplifié
- En premier, les étapes préalables à l’implantation de la culture : Semis en pépinière, Travail du sol, Préparation du lit de semence…
- En second, l’implantation sur la parcelle : Plantation, Paillage…
- Ensuite, l’entretien de la culture : Désherbage (binage), Lutte contre les bioagresseurs, Maîtrise de l’enherbement, Fertilisation…
- Enfin sa récolte puis son conditionnement en vue de la consommation : Récolte, Désinstallation du paillage, Travail du sol, Stockage…
S’il est simple de décomposer les périodes d’intervention en fonction du cycle cultural, l’itinéraire technique détaillé peut, lui, faire intervenir de nombreuses conditions et données, ce qui peut décupler sa complexité (fig. 2).
Figure 2 : Schéma d’un itinéraire technique complexe réalisé
Pour modéliser un itinéraire technique, il faut intégrer la diversité des tâches à mettre en place ainsi que leurs conséquences. Ainsi, un semis aura un impact sur le stock de graine dans l’inventaire, une taille va mobiliser du matériel agricole, un travail du sol sera effectué sur une surface donnée avec une machine donnée, une protection des cultures mobilise des techniques et produits, etc… Ce traitement informatique du processus de production nécessite de prendre en compte toutes les informations nécessaires à son élaboration comme les interactions entre les divers “objets” ou éléments qui vont intervenir dans cet itinéraire. Nous allons décrire en plusieurs étapes comment nous pouvons modéliser un ITK et décliner les différents objets à un niveau de détail de plus en plus fin.
Granularité haute
Un itinéraire de culture, c’est un légume et une variété, un contexte pédoclimatique, une méthode de culture, des pratiques déclinées en ensemble d’interventions qui peuvent être planifiées dans le temps et dans l’espace. Dans le schéma ci-dessous, vous observerez un début de graphe représentant de manière simple ce qu’est un ITK.
Figure 3 : Vue générale de ce qu’est un ITK
Pour décrire notre modélisation des ITK avec les technologies du Web Sémantique, nous allons partir du schéma de la figure 3 et, étape par étape, nous modéliserons un ITK côté modèle et générerons un ITK côté donnée qui va se lier au modèle.
D’ailleurs, dans notre article précédent sur les référentiels et le Web Sémantique, nous avons omis de définir ce qu’est une instance.
Pour lire ou relire cet article, cliquez ici : Dans cet article, nous avons décrit deux parties : la partie modèle et la partie donnée (instance) construite depuis le modèle.
Une instance, c’est le nom que nous donnons à un ensemble de données qui se basent sur un modèle (schéma d’ontologie). Par exemple, la courgette est une instance de notre classe “Légume” appartenant à notre ontologie sur les plantes.
Pour lire ou relire cet article, cliquez ici : Dans cet article, nous avons décrit deux parties : la partie modèle et la partie donnée (instance) construite depuis le modèle.
Une instance, c’est le nom que nous donnons à un ensemble de données qui se basent sur un modèle (schéma d’ontologie). Par exemple, la courgette est une instance de notre classe “Légume” appartenant à notre ontologie sur les plantes.
Un ITK est influencé par divers paramètres. En tout premier le matériel végétal. Chaque culture (espèce ou variété) a une saison de prédilection, a des besoins nutritifs, résiste plus ou moins à certains bio agresseurs et a encore d’autres paramètres qu’il est nécessaire de prendre en compte pour un producteur dans sa planification. Ces informations peuvent être propres à une famille botanique, à l’espèce, au type variétal ou bien à la variété.
Une culture a également des conditions optimales de développement. Nous parlons ici du contexte pédoclimatique (sol et climat) ainsi que des informations sur le contexte de la ferme (niveau de mécanisation de la ferme ou le système de culture : agriculture biologique, conventionnelle, etc). Nous verrons plus en détails la description de ces contextes dans la partie suivante.
Enfin, les méthodes de cultures influent sur les ITK. Par méthode de culture, nous entendons les choix inhérents au producteur qui vont être guidés par son environnement (situation géographique, filières économiques, bassin de production, etc) mais également par des facteurs “intrinsèques” : habitudes, intérêts, connaissances…
Tous ces paramètres, nous allons chercher à les représenter dans un modèle d’ontologie et avec un exemple qui est l’ITK de la courgette.
Dans notre implémentation, nous allons représenter la culture, le contexte et quelques sous-tâches. Les méthodes de cultures font partie de la pensée du producteur et vont être retranscrites sous la forme de tâches de paramètres de tâche dans la planification. L’objectif d’un modèle serait d’arriver à intégrer l’ensemble des informations ci-dessus. Pour aujourd’hui, nous allons faire un modèle plus simplifié pour comprendre le cheminement de création d’une ontologie et comment les données se construisent autour de ce modèle.
Une culture a également des conditions optimales de développement. Nous parlons ici du contexte pédoclimatique (sol et climat) ainsi que des informations sur le contexte de la ferme (niveau de mécanisation de la ferme ou le système de culture : agriculture biologique, conventionnelle, etc). Nous verrons plus en détails la description de ces contextes dans la partie suivante.
Enfin, les méthodes de cultures influent sur les ITK. Par méthode de culture, nous entendons les choix inhérents au producteur qui vont être guidés par son environnement (situation géographique, filières économiques, bassin de production, etc) mais également par des facteurs “intrinsèques” : habitudes, intérêts, connaissances…
Tous ces paramètres sont pris en compte par le producteur lors de sa planification pour faire sa sélection culturale. Il va préférer certains légumes ou bien certaines variétés en fonction de leurs caractéristiques, des autres cultures planifiées ou bien encore la saisonnalité de plantation. Il va choisir ensuite le lieu d’implantation (en fonction du type de sol, plein champ / sous-abri, exposition, etc) et son déroulé de tâches à effectuer.
Tous ces paramètres, nous allons chercher à les représenter dans un modèle d’ontologie et avec un exemple qui est l’ITK de la courgette.
Dans notre implémentation, nous allons représenter la culture, le contexte et quelques sous-tâches. Les méthodes de cultures font partie de la pensée du producteur et vont être retranscrites sous la forme de tâches de paramètres de tâche dans la planification. L’objectif d’un modèle serait d’arriver à intégrer l’ensemble des informations ci-dessus. Pour aujourd’hui, nous allons faire un modèle plus simplifié pour comprendre le cheminement de création d’une ontologie et comment les données se construisent autour de ce modèle.
Granularité Basse
Commençons ensemble par définir notre culture envisagée. Reprenons notre exemple précédent : la courgette, avec ses données issues de DBPedia.
Cette instance nous suffit pour l’information que nous cherchons à caractériser, à savoir le nom de la culture en français. Pour obtenir des informations complémentaires, nous pourrions chercher un autre graphe de connaissance ou bien même créer notre propre ontologie mais restons simples et réutilisons les données existantes pour gagner du temps sur notre modélisation. En graphe, le schéma serait comme ceci.
Figure 1 : Schéma d’un itinéraire technique simplifié
Nous voyons ici (fig. 4) que notre instance d’ITK de courgette est reliée à la représentation de l’ITK dans l’ontologie. Pour le lien à la culture, nous réutilisons les instances de DBPedia pour ajouter de l’information à notre graphe. Nous récupérons les informations sur le nom avec le mot anglais et français, indispensables au référencement de la culture.
Maintenant que nous avons notre culture, nous allons pouvoir poursuivre la construction du modèle et étendre la description de l’ITK de la courgette. Nous allons décrire le contexte de culture d’un ITK. Les contextes, à la fois pédo-climatiques ou culturaux, influent sur l’ITK.
Par contexte cultural, nous entendons le système agricole (conventionnel, biologique, etc.).
Partons sur l’agriculture biologique pour notre exemple. En suivant nous pouvons décrire le niveau de mécanisation requis pour cet itinéraire de culture : prenons une échelle qui peut aller de peu mécanisé à fortement mécanisé, partons du fait que nous produisons des courgettes avec une mécanisation moyenne.
Concernant le contexte pédo-climatique, l’information sur le sol et le climat, nous pouvons nous baser sur les modalités suivantes.
Pour caractériser un sol, partons du triangle textural qui nous permet d’identifier la texture d’un sol en fonction de sa composition. Elle est définie en fonction de la proportion entre l’argile, le limon et le sable.
Maintenant que nous avons notre culture, nous allons pouvoir poursuivre la construction du modèle et étendre la description de l’ITK de la courgette. Nous allons décrire le contexte de culture d’un ITK. Les contextes, à la fois pédo-climatiques ou culturaux, influent sur l’ITK.
Par contexte cultural, nous entendons le système agricole (conventionnel, biologique, etc.).
Partons sur l’agriculture biologique pour notre exemple. En suivant nous pouvons décrire le niveau de mécanisation requis pour cet itinéraire de culture : prenons une échelle qui peut aller de peu mécanisé à fortement mécanisé, partons du fait que nous produisons des courgettes avec une mécanisation moyenne.
Concernant le contexte pédo-climatique, l’information sur le sol et le climat, nous pouvons nous baser sur les modalités suivantes.
Pour caractériser un sol, partons du triangle textural qui nous permet d’identifier la texture d’un sol en fonction de sa composition. Elle est définie en fonction de la proportion entre l’argile, le limon et le sable.
Figure 5 : Triangle textural des sols - Source
La courgette n’est pas très sélective au niveau textural, elle s’adapte facilement à des sols très variés. En revanche, une culture comme la carotte préfère les sols sableux par exemple.
La texture n’est pas le seul indicateur des propriétés d’un sol. Sa structure est également un élément important à prendre en compte : c’est la manière dont les constituants du sol (argile, limon, sable) s’organisent. Elle est influencée par la texture mais également par l’activité biologique et l’occupation végétale du sol, l’activité humaine ou encore le climat. La courgette va préférer un sol meuble et bien structuré.
Nous pouvons apporter davantage de précisions sur la description d’un sol en mesurant la quantité de matière organique qu’il contient, son pH, son taux de calcaire, son taux de cailloux ou sa composition chimique car ce sont des variables qui vont influer fortement sur le développement de la culture en place.
Ainsi, la courgette apprécie les sols légèrement acides, profonds, riches en matière organique. Nous prendrons en compte ces caractéristiques pour faire le meilleur choix lors de la plantation.
Pour le climat, la courgette, originaire du Mexique, est un légume qui préfère les climats assez chauds. Elle fait partie des légumes d’été ; en Haute Garonne, elle se sème généralement entre avril et juillet, et se plante de mi-mars à mi-mai selon la précocité de la variété et les conditions de culture (source : Chambre d’agriculture de Haute Garonne)
Elle est cultivable en plein champ, sous-abri, sous-serre, en atmosphère chauffée ou non. Pour notre modélisation d’un itinéraire de culture possible, nous allons faire le choix du plein champ.
Avec toutes les informations ci-dessus, nous allons pouvoir générer un modèle d’ITK. Vous trouverez le schéma à la figure 6 ci-dessous.
La texture n’est pas le seul indicateur des propriétés d’un sol. Sa structure est également un élément important à prendre en compte : c’est la manière dont les constituants du sol (argile, limon, sable) s’organisent. Elle est influencée par la texture mais également par l’activité biologique et l’occupation végétale du sol, l’activité humaine ou encore le climat. La courgette va préférer un sol meuble et bien structuré.
Nous pouvons apporter davantage de précisions sur la description d’un sol en mesurant la quantité de matière organique qu’il contient, son pH, son taux de calcaire, son taux de cailloux ou sa composition chimique car ce sont des variables qui vont influer fortement sur le développement de la culture en place.
Ainsi, la courgette apprécie les sols légèrement acides, profonds, riches en matière organique. Nous prendrons en compte ces caractéristiques pour faire le meilleur choix lors de la plantation.
Pour le climat, la courgette, originaire du Mexique, est un légume qui préfère les climats assez chauds. Elle fait partie des légumes d’été ; en Haute Garonne, elle se sème généralement entre avril et juillet, et se plante de mi-mars à mi-mai selon la précocité de la variété et les conditions de culture (source : Chambre d’agriculture de Haute Garonne)
Elle est cultivable en plein champ, sous-abri, sous-serre, en atmosphère chauffée ou non. Pour notre modélisation d’un itinéraire de culture possible, nous allons faire le choix du plein champ.
Avec toutes les informations ci-dessus, nous allons pouvoir générer un modèle d’ITK. Vous trouverez le schéma à la figure 6 ci-dessous.
Figure 6 : Modèle du contexte de culture de l’ITK et instanciation avec celui de la courgette
Nous avons fini d’exposer le contexte de culture de notre courgette. Il est temps maintenant de définir notre itinéraire de culture.
En simplifiant, nous allons seulement définir les tâches de plantation et de récolte sur la base des informations données par la Chambre d’Agriculture de Haute Garonne.
Pour l'exemple, nous allons planter nos courgettes en mai, la 2ème semaine de mai. Pour 2022, ça donnera du 16 au 22 mai. La récolte se fait en juillet, 7 semaines environ après la plantation si tout se passe bien, ce qui donne du 4 au 10 juillet.
Pour la tâche de plantation, il faut prendre en compte un élément important : la densité de plantation. C’est le nombre de plants que nous allons mettre pour une surface donnée. Partons sur 11 000 plants/ha.
Nous avons maintenant les informations nécessaires pour l’implantation de notre courgette. Voici le schéma de nos tâches :
En simplifiant, nous allons seulement définir les tâches de plantation et de récolte sur la base des informations données par la Chambre d’Agriculture de Haute Garonne.
Pour l'exemple, nous allons planter nos courgettes en mai, la 2ème semaine de mai. Pour 2022, ça donnera du 16 au 22 mai. La récolte se fait en juillet, 7 semaines environ après la plantation si tout se passe bien, ce qui donne du 4 au 10 juillet.
Pour la tâche de plantation, il faut prendre en compte un élément important : la densité de plantation. C’est le nombre de plants que nous allons mettre pour une surface donnée. Partons sur 11 000 plants/ha.
Nous avons maintenant les informations nécessaires pour l’implantation de notre courgette. Voici le schéma de nos tâches :
Figure 7 : Modèle des tâches de plantation et de récolte avec leurs paramètres et l'instanciation pour l’ITK de la courgette.
Maintenant que nous avons le nécessaire pour représenter l’itinéraire, nous pouvons rassembler les pièces du puzzle et voici notre itinéraire de culture dans notre représentation du Web Sémantique.
Figure 8 : ITK de la courgette fait avec notre ontologie
Nous avons ici notre itinéraire de la courgette utilisable et modifiable pour notre planification, figure 8, qui reprend les figures 4, 6 et 7. Rappelons ici que nous avons la possibilité de récupérer de la donnée sur Internet pour nous aider dans notre planification en nous servant des technologies du Web Sémantique et ainsi enrichir notre connaissance pour pouvoir faire les meilleurs choix de planification.
C’est dans cette démarche de modélisation du maraîchage et de la planification de culture qu’Elzeard se place. Nous construisons un référentiel ouvert des données agricoles spécialisées pour le maraîchage qui va être utilisé dans différentes applications dont l’application Elzeard.
En effet, les données que nous agrégeons sont utilisées dans un outil aidant nos amis maraîchers à planifier et organiser leurs cultures sur la saison.
C’est dans cette démarche de modélisation du maraîchage et de la planification de culture qu’Elzeard se place. Nous construisons un référentiel ouvert des données agricoles spécialisées pour le maraîchage qui va être utilisé dans différentes applications dont l’application Elzeard.
En effet, les données que nous agrégeons sont utilisées dans un outil aidant nos amis maraîchers à planifier et organiser leurs cultures sur la saison.
Représentation d’un ITK dans un outil informatique
Elzeard construit actuellement une ontologie sur le maraîchage avec une représentation des plantes cultivées, une représentation de la ferme allant de l’îlot jusqu’à la planche et les informations de production avec la représentation des itinéraires de cultures plus détaillés que notre exemple précédent. Cette ontologie a d’ailleurs donné lieu à une publication scientifique écrite en anglais (document à lire si vous êtes intéressé).
Vous retrouverez avec la figure 9 une partie de l’ontologie d’Elzeard qui décrit l’ITK et les différents objets auxquels il est rattaché.
Figure 9 : Partie de l’ontologie de la production agricole développée par Elzeard et qui décrit les ITK
Comme nous venons de l’expliquer, le but de ces travaux de représentation est de coller le plus possible à la réalité. Pour cela, il est nécessaire d’avoir un modèle qui puisse être flexible et adaptable. En effet, il suffit que l’on décide de descendre à un niveau de détails plus fin, qu’il y ait des changements dans la réglementation, ou bien encore qu’on découvre des cas particuliers jusqu’alors inconnus pour qu’il faille adapter le modèle à la situation donnée. Grâce à l’utilisation des technologies du Web Sémantique, nous avons la capacité de faire évoluer le modèle en y ajoutant des objets ou bien en modifiant leur organisation sans que ça ne soit trop complexe ou chronophage pour les équipes de développement informatique.
Cela permet, au fur et à mesure, de s’adapter à une multitude de contextes de production, de choix des producteurs, de pratiques particulières et de répondre ainsi aux besoins de personnalisation des utilisateurs.
D’autre part, toujours dans l’optique répondre au mieux aux besoins des utilisateurs, et dans un souci d’économie (temps, moyens financiers) et de valorisation des travaux précédents, il est possible de venir récupérer sur internet des informations utiles pour la modélisation. Ces informations peuvent se présenter sous la forme de référentiels. Ces référentiels vont pouvoir être intégrés dans le modèle actuel (fig. 9) et participer à son amélioration.
Ces référentiels permettent la réutilisation de données de référence mises à jour par différentes organisations, ce qui facilite leur maintenance et apporte les mêmes moyens d’identification et de description pour ces données (un langage commun).
Cela permet, au fur et à mesure, de s’adapter à une multitude de contextes de production, de choix des producteurs, de pratiques particulières et de répondre ainsi aux besoins de personnalisation des utilisateurs.
D’autre part, toujours dans l’optique répondre au mieux aux besoins des utilisateurs, et dans un souci d’économie (temps, moyens financiers) et de valorisation des travaux précédents, il est possible de venir récupérer sur internet des informations utiles pour la modélisation. Ces informations peuvent se présenter sous la forme de référentiels. Ces référentiels vont pouvoir être intégrés dans le modèle actuel (fig. 9) et participer à son amélioration.
- Premier exemple : afin de pouvoir renseigner la nature du traitement effectué sur une parcelle, il est utile de s’appuyer sur une liste actualisée des produits phytosanitaires comportant les différentes informations utiles aux producteurs (dosage homologué, usages, intervalles de traitement, statut d’autorisation…). Il est intéressant de se connecter à la base de données de e-Phy, outil de l’ANSES qui référence les produits phytosanitaires, ainsi que leurs informations spécifiques. La mise à jour de ces données est ainsi automatisée.
- Deuxième exemple : il faut avoir accès à la liste des variétés inscrites aux catalogues des semences pour pouvoir renseigner que telle variété a été implantée sur la parcelle. Ainsi, nous nous sommes connectés au référentiel de la SEMAE (anciennement GNIS), interprofession des semences et des plants, donnant pour chaque espèce les variétés liées.
Ces référentiels permettent la réutilisation de données de référence mises à jour par différentes organisations, ce qui facilite leur maintenance et apporte les mêmes moyens d’identification et de description pour ces données (un langage commun).
Un exemple concret : Elzeard
Dans les copies d’écran suivantes, nous vous présentons la vision des interfaces de lecture et saisie des informations des ITK dans l’application Elzeard (fig. 10 et 11) :
Figure 1 : Schéma d’un itinéraire technique simplifié
Figure 11 : Capture d’écran d’un ITK personnalisé à partir d’un ITK de référence pour une courgette précoce sous abri
A partir des données de référence issues d’une synthèse de connaissances agronomiques publiques (fig. 10), il est possible d’adapter un ITK selon ses propres pratiques, contextes et choix variétaux (fig. 11). Ces images de l’outil Elzeard montrent comment, d’après une structuration des données, il est possible de délivrer un service opérationnel adaptable aux cas particuliers de chacun.
Bibliographie et sources complémentaires :
APECITA
https://www.apecita.com/actualites/actualites/cultures-litineraire-technique-un-levier-contre-le-changement-climatique
Wikipédia
https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_de_culture
Chambre d'Agriculture de Haute Garonne
https://occitanie.chambre-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/Occitanie/076_Inst-Occitanie/Documents/Productions_techniques/Agriculture_biologique/Espace_ressource_bio/Maraichage_bio/ITK-HauteGaronne-Courgette-2016.pdf
Bibliographie et sources complémentaires :
APECITA
https://www.apecita.com/actualites/actualites/cultures-litineraire-technique-un-levier-contre-le-changement-climatique
Wikipédia
https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_de_culture
Chambre d'Agriculture de Haute Garonne
https://occitanie.chambre-agriculture.fr/fileadmin/user_upload/Occitanie/076_Inst-Occitanie/Documents/Productions_techniques/Agriculture_biologique/Espace_ressource_bio/Maraichage_bio/ITK-HauteGaronne-Courgette-2016.pdf
Article rédigé en interne par :
Baptiste Darnala - Data scientist
Juliette Raphel - Ingénieure agronome
Juliette Raphel - Ingénieure agronome