Copie numérique de la serre : jumeaux numériques en horticulture

Jumeau numérique : il peut être simple, comme une carte d'une serre affichant des informations en temps réel, ou plus détaillé, comme une visite virtuelle où vous pouvez regarder des modèles 3D de plantes.

L'horticulture est de plus en plus axée sur les données et fait de plus en plus appel à des technologies numériques innovantes, telles que le cloud computing, l'Internet des objets, l'apprentissage automatique et la robotique.

Au Greentech d'Amsterdam, cela était très évident. Par exemple, toutes les innovations nominées, sauf une, étaient des solutions de données numériques. Baies, un robot de récolte de fraises, a remporté le prix du concept. Les autres nominés étaient un réseau de capteurs de pièges à insectes numériques (Trap-Eye), un système de culture autonome pour l'agriculture en intérieur (Gronos), et un outil logiciel pour calculer les empreintes de CO2 (Calculateur HortiFootprint). De nombreuses solutions numériques étaient également promues sur les stands. Une petite sélection : les drones à effet de serre (PATS, Corvus), des robots récoltant des tomates (le gagnant du Robot Challenge Grow, fr EGA Matic), des capteurs pour mesurer le stress des plantes (Vivent) et la température des feuilles (Sigrow), des systèmes de détection pour le phénotypage numérique (Hiphen), des prévisions de rendement basées sur la vision par ordinateur (Ordinateur Yield, écoation), des systèmes de culture autonomes (Radix bleu, IOCrops, Koïdra), et bien plus encore.

Croissance à distance avec Digital Twins

Ces développements technologiques modifient radicalement la production horticole.

Au lieu que des cultivateurs expérimentés surveillent personnellement l'état de la culture (« gestion en se promenant »), les décisions de culture peuvent être basées sur des données en temps réel et des algorithmes intelligents.

Les producteurs peuvent surveiller et contrôler les opérations à distance, grâce à ce que l'on appelle des jumeaux numériques. Un tel jumeau virtuel est une copie numérique, par exemple, d'une serre qui est liée à la serre réelle et mise à jour en permanence..

Un jumeau numérique peut être enrichi d'algorithmes intelligents et des machines ou des robots peuvent être connectés. Ainsi, les producteurs reçoivent des alertes via le Digital Twin en cas de problèmes (attendus) et peuvent vérifier la situation dans la serre depuis leur bureau ou leur smartphone en visualisant numériquement les plantes ou les machines impliquées. Ils peuvent également utiliser le jumeau numérique pour simuler numériquement les effets des interventions à l'avance, puis prendre les meilleures mesures à distance et vérifier ensuite si le problème a réellement été résolu.

Que sont les jumeaux numériques ?

Le terme Digital Twin a été introduit par la NASA en 2012 pour « refléter » l'état exact d'un véritable véhicule spatial au cours d'une mission. Un jumeau numérique est donc essentiellement une représentation numérique virtuelle d'un objet physique, liée à celui-ci en (quasi) temps réel. Cette représentation peut être simple, par exemple une vue d'ensemble d'une serre avec des données en temps réel. Il peut également s'agir d'un environnement réaliste, dans lequel, par exemple, vous pouvez vous promener virtuellement dans la serre et inspecter des plantes en 3D. Mais tous les jumeaux numériques ont ces cinq caractéristiques :

1. Actualité : un jumeau numérique représente son jumeau physique en (quasi) temps réel, les modifications de l'objet physique sont (immédiatement) identifiées et synchronisées et vice versa ;
2. Fidélité : la fiabilité et la sécurité d'un jumeau numérique doivent être incontestables, ce qui permet de faire confiance aveuglément aux jumeaux numériques pour la prise de décisions ;
3. Intégration : un jumeau numérique intègre différents types de données provenant de l'objet physique et garantit sa représentation sans ambiguïté ;
4. Renseignement : Les jumeaux numériques ne reflètent pas seulement les données des objets, mais utilisent également des algorithmes pour décrire, analyser et prévoir le comportement de leur homologue physique ;
5. Complexité: Les jumeaux numériques peuvent refléter divers objets physiques à différents niveaux de granularité, que ce soit dans le domaine de l'horticulture, de la génétique de plantes individuelles à une entreprise ou à une chaîne de valeur.

Bien que le terme Digital Twin semble être un nouveau mot à la mode, je considère qu'il s'agit d'un développement continu de l'horticulture intelligente et axée sur les données. Dans la pratique, les jumeaux numériques existent déjà, bien qu'ils ne soient souvent pas encore appelés ainsi. UNE revue de littérature par l'un de mes étudiants à l'université de Wageningen montre que la plupart sont encore des jumeaux numériques relativement « basiques » qui se concentrent sur la surveillance et le contrôle à distance. Cependant, des jumeaux numériques plus « avancés », tels que pour les prévisions (quasi) en temps réel, font leur apparition.

Une autre conclusion de l'étude est que les jumeaux numériques en horticulture se concentrent désormais principalement sur la gestion de la culture en serre en ce qui concerne le climat, l'énergie et l'éclairage. Il existe encore peu de recherches sur les jumeaux numériques pour les plantes individuelles, bien que ce niveau de détail soit important pour la sélection, par exemple. Les jumeaux numériques pour les processus commerciaux et les performances des entreprises horticoles dans leur ensemble étaient totalement absents de l'examen.

Les données commerciales sont essentielles

Les jumeaux numériques sont un moyen d'améliorer les résultats commerciaux, plutôt que d'être un objectif final. Je prévois un jumeau numérique à plusieurs niveaux pour l'avenir, englobant les plantes d'entreprise, les plantes cultivées et les plantes individuelles. Un tableau de bord de gestion affichera des indicateurs de performance commerciale en temps réel et projetés, intégrant les données des systèmes ERP, de l'automatisation des serres/des champs et de sources externes. Des algorithmes basés sur l'IA simuleront les performances et permettront une analyse approfondie de processus, de sites, de variétés et de lots de production spécifiques.

Pour la culture, vous pouvez zoomer sur le jumeau numérique d'une serre dont les rendements sont inférieurs aux prévisions. Les producteurs peuvent y évaluer les conditions climatiques, les variables de culture, la physiologie des plantes (par exemple, le stress) et les profils génétiques des plantes de référence. Différents Digital Twins proposent des outils d'aide à la décision, recommandant des mesures telles que la libération de 8 000 acariens prédateurs dans des zones spécifiques par drone après l'approbation des producteurs.

D'ailleurs, le Greenhouse Digital Twin gérera de manière autonome la plupart des opérations de culture, sur la base de normes prédéterminées. Cela permet aux producteurs de se concentrer sur les exceptions et sur l'aspect commercial de la culture.

Les jumeaux numériques « en couches » exigent des logiciels d'entreprise intégrés

La virtualisation de l'horticulture avec Digital Twins semble désormais prendre de l'ampleur et aura un impact majeur sur la productivité, l'efficacité, la qualité et la durabilité.

À mon avis, le succès Défi des serres autonomes est très exemplaire. Lors de cet événement, les équipes participantes contrôlent la culture dans leur compartiment à distance sur la base de données de capteurs et d'algorithmes intelligents.

Le gagnant (la laitue) a enregistré un bénéfice net supérieur de 30 % à celui des producteurs expérimentés cette année. L'année dernière (tomates cerises), toutes les équipes ont obtenu de bien meilleurs résultats, le bénéfice net du vainqueur ayant plus que doublé. Les jumeaux numériques peuvent capter les connaissances des experts en horticulture et contribuer à remédier à la pénurie de personnel vert. Ils constituent un outil prometteur pour la gestion de sites de production internationaux. Attendez-vous à ce que les jumeaux numériques jouent un rôle plus important dans la gestion de l'entreprise, avec des niveaux interconnectés de l'entreprise à l'usine. Cela nécessite toutefois une intégration fiable des données, y compris des données sur la culture, les plantes, les entreprises et des données externes, ainsi qu'un système de gestion d'entreprise bien intégré.