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Un robot de désherbage autonome : pour un futur sans herbicides

Un projet universitaire ouvre la voie à la lutte écologique contre les mauvaises herbes.

L’utilisation des herbicides dans l’agriculture implique de réels dangers pour l’homme et pour l’environnement. Souvent, on retrouve des résidus dans la nappe phréatique, la Suisse étant d’ailleurs victime d’une contamination particulièrement grave. De plus, une étude commandée par l’alliance pour une agriculture durable et l’institut de l’environnement de Munich a permis de constater que les herbicides et leurs produits de décomposition se propagent loin dans l’air : des recherches sur 165 sites allemands ont révélé que des produits de ce type étaient décelables sur environ trois quarts des lieux. Ils se trouvaient à moins de 100 et plus de 1000 mètres de champs pulvérisés avec des herbicides. En même temps, on manque encore de solutions qui pourraient égaler l’efficacité et la rentabilité des herbicides. Dans ce contexte, une équipe d’étudiants de l’école polytechnique fédérale ETH de Zurich et de la haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse a développé le prototype d’un robot de désherbage autonome : Il s’appelle Rowesys, ce qui signifie « Robotic Weeding System » (système de désherbage robotisé). Il se passe totalement des herbicides et détruit les mauvaises herbes de façon mécanique seulement. Pour la structure de cadre, les étudiants ont fait appel aux profilés du système de construction modulaire MB d’item.

Une idée – des possibilités sans limite

Flexibilité, robustesse et qualité supérieure : depuis plus de 40 ans, le Système de construction modulaire MB item est la solution pour relever tous les défis dans le domaine de la construction de machines et des équipements de production.
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Lutter contre les mauvaises herbes en douceur et sans produits toxiques

Le Rowesys a été développé en neuf mois dans le cadre d’un projet ciblé. L’équipe de dix personnes est composée de six constructeurs de machines, de deux ingénieurs électriciens et de deux designers industriels. Un tel projet ciblé qui marque la fin des études de bachelor porte toujours sur une application pratique des connaissances acquises au cours des études, où il s’agit de prendre en compte toutes les phases du développement d’un produit. Le robot de désherbage qui pèse 300 kg, est équipé de quatre roues et présente les dimensions de 2100 x 940 x 1200 mm est utilisé dans un champ de betteraves. La « reine des cultures maraîchères » est particulièrement envahie par les mauvaises herbes, et un tel champ se prête donc parfaitement à une démonstration des performances du Rowesys. Le déplacement du robot de désherbage jusqu’au champ est commandé manuellement, mais une fois sur place, son fonctionnement est entièrement autonome : « Le Rowesys dispose de deux caméras. La caméra à l’avant permet d’identifier les rangées de betteraves et de se positionner en conséquence. Une deuxième caméra, orientée verticalement vers le sol, lui permet de reconnaître des betteraves isolées mais aussi des mauvaises herbes et de faire la différence entre les deux », explique Pascal Lieberherr, à l’origine du projet.

Les rasettes rentrent dans le sol sur environ deux centimètres et séparent les mauvaises herbes des racines – au final, les mauvaises herbes déracinées se retrouvent à la surface et dessèchent.

Les mauvaises herbes sont éliminées à l’aide de quatre socs qui se trouvent sur une structure à l’extrémité arrière du robot. Ces rasettes rentrent dans le sol sur environ deux centimètres et séparent les mauvaises herbes des racines – au final, la plante arrachée se retrouve à la surface et dessèche. Entre les rangées de betteraves, l’élimination des mauvaises herbes est assez facile, mais à l’intérieur de la rangée il s’agit bien sûr de ne pas endommager les betteraves elles-mêmes. A cet effet, les socs sont ouverts ou fermés selon les images que la deuxième caméra fournit au système. Et on peut éviter que les socs n’entrent en contact avec les betteraves. Pour éliminer les mauvaises herbes, le robot de désherbage peut atteindre une vitesse de 0,2 m/s, sachant que sa vitesse maximale est de 1 m/s (3,6 km/h). Le mode en cours peut être identifié grâce à différents signaux sonores et des voyants DEL de différentes couleurs sur le Rowesys. L’électronique est protégée par un capot extérieur minimaliste en aluminium.

La technique des profilés au service d’une agriculture plus durable

A la base du robot de désherbage se trouve une sorte de « squelette » sous la forme d’une structure de cadre en profilés aluminium d’item. Les roues, ainsi que l’ensemble de l’électronique et les moteurs sont fixés sur ce cadre. Les profilés sont aussi utilisés pour la structure équipée des socs. Au départ, l’équipe a examiné différentes variantes. Une version en acier était alors envisagée : « Cependant, nous n’avons jamais été très enthousiastes à l’idée du soudage. Puisqu’il s’agit d’un premier prototype, on aimerait bien conserver une certaine flexibilité. Ce n’est tout simplement pas possible avec l’acier. Il est difficile ou compliqué d’ajouter des supports supplémentaires », estime M. Lieberherr. C’est alors que l’idée salvatrice est venue d’un coach du projet de l’ETH Zurich, qui a recommandé la technique des profilés item : Il a souligné la flexibilité des assemblages et la stabilité des composants issus du système de construction modulaire MB.

Grâce à la coopération avec item, tout le processus de commande, de conception et de fabrication était nettement plus simple qu’avec une autre solution. L’utilisation d’item Engineeringtool a également permis un gain de temps important.

Les bonnes expériences tirées du projet CHIRON, un autre projet ciblé impliquant le développement d’un robot innovant, ont également fait pencher la balance. En passant par les anciens participants, le contact avec item Suisse a pu être établi. « En plus de l’assistance d’item en tant que sponsor et de la flexibilité des profilés, les conseils ont également été très utiles. Grâce à la coopération avec item, tout le processus de commande, de conception et de fabrication était nettement plus simple qu’avec une autre solution. L’utilisation d’item Engineeringtool a également permis un gain de temps appréciable », selon M. Lieberherr. D’ores et déjà, il est déjà prévu d’optimiser le robot de désherbage. Il montre déjà dans quel sens l’agriculture durable peut se développer grâce à une technologie innovante. De toute façon, l’aspect durable est le maître-mot à l’ETH Zurich. Par exemple, pour chaque kilomètre qu’un collaborateur de l’ETH parcourt en avion, l’institut en question doit cotiser à une caisse spéciale. Les responsables de la caisse se sont adressés aux étudiants en leur demandant des idées de projets ciblés dans le cadre des objectifs de développement durable des Nations Unies. C’est ainsi que le projet Rowesys a vu le jour.

Une vue sur l’intérieur complexe du robot de désherbage autonome.

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