Ben Jemaa, Fatma

Feurer, Denis

Mabrouk, Hatem

Massuel, Sylvain

HAL Descartes

Un exemple de l'utilisation des drones dans la gestion technique d'un verger de pêcher en Tunisie

Mabrouk, H.

Ben Jemaa, F.

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Un exemple de l'utilisation des drones dans la gestion technique d'un verger de pêchers en Tunisie

Archive Ouverte en Sciences de l'Information et de la Communication

                                                       
 
 
                                                                    
 
Un exemple de l’utilisation des drones dans la gestion technique d’un verger de pêcher
Tunisie 
 
 
Hatem Mabrouk  
Institut National Agronomique de Tunisie (INAT), Laboratoire 
 
Denis Feurer  
Institut de recherche pour le développement, UMR Laboratoire d’études des interactions entre sols
(LISAH, INRA-IRD-Montpellier SupAgro), Montpellier, France 
 
Sylvain Massuel 
Institut de recherche pour le développement, UMR Gestion de l’eau, acteurs, usages (G
Fatma Ben Jemaa 
Institut National Agronomique de Tunisie (INAT), Laboratoire d’arboriculture, Tunis, Tunisie
 
 
 
Les technologies de l’information et de la communication (TIC) ont fait leur entrée 
monde agricole, d’abord avec les téléphones mobiles et désormais avec l’avènement rapide des nouvelles technologies. 
Ce secteur est déjà très développé en Tunisie. Selon un rapport de juin 2016 du service économique de l
France en Tunisie, il représente plus de 7 % du PIB et plus de 30 % des exportations, en s’appuyant largement sur les 
infrastructures et compétences locales.
Les TIC peuvent être des outils d’aide à la décision précieux, mais leur appropriati
reste limitée, notamment dans les pays de la rive sud de la Méditerranée où les niveaux de connaissances requises sont 
encore inadaptés. Il est donc nécessaire de développer des méthodes opérationnelles simples, vis
techniques pour la gestion avancée des exploitations. 
Parmi ces nouvelles technologies, l’utilisation des drones dans le domaine agricole prend de plus en plus d’ampleur (Zhang 
et Kovacs, 2012). Ils sont utilisés pour la surveilla
précoce, l’estimation du rendement, etc. Pourtant, dans de nombreux pays, comme en Tunisie, l’utilisation civile des 
drones reste très limitée principalement à cause de problèmes log
sureté du territoire et le système d’obtention d’autorisations (Séfi, 2015). À titre d’exemple, selon cet auteur, seulement 
dix autorisations de vol ont été accordées pour les années 2014 et 2015, essen
ou bien pour l’aménagement urbain. Ainsi, dans le domaine de la recherche scientifique agronomique, très peu d’études 
ayant recours aux drones ont été conduites. 
C’est pourquoi l’un des objectifs de cette étude e
l’agriculture, en proposant une méthode innovante d’intégration des drones dans la gestion technique de vergers en 
Tunisie. De tels retours d’expérience doivent contribuer à faire évolu
ces technologies accessibles au plus grand nombre et à en décupler les avantages économiques et environnementaux.
Ainsi, il est proposé de tester une méthode d’estimation de l’indice de surface foliai
de pêcher en utilisant des images basse altitude prises par un drone. Cet indice est le rapport entre la surface de 
l’ensemble des feuilles d’une culture et la surface de sol qu’elle occupe (Watson, 1947). Il permet 
gérer l’itinéraire technique de sa culture, car de la surface foliaire dépendent en partie les besoins en eau pour l’irrigati
les doses nécessaires pour la protection phytosanitaire. 
   Watch Letter n°38   
d’arboriculture, Tunis, Tunisie 
-agrosysteme
 
-EAU), Montpellier, France
 
depuis une dizaine d’années dans le 
 
on par les petits et moyens agriculteurs 
 
nce des cultures, la détection des foyers de maladies, du stress hydrique 
istiques causés par la réglementation en lien avec la 
tiellement dans le cadre cinématographique 
 
st de montrer le potentiel offert par les TIC pour le développement de 
er la réglementation actuelle en Tunisie afin de rendre 
re ou LAI (Leaf Area Index) d'un verger 
 
-   Février 2017 
 
s en 
-hydrosystème 
 
’ambassade de 
ant à la maîtrise de ces 
 
à l’agriculteur de mieux 
on et 
                                                       
 
 
                                                                    
 
Il existe différentes méthodes d’estimatio
destructives qui utilisent des relations fortes entre le LAI et d’autres paramètres. Par exemple, la fréquence de trous dans 
le feuillage est mesurable grâce à des photos hémisphé
Mais ces méthodes sont généralement laborieuses et plutôt adaptées aux grandes cultures. Elles se basent sur des 
échantillonnages spatiaux restreints qui limitent la représentativité des
de parcelles arboricoles hétérogènes.  
C’est pourquoi de nouvelles méthodes d’estimation spatialisée du LAI se sont développées. Elles peuvent être classées en 
deux groupes. Un premier groupe qui utilise la m
le LAI via des indices tels que le NDVI (
reconstitution 3D de la structure de la végétation (en nuage de p
plus courants sont la méthode du LiDAR (qui utilise le laser) et la photogrammétrie (
qui nous intéresse dans ce travail.  
Fournir à l’agriculteur sous la forme d’un service, une estimation précise du LAI à des intervalles de temps très courts (de 
l’ordre d’une semaine) rend possible une gestion « en temps réel » de son verger. C’est pourquoi le travail sur des images 
basse altitude à haute résolution spatiale et
Le premier objectif de ce travail est de proposer et de valider une nouvelle méthode d'estimation du LAI qui utilise la 
technique de photogrammétrie "Structure from Motion" par comparaison avec
photographies hémisphériques. Le deuxième objectif est de montrer des exemples d'utilisation pratique du LAI ainsi 
calculé dans la gestion de l'irrigation et des traitements phytosanitaires d’une culture de pêchers. 
Développement de la méthode d’estimation indirecte du LAI
Ce travail de recherche a été réalisé sur une parcelle de pêchers (variété Sweet cap) âgée de 5 ans, plantée avec une 
densité de 666 pieds/ha, irriguée au goutte à goutte et située dans la région de 
Tout d’abord, une « vérité terrain » a été établie avec une méthode issue de la littérature (Weiss et al., 2004). Des photos 
hémisphériques ont été obtenues avec un appareil numérique Nikon Coolpix à objectif fisheye FC
le ciel. Les photos ont été prises tous les mètres selon deux transects perpendiculaires à la ligne de plantation, l’un passa
entre deux arbres voisins et l’autre sous les arbres. Un total de 18 photos a été acquis à chaque date de mesure (6 
au moment du coucher du soleil pour n’avoir sur la photo que la végétation et le ciel, sans le soleil. La Figure 1 montre 
quelques exemples de photos hémisphériques.
   Watch Letter n°38   
n du LAI : des méthodes directes destructives et des méthodes indirectes non 
riques et peut être directement corrélée au LAI (Weiss et al., 2004). 
 valeurs de LAI obtenues, notamment dans le cas 
esure de la réflectance à partir des images satellite et aériennes et estime 
Normalized Difference Vegetation Index). Le second groupe se base sur la 
oints) grâce à la vision par ordinateur. Les exemples les 
Structure from Motion
 temporelle est particulièrement adapté à cette problématique.
 la technique classique basée sur les 
 
Ben Arous en Tunisie.
 
Figure 1 
 
Photographies hémisphériques du 4 juin 2015 
-   Février 2017 
 
 ; Snavely, 2008) 
 
 
 
-E8 à visée verticale vers 
nt 
dates), 
                                                       
 
 
                                                                    
 
Par la suite, ces photos ont été traitées avec Hemisfer. Ce logiciel spécialisé dans le traitement des images hemisphériques,
développé par le WSL (Suisse) permet de calculer le LAI de l’ensemble de la parcelle. Par ailleurs, la méthode proposée et 
examinée dans cet article est basée sur l’utilisation d’images aériennes à basse altitude. Cette méthode suit, pour chaque 
date, les étapes suivantes : 
1. Acquisition d’images aériennes basse altitude
2. Calcul d’une maquette 3D des arbres de la parcelle sous forme 
3. Simulation, à partir de la maquette, d’images hémisphériques avec une prise de vue verticale dirigée vers le haut
4. Estimation du LAI à partir des photos hémisphériques simulées
Pour l’étape 1, des photos aériennes basse altitude ont été
charge utile de 900 g pour une autonomie de vol de 12
de mètres ont été effectués. Le drone est muni d’une nacelle stabilisée sur
numérique (Sony RX100iii) en visée verticale pendant le premier vol et inclinée de 45° pendant le deuxième. Une centaine 
de photos est acquise lors de chaque vol. La figure 2 montre une série de photos aériennes de la p
de la saison agricole. 
À l’étape 2, les photos aériennes sont traitées avec Agisoft Photoscan, logiciel permettant de créer une maquette en 3D 
de la parcelle à partir des images multiples d’une même zone. La figure 3 montre la maquette 3D à la date du 26 mai 2015. 
 
 
 
 
 
   Watch Letter n°38   
 
d’un nuage de points 
 
 prises à partir d’un drone hexacopter autopiloté, ayant une 
 min. A chaque date de mesure, 2 vols à une altitude d’une dizaine 
 2 axes manœuvrant un appareil photo 
Figure 2 
 
Évolution de la végétation au cours de la saison 
 
-   Février 2017 
 
 
 
arcelle prises au cours 
 
 
                                                       
 
 
                                                                    
 
Image 3D reconstituée de la parcelle au 26 mai 2015
À l’étape 3, la maquette 3D est ensuite utilisée pour simuler des photos hémisphériques vi
synthèse d'image basé sur la technique du Raytracing. Cette approche permet de simuler des photos hémisphériques en 
tout point. Ainsi, il est non seulement possible de simuler les mêmes images que celles prises sur le terrain, mais
simuler d’autres images, ce qui permet un échantillonnage plus dense de la parcelle.
La maquette 3D obtenue à l’étape 2 étant un nuage de points, il a été choisi pour la simulation par PovRay de donner une 
taille arbitraire à ces points, matérialisés pour la simulation PovRay par des sphères. Afin de caler le rayon de ces sphères, 
les photos hémisphériques ont été simulées à partir des mêmes points de vue que les photos hémisphériques réelles 
effectuées sur le terrain. Sur les 18 positions de pris
qualité du résultat est évaluée visuellement sur les autres photos simulées avec le même paramètre. La Figure 4 montre 
une photo hémisphérique réelle et une autre simulée à partir d
Comparaison des photos hémisphériques réelles et simulées
   Watch Letter n°38   
Figure 3 
 
 
 
 
a PovRay, un logiciel de 
 
e de vue, une seule a été utilisée pour le calage du rayon des sphères. La 
e la maquette 3D au même emplacement.
Figure 4 
 
 
-   Février 2017 
 
 aussi de 
 
 
                                                       
 
 
                                                                    
 
Par la suite les photos hémisphériques simulées sont traitées par le logiciel «
Le LAI est ainsi estimé selon deux approches : une approche directe, utilisant les photos hémisphériques de terrain, et une 
approche indirecte, utilisant des photos hémisphériques simulées à partir de la maquette 3D issue des photos aériennes. 
La figure 5 montre la comparaison entre le
entre les deux valeurs de LAI avec une dispersion très faible autour de la droite y=x (R²=0.885), ce qui valide l’approche 
indirecte. 
Comparaison des valeurs du LAI 
L’avantage de l’approche indirecte est de permettre de simuler toutes les photos hémisphériques nécessaires et donc 
d’avoir un meilleur échantillonnage de la parcelle pour l’estimation du LAI. I
prise de vue au sol de manière à disposer d’une photo hémisphérique réelle pour caler le paramètre de simulation. Par 
ailleurs, pour ce premier travail, des choix forts et très simplificateurs ont été effectués.
par la simulation de photos hémisphériques pour accéder au LAI à partir d’information 3D et de photos aériennes 
multiples ne tire pas parti de toute l’information présente dans ce jeux de données image. Un travail pou
directe du LAI à partir des images aériennes et du nuage de points 3D semble en effet très prometteur.
Cependant, les résultats encourageants obtenus avec la méthode proposée permettent d’envisager une utilisation 
opérationnelle du LAI dans la gestion technique du verger, deux exemples développés ci
potentiel. Dans ces deux exemples, on compare les chroniques d’estimation de LAI effectuées à partir d’images drone et 
les pratiques réalisées par l’agriculteur s
utilisé les données de LAI pour la conduite de sa parcelle.
Exemples d’application 
Le premier exemple montre comment l’agriculteur a pu adapter sa stratégie d’irrigation à l’
de son verger. La figure 6 illustre l’évolution du LAI et celle de la quantité d’eau donnée par arbre et par jour au cours de
saison. Les besoins en eau des arbres dépendent de la quantité de feuilles qui transpirent (do
mais également des conditions climatiques (demande évaporative), ce qui explique les différences entre les deux 
courbes. Nous constatons cependant une bonne corrélation globale entre ces deux paramètres, permettant d’envisager 
l’élaboration future d’indices pratiques que l’agriculteur pourra utiliser dans la gestion de l’irrigation. 
   Watch Letter n°38   
 Hemisfer » afin de calculer le LAI.
s résultats de ces deux approches. Il existe une très bonne correspondance 
Figure 5 
 
obtenues par les photos hémisphériques réelles et simulées
 
 
l reste cependant nécessaire d’effectuer une 
 En effet le fait de choisir de passer 
-dessous permettant d’illustrer ce 
ur la même parcelle sur la même période. Il est à noter que l’agriculteur n’a pas 
 
évolution de la surface foliaire 
nc indirectement du LAI) 
-   Février 2017 
 
 
 
r l’estimation 
 
 la 
 
                                                       
 
 
                                                                    
 
Évolution parallèle du LAI et de la quantité d’eau apportée à la parcelle
Un constat semblable peut être fait pour la gestion des traiteme
d’apporter la quantité de pesticides adaptée au développement végétatif des arbres, pour des raisons non seulement 
économiques (coûts des produits) mais aussi environnementales (une application par excès aur
pollution inutile de l’environnement). 
 La figure 7 montre l’évolution comparée du LAI et du volume de bouillie (en litres/ha) c’est
eau/pesticides pulvérisée sur les arbres. Nous constatons à nouveau un
apportée par l’agriculteur et le LAI du verger. Cette relation est un signe d’une pratique agricole efficiente. La disponibil
accrue de données de LAI (pouvant cartographier les variabilités intra
permet d’envisager une optimisation accrue des pratiques.
Évolution parallèle du LAI et de la quantité de pesticides apportés à la parcelle
   Watch Letter n°38   
Figure 6 
 
 
 
nts phytosanitaires, avec l’enjeu supplémentaire 
-à-dire la quantité de mélange 
e nette corrélation entre la quantité de pesticides 
-parcellaires à l’échelle d’exploitations entières) 
 
 
Figure 7 
 
 
 
-   Février 2017 
 
 
a pour conséquence une 
ité 
 
                                                       
 
 
                                                                    
 
En conclusion, les photographies basse altitude 
géométrique des arbres sous forme de nuage de points 3D autorisant l’obtention de valeurs de LAI comparables à celles 
obtenues par les méthodes classiques (coefficient de détermination de la r
innovation de ce travail est de donner accès au calcul du LAI à volonté et en tout point de la parcelle ce qui représente un 
réel avantage pour l’estimation de ce paramètre clé de la gestion des cultures. La méthode
être utilisée pour accéder à une cartographie globale (au niveau des exploitations) et détaillée (caractérisation intra
parcellaire) grâce à la couverture spatiale procurée par les photographies aériennes. La disponibilité de 
ouvre de nouvelles perspectives de gestion des cultures dans le cadre de l’agriculture de précision.
L’utilisation des TIC en agriculture doit encore largement progresser en Tunisie. Le rapport 2015 du Forum économique 
mondial classe la Tunisie (avec l’Afrique du Sud et le Maroc) dans le trio de tête concernant le potentiel de ces 
technologies sur le continent africain. En effet, selon une étude réalisée en 2016 par le cabinet Xvision Engineering, le 
secteur agricole, bien que représentant pr
situation où l’offre numérique ne correspond pas aux besoins des agriculteurs. Ainsi les solutions TIC mises en place sont 
souvent le fait d’initiatives publiques et/ou réalisées su
ce manque, dans le secteur agricole en particulier, mais aussi de son potentiel en matière de technologies numériques, la 
Tunisie a élaboré le Plan « Tunisie Digitale 2020
et la délocalisation des services en Tunisie. Ce plan, sa mise en œuvre et ses retombées sont très attendus par les 
industries du secteur et pourraient permettre, à terme, que la Tunisie se po
en agriculture dans les pays en développement.
 
Bibliographie / Pour plus d’informations 
 
- Watson, D. Jh., 1947, Comparative physiological studies on the growth of field crops: I. Variation in net 
between species and varieties, and within and between years
- Noah Snavely., 2008, Scene Reconstruction and Visualization from Internet Photo Collections
- Weiss M, Baret F, Smith G, Jonckheere I, Coppin P, 2004. 
Estimation of LAI, errors and sampling, Agric. For. Meteorol. 121.
- Chunhua Z, and Kovacs J.M. 2012. The application of small unm
- Séfi A, 2015. Les drones civils en Tunisie
géospatiales en recherche: état des lieux et perspe
 
 
   Watch Letter n°38   
acquises grâce au drone ont permis de reconstituer la structure 
elation linéaire de 0,88). La principale 
 proposée peut d’ores et déjà 
ès de 15 % de la population active, reste mal structuré, aboutissant à une 
r fond propres, en lien avec des petites exploitations. Consciente de 
 », visant à développer infrastructures, e-services et promouvoir l’innovation 
sitionne en tête de file pour l’utilisation des TIC 
 
assimilation rate and leaf area 
, Annals of Botany 11.41. 
. Doctoral thesis, University of Washington
Review of methods for in situ leaf area index (LAI) determination Part II. 
 
anned aerial systems for precision agriculture: a review
. Séminaire international « Drones et moyens légers aéroportés pour les applications 
ctives » 3-4-5 novembre 2015, Tunis, TUNISIE 
 
-   Février 2017 
 
-
telles données 
 
 
. Precision Agric 13. 


French

HAL-INSU

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