Thales Alenia Space a récemment annoncé la signature d’un contrat avec l’Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne (ESA) pour le développement d’un jumeau numériquejumeau numérique, nommé SaveCrops4EU. Ce projet vise à promouvoir une agriculture durable et résiliente face aux défis liés au changement climatique. Il s’inscrit dans le cadre de l’initiative plus large de l’ESA, la stratégie Digital Twin Earth, qui cherche à créer des répliques numériques de la Terre pour mieux comprendre et gérer l’environnement.
Le jumeau numérique présente plusieurs intérêts significatifs, tant sur le plan économique qu’environnemental, ainsi que pour l’amélioration de la prise de décision dans le secteur agricole. En effet, alors que les données satellitaires fournissent des informations sur l’état de la Planète à un instant TT, le jumeau numérique permet de faire des prévisions et de tester les résultats en fonction de différents scénarios. Par exemple, il sera possible d’évaluer l’impact de l’utilisation de différents niveaux d’engrais sur le rendement des cultures et sur la teneur en azoteazote lixiviable des sols.
Ce projet répond aux enjeux de la Politique agricole commune et du Pacte vert pour l’Europe, qui visent à rendre l’agriculture plus durable et résiliente dans le contexte du changement climatiquechangement climatique. L’objectif principal est de développer un jumeau numérique opérationnel, accessible à tous, pour optimiser la gestion des ressources agricoles et renforcer la résiliencerésilience face aux défis climatiques. Thales Alenia Space et ses partenaires, réunis dans un consortium d’entreprises européennes, ambitionne de fournir, d’ici fin 2026, une solution opérationnelle pour une gestion durable des cultures en Europe.
Comme le souligne Thales Alenia Space dans son communiqué, le jumeau numérique SaveCrops4EU reposera sur trois axes scientifiques majeurs :
- Surveillance avancée : utilisation de données satellitaires et d’indicateurs agronomiques pour analyser en temps réel les conditions des cultures.
- Prévision des rendements : modélisationmodélisation hybride qui combine des données d’observation de la Terreobservation de la Terre et des modèles de croissance des cultures pour estimer les productions à l’échelle régionale.
- Scénarios prospectifs : simulation de divers stressstress abiotiquesabiotiques (sécheresse, chaleurchaleur) et stratégies de gestion (irrigation, fertilisation), permettant de tester différentes options face aux défis climatiques.
Thales Alenia Space sera responsable de l’intégration et de la conception architecturale du système, veillant à ce que les résultats soient exploitables pour les utilisateurs finaux. Le jumeau numérique SaveCrops4EU sera évalué à travers quatre cas d’usage dans plusieurs pays (Belgique, Allemagne, Hongrie, Espagne) afin de garantir la précision et la pertinence des modèles élaborés pour la prise de décision agricole.
Ce projet s’inscrit également en résonancerésonance avec d’autres initiatives institutionnelles structurantes en Europe, telles que Destination Earth (DestinE), financée par la Commission européenne, et Digital Twin Earth (DTEDTE) de l’ESA, soutenue par plusieurs de ses États membres. L’objectif ultime de ces initiatives est de créer une réplique numérique de la Terre pour surveiller l’impact des activités humaines et naturelles, anticiper les phénomènes extrêmes, optimiser l’utilisation des ressources, minimiser l’empreinte environnementale et adapter les politiques climatiques en conséquence.
Le projet SaveCrops4EU pourrait avoir des retombées significatives pour l’agriculture européenne, notamment en matièrematière d’optimisation des rendements, de réduction des impacts environnementaux et d’amélioration de la résilience face aux défis climatiques. En combinant technologie, science des données et observations terrestres, ce jumeau numérique représente une avancée majeure vers une agriculture plus durable.
La parole à Sander Rouwette, Chef de projet SaveCrops4EU à Thales Alenia Space qui nous explique ces cas d’usage.
Futura : En quoi ce jumeau numérique se distingue-t-il des programmes existants comme Farmstar ?
Sander Rouwette : Ce jumeau numérique s’inscrit dans l’écosystèmeécosystème Destination Terre (Destination Earth/DestinE) de l’ESA, qui vise à créer une réplique numérique globale de notre Planète, tant dans le présent que dans le futur. Il prend en compte une multitude d’interactions entre l’Homme et l’environnement, ce qui est essentiel pour son bon fonctionnement.
Dans le secteur agricole, cette composante du jumeau numérique se concentre sur une partie de ces interactions. Les agriculteurs jouent un rôle crucial, non seulement en impactant directement l’utilisation des terres, mais aussi en interagissant avec d’autres acteurs dans ce domaine. À terme, ce jumeau numérique offrira un soutien à la majorité des acteurs du secteur agricole, ce qui signifie que les programmes existants en tireront également profit. Par exemple, nous collaborons avec CropOM en Hongrie, un fournisseur de services agricoles, sur un cas d’utilisation où notre jumeau numérique fournira des données supplémentaires pour enrichir leur service.
Futura : Quelle est la valeur ajoutée des jumeaux numériques par rapport aux programmes qui utilisent uniquement des données satellitaires, quels que soient les domaines concernés ?
Sander Rouwette : Les données satellitaires fournissent une vision instantanée de l’état actuel de notre Planète. Toutefois, le jumeau numérique va bien au-delà en utilisant ces données pour créer une représentation précise et dynamique de l’état de la Terre. Ce qui distingue particulièrement le jumeau numérique, c’est sa capacité à intégrer des modèles qui permettent des prévisions et l’expérimentation de différents scénarios dans un environnement numérique.
Cette fonctionnalité est essentielle, car elle permet aux utilisateurs de tester simultanément diverses hypothèses et de comparer les résultats, ce qui aide à prendre des décisions éclairées. Par exemple, il est possible d’évaluer l’impact de différentes doses d’engrais sur le rendement des cultures et sur la concentration en azote dans le sol à la fin de la saisonsaison – ce qui a des implications importantes pour la qualité des eaux souterraines.
“Ce qui distingue particulièrement le jumeau numérique, c’est sa capacité à intégrer des modèles qui permettent des prévisions et l’expérimentation de différents scénarios dans un environnement numérique”
Dans le cadre du projet SaveCrops4EU, nous examinerons ces scénarios pour déterminer lesquels peuvent être mis en œuvre avec les modèles dont nous disposons actuellement. Si certains scénarios ne sont pas réalisables, nous identifierons les aspects nécessitant un développement supplémentaire. Ces cas d’utilisation ouvriront la voie à de nouvelles opportunités visant à optimiser la production agricole (comme celle du bléblé ou des pommes de terrepommes de terre), tout en veillant à ce que les générations futures puissent également répondre à leurs besoins. Les données d’observation de la Terre sont incontournables pour établir une base de référence solidesolide, essentielle pour tester ces scénarios de manière efficace.
Futura : En quoi le fonctionnement de ce jumeau numérique diffère-t-il de celui des programmes existants qui utilisent des données satellitaires pour aider les agriculteurs à gérer leur production ?
Sander Rouwette : Cette solution vise à intégrer une variété de sources de données. En particulier, elle s’appuie sur les données d’observation de la Terre provenant des missions Copernicus, tout en n’étant pas limitée à celles-ci. Une différence clé réside dans la flexibilité offerte aux utilisateurs : selon les besoins identifiés lors des discussions sur les cas d’utilisation, il peut être nécessaire d’incorporer des informations supplémentaires que seul l’utilisateur final possède. Ce dialogue avec les parties prenantes est crucial pour adapter la solution aux réalités du terrain.
De plus, l’interaction entre le jumeau numérique et l’utilisateur final est un aspect fondamental de notre approche. Alors que les programmes existants fournissent souvent des données statiques ou des recommandations basées sur des algorithmes, notre jumeau numérique établit un échange dynamique qui permet aux agriculteurs de personnaliser leurs analyses en fonction de leurs besoins spécifiques. Cette capacité à interagir et à s’adapter ouvre de nouvelles perspectives pour la gestion agricole.
Futura : Sur la prospective, ce jumeau numérique sera-t-il capable de prédire l’ensemble des paramètres liés à l’activité agriculture (intrants, production, récolte, marchés financiers, coûts des matières premières…) en fonction de l’évolution d’un ou plusieurs paramètres liés au changement climatique ? Par exemple, sera-t-il capable de mesurer et d’évaluer l’impact du changement climatique sur l’agriculture selon que la hausse des températures est de 2, 3 ou 4 degrés ?
Sander Rouwette : Oui, c’est notre but. Notre vision pour la solution finale va au-delà de cette première version. Celle-ci se concentrera principalement sur l’utilisation des données d’observation de la Terre pour générer des informations saisonnières, constituant ainsi une base solide pour le système. Pour élargir ce dispositif aux activités mentionnées, il sera essentiel de rassembler une large gamme d’experts et de parties prenantes. L’intégration des données produites par les moteurs Destination Earth Digital Twin, qui analysent les scénarios climatiques à long terme, sera également cruciale pour le développement du système.
Il est important de noter que les défis à l’échelle continentale peuvent différer de ceux observés localement, et les solutions doivent être adaptées en conséquence. Pour qu’un jumeau numérique fonctionne efficacement, il faut soigneusement sélectionner les composants et les éléments constitutifs, ainsi que déterminer comment chaque cas d’utilisation pourra réutiliser ces éléments. Par exemple, les cultures comme les pommes de terre, le blé et le maïsmaïs ont des marchés, des zones de production et des besoins en intrantsintrants distincts. La modélisation de ces cultures et l’analyse de l’impact de leur production sur les marchés financiers et les chaînes d’approvisionnement nécessiteront des modèles spécifiques.
De plus, l’interaction des utilisateurs avec le système variera selon les cas d’utilisation. Pour garantir la qualité des données, il sera nécessaire de mobiliser des experts dans chaque domaine. Un jumeau numérique efficace doit prendre en compte tous ces paramètres et les orchestrer de manière cohérente. La première version de ce composant jumeau numérique posera les fondations de ce système complexe.
Futura : Qu’est-ce qui sera évalué en Belgique, en Allemagne, en Hongrie, en Espagne ?
Sander Rouwette : Le projet SaveCrops4EU vise à affiner des cas d’utilisation spécifiques en étroite collaboration avec les principales parties prenantes locales, et le domaine d’applicationapplication varie d’un pays à l’autre.
En Belgique, le projet se concentrera sur la gestion de la fertilisation, les conseils d’application et les niveaux de fin de saison, ce qui a un impact direct sur l’environnement. En Hongrie, l’accent sera mis sur l’amélioration d’un service existant par l’intégration de données supplémentaires. Les résultats des tests de prévision et de scénarios pourraient faciliter les demandes de prêt et améliorer les interactions entre agriculteurs et compagnies d’assurance.
En Allemagne, nous nous pencherons sur le stress des cultures et l’évaluation par simulation de scénarios de gestion alternatifs pour déterminer leur impact sur les rendements. Enfin, en Espagne, les cas d’utilisation concerneront principalement l’irrigation et la gestion de la sécheresse, en optimisant l’irrigation des eaux de surface et en tenant compte des conditions du sol pour prédire les rendements.
Ces cas d’utilisation constituent la base de la conception du système, tout en restant ouverts à l’intégration de nouveaux domaines d’application à l’avenir. Dans le secteur agricole, les permutations possibles entre le lieu, le type de culture, les conditions météorologiques et l’infrastructure existante sont considérables. En se concentrant sur quelques cas d’utilisation initiaux, nous pouvons démontrer la valeur du système tout en préparant le terrain pour une expansion future.
Sander Rouwette : La gestion et l’analyse des données dans notre projet reposent sur une combinaison de plusieurs techniques, car nous visons à intégrer une large variété de modèles et de flux de données. La solution sera déployée dans le cloud, tout en utilisant différents types de modèles scientifiques.
Nous intégrerons à la fois des modèles physiquesmodèles physiques et des modèles basés sur l’intelligence artificielleintelligence artificielle (IA), chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. En combinant ces approches, nous pourrons sélectionner le modèle le plus approprié en fonction de la situation spécifique.
De plus, certains de ces modèles nécessiteront l’utilisation de supercalculateurssupercalculateurs (HPC), qui seront également intégrés au système pour un traitement efficace des données. Il sera primordial de garantir que l’origine des données est traçable, afin d’assurer aux utilisateurs finaux que les informations qu’ils reçoivent sont fiables et correctes.
