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Agriculture et Agroalimentaire Canada et Microsoft Research s’associent pour remporter le concours international de conception de serres

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À quoi ressembleront « les serres de demain »?

Un récent concours organisé par le centre de recherche de l’Université de Wageningen, aux Pays-Bas, et par Tencent, une société commanditaire, a mis les meilleurs chercheurs et experts au monde au défi de créer un système de contrôle des serres basé sur l’intelligence artificielle (IA) qui permettrait d’obtenir une bonne récolte avec des ressources limitées et le moins d’intervention humaine possible.

L’équipe gagnante qui a accompli cet exploit – l’équipe Sonoma – comprenait notamment Xiuming Hao, expert en physiologie des cultures en serre et en économie d’énergie du Centre de recherche et de développement (CRD) de Harrow.

« L’entreprise Microsoft Research (MSR) a entendu parler des recherches sur les concombres de serre que réalise le CRD de Harrow et nous a demandé de collaborer avec elle pour le concours », explique M. Hao. « Ces dix dernières années, nous avons mis au point des systèmes durables permettant de produire des concombres sur cordes toute l’année. Ils ont fourni une très bonne base pour ce concours. », ajoute-t-il.

Concours international de conception de serres autonomes (Autonomous Greenhouse Challenge)

Le premier concours international de conception de serres autonomes, le Autonomous Greenhouse Challenge (en anglais seulement), s’est déroulé du 27 août au 7 décembre 2018. Cinq équipes de neuf pays ont été sélectionnées pour prendre part au concours. Le centre de recherche de l’Université de Wageningen a mis à la disposition de chaque équipe 96 mètres carrés de serre pour y faire pousser des concombres, qui était la culture choisie. Les notes portaient sur la rentabilité (bénéfice net [valeur de la production moins tous les intrants] – 50 % de la note), la stratégie d’IA (30 %) et la durabilité (20 %).

Dirigée par Kenneth Tran, de MSR, et conseillée par M. Hao, d’AAC, l’équipe Sonoma a fait pousser plus de 55 kilogrammes de concombres par mètre carré et réalisé un bénéfice net supérieur de 25 % à celui de l’équipe qui s’est classée deuxième. L’équipe Sonoma a utilisé moins d’intrants (engrais, eau, énergie, pesticides, etc.) que toutes les autres et a également eu le meilleur résultat pour la durabilité totale.

M. Hao, qui a pu compter sur le soutien technique de Jingming Zheng et de Quade Digweed (tous deux du CRD de Harrow) et sur le soutien de Shalin Khosla (du ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et des Affaires rurales de l’Ontario, au CDR de Harrow) au chapitre de la production agricole, a déclaré ceci : « Microsoft Research possédait l’expertise en intelligence artificielle, mais il faut aussi une expertise dans les sciences relatives à la culture en serre et à l’éclairage des serres pour obtenir une bonne production agricole. C’est là que nous sommes intervenus. »

Cultiver des concombres à distance

Avant de planter les semences en serre, l’équipe a eu beaucoup de décisions à prendre : le type de plant à repiquer, la densité de semis, le système de contrôle de l’irrigation et l’intensité de l’éclairage. Chaque choix finit toutefois par avoir une incidence sur le rendement et sur la qualité du produit final (valeur de l’extrant) et l’apport de ressources (coût des intrants), ce qui a des répercussions sur la note globale. « Nous avons opté pour une stratégie reposant sur une densité de semis élevée et un éclairage intense », explique M. Hao. « Avec une densité de semis élevée, on peut obtenir un rendement élevé, mais la production peut parfois être de mauvaise qualité par la suite. Avec un éclairage intense et un délai de quatre mois, je savais que nous allions nous en sortir. De plus, l’électricité est moins chère aux Pays-Bas qu’au Canada. »

Les membres de l’équipe ont été autorisés à entrer dans la serre la veille du concours seulement, et ils ont installé différents capteurs et des cybercaméras. Par la suite, l’entrée dans la serre leur a été interdite pendant quatre mois, jusqu’à la fin du concours. Tout était commandé à distance à partir de Redmond, dans l’État de Washington, à plus de 5 000 km de la serre qui se trouvait aux Pays-Bas.

Tous les matins, M. Hao vérifiait les données (climat contrôlé, croissance des plants, rendement des concombres, qualité et intrants) sur le site en ligne du projet de l’équipe. Il examinait quelques-unes des 300 photos prises par les caméras. Il réglait les problèmes et proposait au besoin des modifications des paramètres de contrôle. Chaque semaine, il discutait avec ses collègues de Microsoft Research et des provinces des progrès et des modifications nécessaires.

Une collaboration gagnante

« Dans l’ensemble, notre culture était vraiment en bonne santé grâce à un climat bien contrôlé et à une bonne gestion de la culture », explique M. Hao. « Les êtres humains ont besoin de dormir, mais les ordinateurs et l’IA peuvent assurer la surveillance des cultures en tout temps pour une optimisation continue. Ce concours est une excellente façon de montrer que l’IA peut aider les producteurs à améliorer leur rentabilité et la durabilité environnementale. »

M. Hao et le CRD de Harrow continueront à travailler en collaboration avec le service d’IA de Microsoft Research pour soutenir l’industrie des cultures de serres au Canada et dans le monde entier. La synergie qu’ils ont créée rend l’avenir de la culture en serre très prometteur.

Principales découvertes et avantages

Photos

De nombreux plants de concombres hauts et feuillus poussent à la verticale dans la serre utilisée par l’équipe Sonoma.
La culture de concombres de l’équipe Sonoma dans la serre du centre de recherche de l’Université de Wageningen, le 15 novembre 2018.
Trois hommes souriants, vêtus de sarraus blancs, se tiennent debout dans la serre du Centre de recherche et de développement de Harrow, au milieu de végétaux feuillus qui poussent à la verticale.
Xiuming Hao (AAC, CRD de Harrow), Shalin Khosla (spécialiste de la culture des légumes en serre, MAAARO) et Kenneth Tran (ingénieur principal, Microsoft Research) au Centre de recherche et de développement de Harrow.

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