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L'étonnante serre automatisée de M. Hao

Dr. Xiuming Hao, Shalin Khosla, et Dr. Kenneth Tran dans une serre.
Pour remporter le défi, en 2018, il fallait rassembler plusieurs experts au sein d’une équipe de rêve! Sur la photo, on voit Xiuming Hao, Shalin Khosla, spécialiste de la culture des légumes en serre à la retraite, et Kenneth Tran au Centre de recherche et développement de Harrow. Photo prise en 2018 par Glenna Cairnie.

Avec la magie qui surgit quand il combine son expertise horticole à l’intelligence artificielle (IA), Xiuming Hao, (Ph. D.), n’a rien à envier à dame Nature. Le chercheur d’Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) a consacré toute sa carrière à exercer un genre de magie verte et croquante qui produit des tonnes et des tonnes de concombres en un temps et un espace limités. Ses compétences ont été mises à l’épreuve lorsque son équipe a pris part à un concours international visant à maîtriser l’IA pour améliorer la sécurité alimentaire.

Devenir le roi du concombre d’AAC

M. Hao connaît bien la culture des aliments : il a entamé sa carrière en recherche horticole sur les terres familiales de blé et de soja dans sa Chine natale. C’est ainsi qu’est née une passion pour l’agriculture qui ne s’est jamais tarie. En vieillissant, M. Hao ne s’est jamais aventuré bien loin de la culture de plein champ, lui qui a récolté des diplômes à l’échelle internationale dans des domaines allant de l’horticulture à la physiologie végétale. Ses études l’ont finalement mené à l’endroit qu’il considère comme l’épicentre de l’excellence en recherche horticole : le Centre de recherche et de développement de Harrow d’AAC.

Dès son premier jour de travail, en 1995, M. Hao a entrepris ses travaux de recherche sur le concombre. Il a choisi de se concentrer sur ce légume, car il s’agit de l’une des plus importantes cultures en serre, et que le Canada brille dans la production de cette plante potagère. La capacité du Dr Hao à tirer profit de l’IA pour la culture du concombre est alimentée par sa passion à « travailler avec les technologies pour aider les producteurs, en particulier ceux qui privilégient la culture en serre ».

Embarquer dans l’aventure

L'expertise du Dr Hao en matière de concombre a finalement attiré l'attention du Dr Kenneth Tran, qui travaillait alors pour Microsoft Research (en anglais seulement).

M. Tran a fait la connaissance de M. Hao au moment où il cherchait à recruter des coéquipiers pour l’accompagner dans ses aspirations à remporter le premier Défi international sur les serres autonomes (en anglais seulement). Le défi est une création du centre de recherche de l’Université de Wageningen, aux Pays-Bas, et vise à démontrer l’importance de l’IA pour la sécurité alimentaire, à un moment où la population mondiale dépasse les 7,8 milliards de personnes et où les changements climatiques et les ressources naturelles limitées bousculent les pratiques agricoles actuelles.

« J’ai lu sur les recherches de M. Hao et je l’ai contacté pour savoir s’il voulait nous rencontrer et discuter du projet, indique M. Tran, qui agissait comme chef d’équipe. Après avoir pris connaissance de ses travaux en serre à AAC, je savais qu’il serait un bon allié. »

MM. Hao et Tran ont recruté des membres dans différentes provinces, universités, sociétés privées et ailleurs, et sont parvenus à réunir Chetan Bansal, du centre de recherche de Microsoft, David Katzin, étudiant au centre de recherche de l’Université de Wageningen, Shalin Khosla, du ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et des Affaires rurales de l’Ontario ainsi que Jingming Zheng et Quade Digweed, d’AAC.

Les deux chercheurs avaient bon espoir d’arriver à cultiver des concombres dans une serre entièrement contrôlée par l’IA, mais l’échéancier serré du concours – seulement quatre mois – ainsi que les grandes distances à parcourir compliquaient un peu les choses. La serre se trouvait aux Pays-Bas, à des milliers de kilomètres de l’équipe de M. Hao au Centre de recherche et de développement de Harrow, en Ontario, et des bureaux du centre de recherche de Microsoft, dans l’État de Washington, aux États-Unis.

Une équipe en or… vert

Le savoir de M. Hao et l’attention qu’il porte aux plus petits détails horticoles allaient de pair avec les compétences en IA de M. Tran, dont le tableau de bord informatisé est parvenu à amoindrir les énormes distances imposées dans le cadre du défi.

« Au fil des ans, j’ai réussi à concevoir des systèmes durables pour la production à l’année de concombres de serre tuteurés sur fils verticaux, ce qui a constitué une très bonne base pour le concours, mentionne M. Hao. Les réunions d’équipe étaient très animées, avec de jeunes membres qui posaient beaucoup de questions. Notre dynamique d’équipe était très bonne, très collaborative. Nous avions un but commun, mais les autres n’avaient jamais cultivé de concombres auparavant! Ils posaient tellement de questions et tentaient toujours de trouver une justification à chaque décision. Ils avaient une véritable volonté d’apprendre! »

Mais l’équipe a connu quelques écueils. Des fluctuations dans l’état des cultures ont causé quelques vagues de stress. M. Hao examinait 300 photos de concombres par jour à la recherche des plus infimes signes d’un désastre imminent. Placées à des températures élevées, les plantes peuvent engendrer de petites feuilles, ce qui se reflète dans la taille des concombres. Toute modification de la taille des feuilles incitait l’équipe à peaufiner son modèle au moyen du tableau de bord de M. Tran.

Les résultats

Les plantes de concombres dans la serre du centre de recherche de l’Université de Wageningen
Les plantes de concombres de M. Hao dans la serre du centre de recherche de l’Université de Wageningen. Cette photo a été prise automatiquement à l’aide d’une caméra Web intégrée au système de suivi de la croissance.

Les cinq équipes internationales participant au concours ont toutes appliqué des stratégies différentes pour tirer parti des 96 mètres carrés d’espace de serre mis à leur disposition et contrôlé à distance. Les résultats étaient éloquents : l’équipe de MM. Tran et Hao a produit 55 kilos de concombres par mètre carré, un volume qui leur a valu la première place. Cela représente près de 14 400 concombres en tout juste quatre mois, soit une production supérieure de 25 % à celle de l’équipe occupant la deuxième place.

Leur équipe est aussi celle qui a utilisé le moins d’engrais, d’eau, d’énergie et de pesticides. Le tableau de bord de M. Tran a été un élément central dans l’obtention du meilleur pointage pour la durabilité totale. « Normalement, il faut beaucoup d’efforts pour calculer le coût en électricité et en chauffage avant de corriger le tir. Avec notre tableau de bord, on pouvait le voir tout de suite! », indique M. Hao.

La victoire de l’équipe souligne l’importance de l’IA pour l’avenir de la production alimentaire et positionne le Canada comme chef de file à cet égard. « Avec l’IA, tout est enregistré tout le temps. C’est impossible d’arriver à un tel résultat uniquement avec des gens qui surveillent les cultures », ajoute-t-il.

Cette victoire constitue également une étape importante pour résoudre le problème de l’insécurité alimentaire. L’engagement de M. Hao et de son équipe envers la science horticole, l’intelligence artificielle et le simple concombre ouvrent la voie à un avenir croquant, nourrissant et automatisé.

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