Mardi 23 Octobre
 Le Global Positionning System (Système de Positionnement Global en français) abrégé GPS est une technologie dont on parle de plus en plus dans le monde agricole et qui se décline sous de multiples utilisations (guidage, modulation d’intrants, etc.).
 
Le but des pages qui suivent est de comprendre les bases de la technologie puis d’aborder les différentes utilisations et solutions techniques concrètes pour le monde agricole.
 
 
Le GPS : Une histoire de militaire
 
Le GPS est une technologie développée dans les années 1970 par le département de la défense des états unis d’Amérique. Il avait pour but de fournir deux informations simultanées en n’importe quel lieu de la planète : une position et une heure. Ainsi par déduction, on obtient une vitesse, une trajectoire, une altitude, etc. précieuses informations pour la surveillance et le guidage de missile par exemple.
 
Rapidement la technologie c’est élargie au domaine civil qui nous concerne aujourd’hui. Mais le contrôle du système revient toujours à l’armée américaine qui peut techniquement et à tout moment en diviser la précision fournie par environ 100 mais ne l’a encore jamais fait.
Pour solutionner toutes les conséquences d’un tel monopole différents systèmes sont apparus mais ne sont pas encore totalement opérationnels avec notamment GLONASS (Russe) et GALILEO (Origine européenne).
 

 
Principe général de fonctionnement
 
Le positionnement par GPS est permis par l’utilisation d’un récepteur spécifique et de plusieurs satellites émetteurs. Point fondamental : un appareil de guidage n’émet pas de signal, il ne fait qu’analyser les signaux qu’il reçoit (satellite, station de correction, etc.)
Ces signaux sont émis de manière continue par une flotte de satellites en orbite autour de la terre. Pour les récepteurs utilisés dans le monde agricole il faut recevoir simultanément le signal de 4 satellites minimum, la précision du positionnement augmentant avec le nombre de signaux reçus.
 
Il existe deux types de précision : statique et dynamique. La partie statique donne l’erreur de position maximale d’un récepteur solidaire du sol sur une durée de 24h, elle n’a pas d’utilité pour les applications agricoles (technologie du géomètre).
C’est donc la précision dynamique qui nous intéresse : elle mesure l’erreur de positionnement entre deux passages identiques à un quart d’heure de temps près et pour 95 % des cas.
 
Autrement dit une précision dynamique de +/- 25 cm signifie que pour deux passages en aller-retour d’un outil le recoupement ou le manque est compris entre 0 et 25 cm pour 95 % du temps.
 
 
Les différentes technologies et précisions
Le GPS standard :
 
Il est gratuit et utilisé notamment par les systèmes de navigations automobiles. Il permet selon le niveau de technologie d’obtenir une précision d’une cinquantaine de mètres à quelques mètres, ce qui suffit amplement à définir sur quelle route se déplace une voiture, mais est inutilisable dans nos applications.
 
Ce qu’il faut bien comprendre est que l’erreur de mesure provient pour une faible part du niveau de qualité de fabrication du récepteur et pour une très forte part des problèmes de transmission du signal (du satellite au récepteur). Ce signal est altéré au moment de traverser les différentes couches de l’atmosphère et subi différentes autres perturbations. Globalement, la perturbation évolue lentement et sa valeur est donc la même pour une vaste zone, par exemple un décalage de 50 cm vers le sud pour un espace de la taille d’un pays.
 
Aussi ce signal standard est corrigé par différents moyens.


 
 
Le DGPS ou GPS Différentiel :
 
Il permet d’apporter une correction importante en définissant la direction et l’amplitude du décalage. Concrètement on place des balises équipées d’un GPS à des endroits dont on connaît très précisément la localisation. Ainsi, on va définir pour chacune de ces balises la correction à apporter et renvoyer cette information à des satellites géostationnaires[1] (autres que ceux qui fournissent le signal GPS).
La correction est donc apportée en temps réel au récepteur terrestre qui utilise le signal standard ainsi que la correction. Il existe ainsi différentes corrections comme le système européen EGNOS, pour European Geostationary Navigation Overlay Service qui est gratuit et offre une précision dynamique de +/- 15 à 20 cm qui devrait s’améliorer dans les années à venir.
 
 
Depuis quelques années, des réseaux commerciaux proposent cette correction avec des précisions de +/- 6 à 12 cm comme le système OMNISTAR. Mais pour bénéficier de cette correction plus précise, vous devrez vous acquitter de l’abonnement annuel d’environ 1200 € HT pour un système OMNISTAR XP +/- 8 à 12 cm ou d’environ 1600 € HT pour une correction OMNISTAR HP de +/- 6 à 10 cm.
 
 
 
La Correction RTK:
 
 
Le Real Time Kinematic en anglais ou Cinématique Temps Réel en français est actuellement la technologie de positionnement la plus précise pour le guidage en agriculture. Sur le plan technique elle utilise les données DGPS et GPS. En plus de ces corrections reçues des satellites, le récepteur GPS-RTK reçoit une correction par onde radio provenant d’une balise très proche (15 km maximum). La proximité de cette balise permet une grande précision de la correction qui est de +/- 2,5 cm. Le principe de calcul de la correction de la balise RTK est le même que celui des balises de correction DGPS. En revanche, ces balises RTK sont achetées, alimentées en électricité et entretenues par l’utilisateur (codage du signal radio pour éviter les autres utilisateurs).
 
Avec ce système vous n’avez plus besoin d’une correction payante, mais l’investissement (qui varie suivant la portée de l’onde radio) atteint environ 10 000 € HT pour la balise seule. Elle existe en version fixe avec un socle béton ou déplaçable sur trépied avec l’inconvénient du délai de mise en fonctionnement de l’antenne (quelques heures pour obtenir un signal précis).
 

 
Tableau comparatif du choix de la correction
(Ne tient pas compte de l’équipement embarqué)
 
Correction
Type de correction
DGPS EGNOS
DGPS payante Bas de gamme
DGPS payante haut de gamme
RTK
Frais Annuel
Aucun
Environ 1200 €
Environ 1600 €
Entretien de l’antenne
Investissement initial
Aucun
Aucun
Aucun
10 000 € ou plus
Précision
+/- 15 à 20 cm
+/- 8 à 12 cm
+/- 6 à 10 cm
+/- 2 à 2.5 cm

Le guidage
 
(Du plus simple au plus compliqué en terme de technologie)
  

Le GPS d’arpentage :
 
Il est utilisé pour la cartographie des parcelles, il permet de définir les périmètres d’une parcelle, de localiser géographiquement les prélèvements de terre effectués pour une analyse, etc. Il prend le plus souvent la forme d’un appareil nomade avec antenne intégrée ou même parfois d’un récepteur GPS utilisé avec un pocket PC. Il est très proche du système utilisé en randonnée.
Les prix sont très variables en raison des différences de précision ainsi que de qualité du logiciel d’accompagnement et d’utilisation des données. Pour une utilisation agricole, ils débutent aux environs de 500 € en entrée de gamme et pour des précision n’allant pas en dessous de +/- 10 cm (avec abonnement payant).
 
 
La barre de guidage :
 
Ce dispositif est relativement répandu dans l’agriculture. La technologie est sensiblement identique avec des précisions comprise entre +/- 20 cm et +/- 6 cm pour les versions les plus performantes avec abonnement payant. La raison est simple, la barre de guidage est une assistance à la conduite, elle indique la position du tracteur par rapport à une ligne (ou une courbe) de référence.
 
Généralement transmise sous la forme d’une suite de diodes électroluminescentes (LED) ou sur un écran large, ce dispositif indique au chauffeur la correction de trajectoire à apporter (droite/gauche). Avec ce dispositif il y a donc une erreur humaine inévitable, car quand le chauffeur voit l’une des LED s’allumer, c’est qu’il est déjà hors de sa trajectoire, de plus il y a un temps de réaction qui peut devenir gênant à vitesse élevée et une concentration qui peut se révéler pénible.
 
Ce système facilement déplaçable se justifie en l’absence de repères et de jalons (sur une prairie, une céréale non jalonnée, etc.), il est utilisable pour la pulvérisation, le semis en ligne, les épandages d’engrais ou de matières organiques mais ne permet pas d’effectuer des travaux de précision comme le binage ou le semis de précision.
 
L’intérêt de ces systèmes est proportionnel à la précision qui est très variable, tout comme le prix (de 2500 à 5000 €) et la présence ou non d’une correction à abonnement payant (de 1000 € et plus).


L’autoguidage :
 
Comme son nom l’indique, il ne s’agit pas d’une assistance à la conduite mais bien un système de substitution au conducteur pour le suivi d’une trajectoire. Là encore la technologie évolue puisque ce qui était précédemment une information visuelle (LED) devient une correction sur la direction du tracteur. Il existe deux grandes familles de correction : par moteur électrique sur le volant (roulette extérieure ou moteur et crantage intérieur) ou par action sur le circuit hydraulique de direction. Bien évidemment le premier est plus facilement déplaçable, mais le deuxième est mieux protégé, légèrement plus réactif et surtout monté d’origine par certain constructeur (garantie du tracteur).
 
Concernant la précision du système, elle peut aller de +/-20 à +/- 2 cm, autrement dit toutes les offres de correction sont disponibles. Elles permettent pour les versions les plus évoluées de guider une bineuse inter rangs, une arracheuse par exemple et bien sûr tous les autres matériels fonctionnants en aller-retour : pulvérisation, apport d’engrais, fumure, semis, travail du sol, etc.
 
Le gain potentiel (de carburant ou d’intrants) atteint ici sont maximum, de même que le confort pour le chauffeur qui, même s’il manque d’expérience (et doit donc être logiquement moins difficile à trouver et moins coûteux) réalise un travail de grande précision.
 
En terme de prix, ce genre d’équipement, plus lourd à déplacer (antenne sur le toit, dispositif de commande et console) s’acquiert entre 6000 et 15 000 €, là encore en fonction de la précision et des fonctionnalités annexes (voir la suite). A cette investissement il faut ajouter soit un abonnement annuel de plus de 1000 €, soit investir dans une antenne RTK pour 10 000 € au moins.
 

Les différents modes de suivi :
 
Il faut savoir qu’un système de guidage ou d’autoguidage à différents modes de fonctionnement : il peut travailler en ligne et/ou en courbe, et gérer les tracés de passages de six façons différentes en fonction des utilisations, la principale variation étant le choix de « redresser » les passages après avoir évité un obstacle (mode en parallèle) ou de se contenter de suivre le passage précédent en reproduisant le décalage (mode adapté).
   

Les précautions avant de choisir son équipement :
 
Lors d’un projet d’acquisition de dispositif GPS, il convient évidemment de bien définir ses besoins (précision, nombre de tracteurs utilisés, assistance à la conduite ou autoguidage, etc.) mais aussi de penser à l’évolution probable de l’activité (évolution du nombre d’automoteur, de l’utilisation, fonctions complémentaires). En effet de nombreux systèmes se disent polyvalents ou évolutifs, mais cette évolution a des limites.
 
Ex : une barre de guidage à LED ne vous permettra jamais de faire un autoguidage ou de disposer d’une précision de +/- 2 cm. Dans ce cas choisissez une assistance au guidage sous forme d’un écran couleur avec une antenne posée sur le toit. Certes plus cher, le système sera potentiellement évolutif en précision et en utilisation (pas obligatoire).
 
Dans le même esprit, certains boîtiers proposent en plus de la technologie GPS un système complémentaire (ultrasons, caméra avec analyse d’image, palpeurs) utilisable pour le guidage en cas de perte du signal ou en cas d’éloignement de la balise de correction (RTK).
 

Les fonctionnalités complémentaires
La coupure automatique des tronçons :
 
(La coupure automatique des tronçons pour pulvérisateur et ouverture automatique des trappes pour épandeur centrifuge d’engrais)
 
A partir de l’information de position du GPS et en connaissant la largeur de travail, le moniteur va gérer automatiquement l’ouverture des tronçons. Le principe est le même pour les trappes d’un épandeur centrifuge à engrais, avec pour certains constructeurs une variation du point de chute et/ou de la vitesse du disque.
Pour que le conducteur garde la maîtrise et la surveillance du travail, le moniteur dispose le plus souvent d’un grand écran et symbolise l’application (d’engrais ou de produit phytosanitaire) par un changement de la coloration.
 
Ce système est très intéressant pour les parcellaires en pointes (évite les recoupements) particulièrement avec des rampes larges, mais aussi pour des applications à grande vitesse. Il offre également un confort de conduite indéniable et évite les fausses manipulations.
Pour ce genre de système, il faut compter (en fonction de l’équipement du pulvé ou de l’épandeur à engrais) entre 2300 et 4500 € en plus du coût du guidage GPS. De plus, pour les coupures de tronçons, il est préconisé de disposer d’une circulation continue du produit, pour plus de réactivité.
  

La cartographie parcellaire :
 
Une autre possibilité de certains systèmes GPS est l’enregistrement de l’hétérogénéité à l’intérieur d’une parcelle (ex : cartographie de rendement sur une moissonneuse batteuse). Ce dispositif implique la possibilité d’une part de quantifier les variations intra parcellaire (capteur de rendement) et d’autre part d’enregistrer cette variation. Ces données récoltées pendant le travail doivent pouvoir être exportées pour les valoriser, car la cartographie n’est pas une fin, mais un moyen de la réduction des intrants.
A partir d’un logiciel spécifique et en croisant différentes donnés (rendement, analyse de sol, colorimétrie de la végétation, densité des pieds) qui sont toutes localisées dans la parcelle, on peut établir une cartographie de la dose optimale à apporter (engrais, traitements, fumures).
 
Arrive alors la deuxième utilisation du GPS, qui à partir de la carte précédemment obtenu, va commander l’outil (pulvé, épandeur) pour faire varier automatiquement la dose en fonction de la zone travaillée. Evidement ce type de modulation, est très complexe et nécessite un lourd investissement que ce soit en matériels ou en outils de traitement de données (logiciel, analyse, etc.).
 

 
 
Article rédigé par Stéphane Chapuy de la FDCUMA 41 pour le groupe des conseillers machinisme de la Région Centre. Votre contact départemental : Sylvain Deseau, Chambre d’Agriculture du Loiret.
 


[1] Satellite qui garde une position constante en altitude au dessus d’un point de la terre et transmet donc des signaux de manière permanente, mais ne couvre qu’un espace réduit, ex : réception de chaînes de télévision par satellite avec une parabole immobile.