Le changement climatique pose des défis majeurs, en particulier pour les sélectionneurs de plantes. Un robot de terrain intelligent et une technologie à rayons X les aident à sélectionner des variétés de plantes résistantes à la chaleur. Les capteurs de la machine de haute technologie ont été développés par le Centre de développement Fraunhofer pour la technologie des rayons X, une division de l'Institut Fraunhofer pour les circuits intégrés IIS.

Nos étés deviennent de plus en plus chauds. Cet été seulement, l'Allemagne a connu une vague de chaleur avec des températures allant jusqu'à 40 °C. La sécheresse qui en a résulté a également affecté les plantes. Avec un approvisionnement en eau abondant, ces plantes peuvent se refroidir par évaporation. Cependant, ils ne peuvent pas le faire en cas de stress hydrique. C'est pourquoi les phytogénéticiens espèrent développer des plantes tolérantes à la chaleur et à la sécheresse qui peuvent survivre avec moins d'eau, tout en produisant un bon rendement tout en nécessitant la plus petite quantité possible d'engrais et de pesticides.

Les sélectionneurs ont reçu le soutien des chercheurs de Fraunhofer EZRT, où pendant de nombreuses années des recherches ont été menées sur les technologies de détermination des phénotypes végétaux. Cela fait référence à leur apparence extérieure, qui comprend une multitude de facteurs tels que la taille des feuilles, la disposition des feuilles, l'épaisseur des racines et le rendement. « Depuis des milliers d'années, les gens sélectionnent des cultures en fonction de caractéristiques externes », explique le Dr Stefan Gerth, chef du département AMS du centre de développement Fraunhofer pour la technologie des rayons X. "Nous développons des technologies pour mesurer objectivement ces caractéristiques phénotypiques et optimiser l'élevage sur la base de ces données."

Utilisation de l'imagerie 3D pour prédire les rendements

Par exemple, l'équipe de recherche dirigée par le Dr Gerth a développé DeBiFix, un robot de terrain pour des applications agricoles. Au fur et à mesure que DeBiFix se fraye un chemin à travers des épis de blé denses, il prend en continu des images radiographiques des plantes. En même temps, il génère des images 3D à l'aide d'un système optique. Il s'agit d'informations importantes pour le sélectionneur propriétaire du champ dans lequel le robot travaille. Cela lui permet essentiellement de regarder à l'intérieur des épis de blé et de déterminer si la variété qu'il cultive produira un bon rendement.

Création de valeur biogénique et projet d'agriculture intelligente

L'objectif le plus important du projet transrégional d'agriculture intelligente Fraunhofer est de soutenir les éleveurs. Le Centre Fraunhofer pour les technologies de phénotypage des plantes est lancé à Triesdorf, en Bavière, dans le cadre de ce projet. À cet endroit, le Dr Gerth et ses collègues ont l'intention de développer leur expertise et de la traduire en application concrète. Triesdorf, la plus petite ville d'Allemagne dotée d'une université, abrite des instituts d'enseignement agricole et l'Université des sciences appliquées de Weihenstephan-Triesdorf, ce qui en fait un centre transrégional pour l'agriculture. Fraunhofer IIS travaille en étroite collaboration avec le centre de compétences pour l'agriculture numérique qui s'y trouve.

Sélectionner des variétés de plantes tolérantes à la chaleur

Dans la cabine de laboratoire pour le phénotypage des plantes dans des environnements à climat contrôlé au Fraunhofer EZRT à Fürth, le Dr Gerth montre comment les sélectionneurs travailleront à l'avenir. Sur l'étroit tapis roulant devant la machine à rayons X, des pots de diverses plantes cultivées sont disposés en rangées soignées. La porte de l'appareil à rayons X s'ouvre et un pot roule à l'intérieur. Une fois la porte fermée, le pot subit une tomodensitométrie, entre autres tests. Cinq minutes plus tard, c'est l'heure du pot suivant.

"Il y a plus de dix ans, nous avons commencé à radiographier les plants de pommes de terre pour obtenir des informations sur la croissance des tubercules", rapporte le Dr Gerth. "Sur la base des scans aux rayons X 3D, nous pouvons déterminer le poids des tubercules sans avoir à les déterrer." Ce processus est utilisé pour des tâches telles que la sélection de variétés particulièrement résistantes à la chaleur. Pour cela, les plantes sont placées sous contrainte thermique à l'intérieur de la cabine du laboratoire. Les scans montrent ensuite quelles plantes résistent le mieux au stress, formant des tubercules solides malgré la chaleur.

Alors que seules les racines et les tubercules épais pouvaient être radiographiés avec les premiers scanners de tomographie par ordinateur, les nouveaux systèmes peuvent également capturer la délicate structure racinaire souterraine du blé. "Notre nouvel appareil à rayons X est le système le plus moderne et le plus puissant pour radiographier des parties de plantes souterraines", déclare le Dr Gerth.

Les chercheurs de Fraunhofer EZRT réalisent également une imagerie numérique 3D des parties des plantes qui sont au-dessus du sol, telles que les feuilles et les épis de blé. Ces données peuvent être utilisées pour déterminer plus que la surface de la feuille - les images 3D fournissent également des informations sur la tolérance à la chaleur de la plante. La plante lève-t-elle ses feuilles pour se protéger du soleil ? Recroqueville-t-il ses feuilles à cause du stress ?

Utiliser l'IA pour analyser les phénotypes de plantes individuelles

L'efficacité des systèmes de reconnaissance optique des plantes de Fraunhofer EZRT a été clairement démontrée dans un champ d'essai chez l'entreprise semencière Strube D&S GmbH. Dans ce cas, le deuxième prototype BlueBob a été utilisé, un robot de terrain qui navigue tout seul et élimine automatiquement les mauvaises herbes dans les champs de betteraves sucrières. En se déplaçant entre les rangées, il enregistre des images de toutes les plantes vivantes à l'aide de caméras multispectrales.

« En utilisant l'intelligence artificielle, le phénotype de chaque plante individuelle est analysé et classé comme plante adventice ou betterave », explique Christian Hügel, responsable du centre technique de recherche sur les semences chez Strube. Si BlueBob 2.0 identifie une mauvaise herbe, il l'enlève du sol avec ses outils de binage. Il enlève les mauvaises herbes aussi bien entre les rangs (à l'aide d'outils statiques) qu'à l'intérieur des rangs (à l'aide d'outils mobiles). En conséquence, presque toutes les mauvaises herbes autour des plants de betteraves sont éliminées. Cela signifie que l'utilisation de désherbants chimiques peut être considérablement réduite.

L'un des principaux lots de travaux du nouveau centre de Triesdorf consistera à traiter les données obtenues lors du phénotypage. "Notre objectif principal est d'utiliser notre technologie pour soutenir les sélectionneurs de plantes de petite et moyenne taille", souligne le Dr Gerth. + Explorer plus loin

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