Des chercheurs ont mis au point un nouveau système d'imagerie conçu pour surveiller la santé des cultures au champ ou en serre. La nouvelle technologie pourrait un jour économiser beaucoup d'argent et de temps aux agriculteurs en permettant un équipement agricole intelligent qui fournit automatiquement aux plantes de l'eau ou des nutriments dès les premiers signes de détresse. Avec le développement ultérieur, le système a le potentiel d'être utilisé à bord de véhicules aériens sans pilote pour surveiller à distance les cultures.

Le système d'imagerie détecte la fluorescence émise par la chlorophylle, un pigment qui donne aux plantes leur couleur verte et est essentiel pour absorber la lumière du soleil que les plantes utilisent pour créer de l'énergie grâce à la photosynthèse. La surveillance de la chlorophylle et de la façon dont la photosynthèse est effectuée dans une plante donne un aperçu de la santé et de la croissance des plantes.

Dans le journal de la Société d'optique Optique appliquée , des chercheurs dirigés par Xu Liu de l'Université du Zhejiang en Chine détaillent leur nouveau système d'imagerie des cultures. Il peut imager une zone mesurant 45 sur 34 centimètres, environ quatre fois plus grand que les imageurs de chlorophylle disponibles dans le commerce.

"La plupart des instruments utilisés pour l'imagerie par fluorescence de la chlorophylle ne conviennent qu'à un usage en laboratoire, mais nous voulons développer un système capable de surveiller la santé des cultures dans un champ ou une serre, " dit Haifeng Li, membre du groupe de recherche. "La grande zone de détection de notre imageur de cultures nous rapproche de cet objectif."

En plus d'aider les agriculteurs à vérifier la santé des cultures, le nouveau système sera utile pour étudier comment les plantes réagissent aux changements des conditions de croissance et pour le phénotypage à haut débit, une méthode automatisée utilisée dans la recherche et le développement des cultures pour analyser comment les modifications génétiques affectent les caractéristiques des plantes telles que la taille des feuilles ou la résistance à la sécheresse dans un grand nombre de plantes. La technique pourrait également être modifiée pour la microscopie, permettant l'imagerie de la photosynthèse à l'intérieur des cellules végétales.

« L'imagerie par fluorescence de la chlorophylle a été largement utilisée dans la recherche universitaire, " a déclaré Li. "Notre système permettra à cette technique d'aller au-delà du laboratoire, où il peut être utilisé pour développer et étudier des cultures à plus haut rendement, par exemple."

Plus de données offrent une meilleure image

La zone d'imagerie limitée des imageurs à fluorescence de la chlorophylle disponibles dans le commerce restreint ces instruments à l'imagerie, au plus, un ou deux semis à la fois. En réalité, certains imageurs ne capturent la fluorescence que de quelques feuilles à la fois. Parce que la photosynthèse peut varier d'une plante à l'autre et même d'une feuille à l'autre, de nombreuses images devraient être acquises pour obtenir une image de la croissance globale des cultures.

Dans une image, le nouvel imageur de récolte peut capturer la fluorescence de sept ou huit semis, selon leur taille. Ces plantes supplémentaires fournissent suffisamment de données pour obtenir une image fidèle de la santé des cultures à partir d'une seule image. Les chercheurs ont également incorporé un mécanisme de balayage qui augmente la zone d'imagerie à 2 mètres de large.

"En acquérant une grande quantité de données, notre système peut réduire considérablement l'erreur impliquée dans l'analyse de l'état physiologique d'une culture et l'efficacité du suivi des conditions de croissance des cultures, sans nécessiter d'échantillonnage répété, " dit Li.

Éclairage de grande surface

La détection de la fluorescence de la chlorophylle nécessite que le pigment soit illuminé avec une lumière qui excite les molécules de la chlorophylle, les obligeant à émettre de la lumière. Les chercheurs ont utilisé 16 modules d'éclairage dotés chacun d'une LED haute puissance pour créer cette lumière d'excitation.

Pour chaque module d'éclairage, les chercheurs ont conçu une série de lentilles et de composants optiques qui ont créé une zone d'éclairage rectangulaire grâce à un processus appelé remodelage ponctuel. La lumière de chaque module a été focalisée sur le centre de la zone d'imagerie et superposée pour créer un éclairage puissant et uniforme.

« La zone d'imagerie de 45 x 34 centimètres est la plus grande disponible pour ce type de système d'imagerie, ", a déclaré Li. "Notre instrument utilise de manière unique le remodelage des spots d'éclairage à LED pour obtenir un éclairage uniforme sur toute la zone d'imagerie et pour garantir que la majeure partie de l'énergie lumineuse est utilisée pour l'éclairage et non gaspillée."

Les chercheurs ont testé le nouveau dispositif en l'utilisant pour imager des semis de concombre cultivés dans des conditions stressantes impliquant une carence en eau ou en azote. Dans les deux cas, l'instrument a montré des changements dans la fluorescence de la chlorophylle qui correspondaient au déclin de la santé des plantes au fil du temps.

Les chercheurs travaillent maintenant à augmenter l'utilisation de l'énergie lumineuse du système en améliorant les techniques de fabrication, telles que l'incorporation de revêtements de lentilles, utilisé pour fabriquer les composants optiques. Ils souhaitent également réduire le poids et le volume de l'imageur pour le rendre plus mobile et plus pratique pour une utilisation sur le terrain et dans les serres.