Des capteurs sous les feuilles pourraient fournir des rapports en direct sur le bien-être des cultures

Pour surveiller la santé des cultures, les images aériennes prises par des avions volant au-dessus de nos têtes ne nous en diront pas plus. C'est là qu'intervient un nouveau capteur spectral expérimental, monté directement sur la face inférieure des feuilles des plantes.

Développé par Ko-ichiro Miyamoto, Kaori Kohzuma et leurs collègues de l'Université Tohoku au Japon, le dispositif est destiné à être utilisé sur un certain nombre de « plantes sentinelles » situées dans différentes zones de chaque champ. Il se compose de deux parties.

Il y a la tête du capteur elle-même, qui est collée sur la face inférieure de la feuille, là où elle ne bloquera pas l'exposition de la plante au soleil. Cette tête est reliée par câble à une unité de commande adjacente qui intègre une batterie au lithium, un microprocesseur Arduino, une antenne et d'autres composants électroniques.

À intervalles réguliers, deux LED dans la tête du capteur éclairent brièvement le dessous de la feuille. Une photodiode située entre ces LED analyse le spectre de la lumière réfléchie. La diode effectue également une mesure lorsque les LED sont éteintes, afin de mesurer la lumière solaire qui traverse la feuille par le haut.

En soustrayant la deuxième mesure de la première, il est possible de déterminer le spectre de lumière LED absorbé par la feuille. Cette mesure est ensuite utilisée pour déterminer la couleur actuelle de la feuille, qui est un indicateur de la santé de la plante (et de la saison).

Les données du capteur sont traitées et présentées aux utilisateurs par un serveur cloud, auquel le capteur accède via un réseau cellulaire.

Les algorithmes du système ont été formés sur environ 90 feuilles de différentes couleurs collectées auprès de 30 espèces de plantes

Pour tester cette technologie, plusieurs capteurs ont été fixés aux feuilles de bouleaux dorés qui poussaient dans le jardin expérimental de l'Université de Tokyo. Les capteurs ont automatiquement relevé la température toutes les deux heures pendant deux semaines, au fur et à mesure que les feuilles passaient naturellement du vert au jaune ou au marron.

Les mesures des capteurs ont ensuite été analysées et se sont révélées très proches de celles obtenues au cours de la même période par des personnes utilisant des spectromètres portatifs. Dans les exploitations agricoles à grande échelle, toutefois, la prise de mesures manuelle de cette dernière manière demanderait beaucoup plus de temps et de travail que l'utilisation de capteurs.

Le coût de fabrication de chacune des unités prototypes était de « quelques dizaines de dollars », même si ce chiffre chuterait probablement de manière drastique s'ils étaient fabriqués commercialement dans une usine.

« Ce capteur abordable est un outil prometteur pour surveiller avec précision la santé et le stress des plantes grâce aux données sur la couleur des feuilles et la réflexion de la lumière », explique Kaori Kohzuma. « Son faible coût permet de placer plusieurs capteurs à différents endroits, créant ainsi un réseau pour une surveillance simultanée dans de nombreux endroits. »

https://www.tohoku.ac.jp/en/press/new_smart_agriculture_technology_for_monitoring_plants.html