« Le capteur foliaire est plutôt un système d’alerte précoce qui indique comment la plante réagit en temps réel, avant même l’apparition de signes visibles », explique Nafize Hossain. Photo : Avec l’aimable autorisation de Nafize Hossain

 Grâce à de nouveaux capteurs, les agriculteurs pourraient utiliser des informations en temps réel pour gérer l’état des cultures avant même l’apparition de signes visibles de stress chez les plantes.

Une montre connectée peut nous indiquer notre taux d’oxygène dans le sang, la qualité de notre sommeil ou le nombre de pas que nous effectuons chaque jour. Imaginez maintenant une telle capacité de suivi pour les plantes. 

Lorsque les agriculteurs constatent le flétrissement des feuilles ou le retard de croissance de leurs cultures, celles-ci ont peut-être déjà subi un stress hydrique pendant plusieurs jours. Une nouvelle innovation, les capteurs « portables » pour plantes, vise à détecter ces signes de détresse plus tôt, avant même que la plante ne présente de signes visibles de souffrance, permettant ainsi aux agriculteurs d’intervenir et de favoriser la croissance de leurs cultures.

Dans une étude récente, des chercheurs ont créé de minuscules capteurs, semblables à des tatouages, qui adhèrent à la surface des feuilles, ainsi qu’une bande extensible qui s’enroule autour des tiges. Ensemble, ils permettent de suivre deux indicateurs vitaux de la plante : la température et l’humidité sous la surface de la feuille, et la croissance de la tige. Plus étonnant encore, le système fonctionne sans batterie externe, puisant son énergie dans l’évaporation de l’humidité de la plante elle-même. 

« La promesse majeure ne réside pas seulement dans le fait qu’une plante puisse porter un capteur », explique Sameer Sonkusale , professeur de génie électrique et informatique à Tufts et chercheur principal du projet. « Il s’agit plutôt de voir les champs un jour équipés de réseaux de dispositifs de surveillance au niveau de la plante, chacun signalant les premiers signes de soif, de stress salin, de maladie ou de déséquilibre nutritionnel. Les satellites et les drones offrent déjà aux agriculteurs une vue d’ensemble. Les dispositifs portables pour plantes pourraient offrir une vision plus directe : celle de la plante elle-même. »

Les méthodes actuelles de surveillance des cultures utilisent l’imagerie satellitaire et les drones pour recueillir des données visibles, infrarouges et micro-ondes permettant de cartographier la végétation, la croissance irrégulière, la température, les dégâts causés par les ravageurs, l’humidité du sol et d’autres indicateurs globaux de stress hydrique. Des capteurs de sol mesurent l’humidité, la température, le pH et certains niveaux de nutriments. Enfin, les stations météorologiques fournissent des informations sur la température de l’air, l’humidité, les précipitations, le vent et l’ensoleillement. 

Bien que ces mesures soient utiles, elles se concentrent sur des conditions susceptibles d’affecter les cultures à l’avenir ou sur une évaluation des dommages déjà causés. « Le capteur foliaire est davantage un système d’alerte précoce qui indique comment la plante réagit sur le moment, avant même l’apparition de signes visibles », a déclaré Nafize Hossain, doctorante qui a dirigé les recherches au sein du  laboratoire Sonkusale . 

Les capteurs peuvent également être utilisés pour suivre d’autres indicateurs importants de la santé des plantes, tels que les niveaux de nutriments essentiels et d’hormones végétales qui constituent des signaux précoces de la croissance des racines, des feuilles, des tiges et des fruits, ainsi que la réponse aux agents pathogènes. 

Suivi du stress

Ressemblant à un tatouage temporaire, ce capteur foliaire est fin, flexible et peut être placé sur des surfaces irrégulières, permettant à la plante de respirer et de se courber sous l’effet du vent sans s’abîmer. « D’autres capteurs pour plantes existent, mais leur capacité à suivre plusieurs facteurs de stress et paramètres liés à la croissance est limitée, et cette technologie repose souvent sur des batteries externes, ce qui complique son déploiement sur le terrain », a déclaré Hossain.

Le capteur mis au point par les chercheurs fournit des informations sur le « déficit de pression de vapeur » (DPV). Bien qu’il s’agisse d’un terme technique, il décrit un phénomène très intuitif : la probabilité que l’air absorbe l’eau de la plante. Lorsque le DPV est élevé, l’air est sec et absorbe l’humidité des feuilles plus fortement. Les plantes réagissent en fermant leurs stomates, ces minuscules pores qui régulent les échanges gazeux et la perte d’eau. Ce mécanisme les protège de la déshydratation, mais ralentit également la photosynthèse et la croissance.

Les capteurs foliaires, par exemple, peuvent indiquer si la plante est confrontée à des conditions immédiates entraînant une perte d’eau, tandis que la croissance de la tige reflète un processus biologique plus lent.

Le capteur d’humidité foliaire utilise des cristaux de pentoxyde de vanadium séparés en nanofeuilles extrêmement fines. Ces nanofeuilles sont empilées en couches et disposées en une membrane. Une autre couche de graphène (composée d’atomes de carbone) forme un tamis permettant à l’humidité de la plante d’atteindre les nanofeuilles. Lors de ce passage, l’eau se transforme en ions, qui circulent à travers les nanofeuilles, créant un courant électrique. Le capteur devient ainsi à la fois un capteur et une batterie. L’intensité du courant est directement proportionnelle au taux d’humidité échangé avec l’air.

La puissance est infime (de l’ordre du microwatt), mais suffisante, associée à une électronique basse consommation et à un système de stockage d’énergie, pour permettre une détection périodique.

Ce dispositif à tige s’inspire du kirigami, l’art japonais de découper le papier pour le rendre extensible et déformable de manière contrôlée. Le capteur est recouvert d’un eutectogel, un gel souple conducteur d’ions dont la résistance électrique varie en fonction de l’expansion ou de la contraction de la tige. Lors d’une croissance normale, le diamètre de la tige tend à augmenter. En cas de stress, la croissance peut ralentir, voire la tige peut se rétracter.

L’association des deux types de capteurs est importante car les plantes peuvent présenter des signes de stress à différentes échelles de temps. Les capteurs foliaires, par exemple, peuvent indiquer si la plante est confrontée à des conditions immédiates entraînant une perte d’eau, tandis que la croissance de la tige reflète un processus biologique plus lent.

Lors de tests sur des plants de poivron, le système a permis de distinguer les plants sains de ceux souffrant de déficit hydrique et de stress salin. Les plants sains ont présenté des variations rythmiques du VPD au fil du temps, suivant les cycles journaliers normaux d’humidité de l’air. 

Les plantes soumises à un stress hydrique ont présenté une augmentation du VPD. Les plantes soumises à un stress salin ont montré un profil différent, avec un VPD réduit par rapport aux témoins, probablement lié à une modification de l’absorption d’eau et du comportement stomatique. Parallèlement, le capteur de tige a permis de suivre la croissance des plantes saines et le rétrécissement ou la réduction du diamètre des plantes stressées.

Ces capteurs sont conçus pour résister aux conditions de terrain. Le capteur foliaire est conçu pour supporter la flexion et l’étirement, tandis que le motif kirigami du capteur de tige contribue à répartir les contraintes et à atténuer les effets des perturbations soudaines telles que les vents violents.

L’équipe travaille actuellement sur une plateforme de communication sans fil entièrement fonctionnelle pour les capteurs, utilisant les normes de communication LoRa (longue portée) ou Bluetooth.

https://now.tufts.edu/2026/07/08/plants-get-wearables-track-their-health