Des chercheurs ont mis au point un patch végétal portable qui détecte les maladies et les facteurs de stress environnementaux.

Grâce à la mise au point d’un patch électronique multifonctionnel porté par les plantes, qui détecte la présence d’agents pathogènes et de facteurs de stress environnementaux, nous nous rapprochons peut-être de l’utilisation de la technologie pour garantir des cultures productives et exemptes de maladies.

L’agriculture intelligente, c’est-à-dire l’utilisation de technologies innovantes pour fournir des informations sur des facteurs importants tels que l’eau, les types de sol et les maladies, est de plus en plus considérée comme un moyen d’assurer la sécurité alimentaire mondiale.

Les maladies des plantes entraînent la perte d’environ 20 à 40 % des récoltes chaque année, ce qui entraîne non seulement une réduction de la production alimentaire, mais aussi de la diversité des espèces, sans parler du coût de la lutte contre les maladies. Selon l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture, on estime que près de 670 millions de personnes – soit 8 % de la population mondiale – seront sous-alimentées en 2030.

Les capteurs portés sur les plantes et capables d’assurer un suivi non invasif en temps réel ne sont pas une nouveauté. Mais les capteurs existants sont limités dans ce qu’ils peuvent surveiller, ont une faible sensibilité et ne détectent pas de maladies spécifiques.

Conscients de l’importance de maintenir des cultures saines, des chercheurs de l’université d’État de Caroline du Nord ont mis au point un patch électronique plus perfectionné qui est placé directement sur les feuilles des plantes pour surveiller les infections pathogènes et les facteurs de stress environnementaux.

Les patchs sont petits – seulement 30 mm de long – et fabriqués à partir d’un matériau souple contenant des capteurs et des électrodes à base de nanofils d’argent. Ils sont placés sur la face inférieure de la feuille de la plante, là où il y a le plus de tomates, et où les pores permettent à la plante de « respirer ». Les patchs sont une amélioration d’une version antérieure qui détectait les maladies des plantes en mesurant les composés organiques volatils.

Les nouveaux patchs intègrent des capteurs supplémentaires qui leur permettent de surveiller la température, l’humidité ambiante et la quantité d’humidité « exhalée » par les plantes via leurs feuilles », explique Yong Zhu, co-auteur correspondant de l’étude.

Pour tester leur nouveau patch, les chercheurs se sont tournés vers l’humble tomate, l’un des produits agricoles les plus consommés. Les plants de tomates sont sensibles à de nombreux agents pathogènes, notamment des champignons, des virus et des bactéries, qui réduisent considérablement le rendement des cultures et la qualité des fruits.

Les plants de tomates, hébergés dans une serre, ont été infectés par trois pathogènes : le virus du flétrissement bactérien de la tomate (TSWV : Tomato Spotted Wilt Virus), le mildiou précoce, une infection fongique, et le mildiou tardif, causé par un pathogène ressemblant à un champignon, appelé oomycète. Les plantes ont également été exposées à des facteurs de stress abiotiques (non vivants) tels que l’arrosage excessif, la sécheresse, le manque de lumière et une salinité élevée.

« Cette étude est importante car plus les producteurs peuvent identifier rapidement les maladies ou les infections fongiques, plus ils seront en mesure de limiter la propagation des maladies et de préserver leur récolte », précise Qingshan Wei, co-auteur correspondant de l’étude. « En outre, plus les cultivateurs peuvent identifier rapidement les stress abiotiques, tels que l’eau d’irrigation contaminée par l’intrusion d’eau salée, plus ils seront en mesure de relever les défis pertinents et d’améliorer le rendement des cultures.

Après avoir expérimenté une combinaison de capteurs, les chercheurs ont analysé leurs données à l’aide d’un modèle d’apprentissage automatique afin de déterminer quelle combinaison était la plus efficace pour identifier les maladies et le stress. Le modèle a confirmé qu’il fallait au moins trois capteurs pour être le plus efficace possible.

« Nos résultats pour la détection de tous ces défis étaient prometteurs dans l’ensemble », a déclaré Qingshan Wei. « Par exemple, nous avons constaté qu’en utilisant une combinaison de trois capteurs sur une parcelle, nous avons pu détecter le TSWV quatre jours après que les plantes aient été infectées pour la première fois. C’est un avantage considérable, car les tomates ne commencent normalement pas à présenter de symptômes physiques de la TSWV avant 10 à 14 jours. »

Les chercheurs affirment qu’ils sont sur le point de créer un patch utilisable par les cultivateurs. Ils ont l’intention de rendre les patchs sans fil et de les tester sur le terrain, en dehors d’une serre, pour s’assurer qu’ils fonctionnent dans des conditions réelles.

« Nous recherchons actuellement des partenaires industriels et agricoles pour nous aider à développer et à tester cette technologie », assure Yong Zhu. « Il pourrait s’agir d’une avancée significative pour aider les agriculteurs à éviter que de petits problèmes ne deviennent de gros problèmes, et nous aider à relever les défis de la sécurité alimentaire d’une manière significative.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade2232

https://news.ncsu.edu/2023/04/plant-disease-detection-patch/