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Système Intelligent de Conservation des semences sous Atmosphère Modifiée – SISAM

Système Intelligent de conservation des Semences sous Atmosphère Modifiée

Le LAAS et PANAM développent un système de stockage sous Atmosphère Modifiée pour la protection et la surveillance des semences. La solution est connectée et intelligente grâce au monitoring en temps réel. Elle permet une conservation 100% naturelle et est présentée en 4 briques technologiques innovantes :<br /><br />- Big-bags réutilisables et éco-responsables<br />- Machine automatisée de mise en big-bag<br />- Système embarqué de mesure et communication<br />- Plateforme de suivi des stocks et d’analyse des données.

Enjeux et objectifs

La conservation des semences est une thématique centrale. <br />Comme tout produit agricole, les semences sont soumises à des dégradations diverses : attaques insectes, moisissures, développement bactériologique, pertes de germination. <br /><br />Les solutions actuelles ne sont pas viables : <br />? insecticides de stockage (élimination des insectes, solution curative), <br />? fumigation à la phosphine des lots infestés (élimination des insectes toxiques pour l’opérateur, solution curative), <br />? conservation en chambre froide (inhibition du développement des insectes, ralentissement de la perte de germination, solution préventive). Cette solution est coûteuse en infrastructure et énergivore, <br />? Traitement thermique surgélation/chauffage (élimination des insectes, solution curative). Cette technique endommage les capacités germinatives. <br /><br />Aucune de ces solutions n’est véritablement satisfaisante et aujourd’hui en France une usine de production de semences jette chaque année entre 5 et 10% de ses stocks (données récoltées lors d’échanges terrains).<br /><br />PANAM a développé une expertise technologique en conservation sous Atmosphère Modifiée. Selon les travaux de l’INRAE, ce type de conservation permet : <br /><br />? d’éliminer totalement les insectes, œufs et larves et d’empêcher les ré-infestations. <br />?d’allonger la durée de vie du produit en empêchant sa dégradation ; <br />? d’inhiber fortement le développement bactériologique ; <br />? de stabiliser le taux de germination.<br /><br />Cependant, même si les mécanismes et les intérêts de la conservation sont connus, force est de constater que cette solution est encore peu répandue dans le monde agricole, car peu de solutions existent permettant de placer de très larges volumes de matières premières brutes sous AM. Dans l’agriculture, la taille moyenne du stockage peut aller de plusieurs tonnes à plusieurs milliers de tonnes dans les silos.

**Système embarqué de mesures**

Ce lot vise à fabriquer une série préindustrielle du système électronique multicapteurs en s'appuyant sur une première maquette déjà testée en laboratoire. L'objectif est de démontrer un prototype avancé du système dans son environnement opérationnel cible et dans différentes configurations de stockage et de manutention. Les prototypes seront multipliés pour tester la montée en charge du réseau et la faculté du système de traitement et d'analyse des données à réaliser correctement les tâches de gestion de surveillance de chaque big bag sans dégradation de la performance des détections.

**Plateforme & données**

La première partie consiste à développer toute la partie recueil, stockage et traitement et analyse des données sur un serveur de calcul adapté pour l'application SISAM. Cette partie s'appuiera sur les premiers développements mis en œuvre dans l'étape de maquettage antérieure. La deuxième partie vise à développer l'interface utilisateur pour le suivi des stocks de semences et fixer l'architecture de la base de données.

**Test d'intégration en station de semence**

Il s'agit de déployer la solution intégrée au sein d'au moins deux stations de semences volontaires en France, couvrant une centaine de tonnes de semences.

Plus de 300 articles ont été rassemblés dans Zotero pour comprendre les technologies utilisées dans le stockage de denrées agricoles. Un article de synthèse est en cours d’évaluation.

Les besoins des parties prenantes ont été recensés sous la forme de « *user stories* ».

Une modélisation Model Based System Engineering (MBSE) a été réalisée sous Capella en utilisant la méthode Arcadia. Il s’agit d’une représentation visuelle (modèle) du système à développer.

Un comparatif des méthodes de télécommunication a été effectué parmi celles considérées comme « *neighbor area* » ou « *wide area network* ». Deux protocoles ont été retenus : SigFox et LoRaWAN.

Les capteurs utilisés sont un capteur d’humidité relative, de température, de pression, de CO2 et un accéléromètre trois axes. Pour les capteurs d’humidité, de température et de pression, la consommation et le prix étaient les principaux critères. Pour le capteur de CO2, une recherche plus approfondie a été nécessaire.

Le choix de communication a permis ensuite de sélectionner les modules radio et microcontrôleur.

Un premier prototype a été créé afin de tester l’ensemble de façon intégrée.

Une application Android a été développée, pour communiquer en BLE avec le *device*. Le site affichant le tableau de bord a été repris pour afficher aussi les chocs subis.

**Economiques**

Diminuer les pertes de semences au stockage (en France, environ 10% des stocks sont perdus chaque année, ce chiffre explose dans

Diminuer le coût à la tonne du stockage sous AM en massifiant le contenant et en automatisant le conditionnement pour le rendre plus accessible. A date, il faut compter 25€/T stockée (source Arvalis).

Instrumenter le stockage pour récolter des données et délivrer plus de valeur à l’utilisateur par le biais de modèles prédictifs d’évolution des lots. L’objectif final étant de mieux conserver les semences et de rendre plus efficiente leur utilisation.

Simplifier le suivi qualité des stocks de semences, limiter voire remplacer les besoins en échantillonnages et en analyses par la surveillance en temps réel des paramètres physico-chimiques de la semence.

**Sociétaux**

Permettre le développement rapide de l’agriculture biologique pour tous (le stockage sous AM est particulièrement utile pour l’agriculture biologique puisque les produits phytosanitaires y sont interdits).

Implémenter un nouveau standard international pour le stockage et le transport des semences qui permettrait de renforcer la confiance entre acheteurs/vendeurs et de limiter les procédures administratives.

Diminuer le risque de développer des maladies en lien avec l’usage des produits phytosanitaires

**Environnementaux**

Diminuer drastiquement l’usage des produits phytosanitaires.

Diminuer drastiquement le recours aux traitements thermiques de stockage (chambres froides, surgélation, ventilation, etc) coûteux en énergie. Donner une utilité directe au dioxyde de carbone : la conservation sous AM donne une utilité immédiate au CO2 en tant que gaz de conservation de très haute efficacité.

Participation, présentation à la conférence IOBC WPRS à Barcelone en 2022. L. Labrot-Rhodes, E. Campo, P. Poujaud. Instrumentation for monitoring shocks suffered by a big-bag filled with seeds. 13th Meeting of the IOBC/WPRS on the Working Group Integrated Protection of Stored Products, 3-6 October 2022, Barcelona, Spain, 2022, 159, 116-120
www.iobc-ipsp-bcn2022.com

Soumission revue Heliyon 2022 : L. Labrot-Rhodes, E. Campo, P. Poujaud. Review of preservation techniques for stored grains and technologies for modified atmosphere monitoring

Le laboratoire LAAS et la société PANAM associent leurs compétences pour poursuivre le développement d’un système intégré de stockage sous Atmosphère Modifiée (AM) pour la protection et la surveillance prédictive des semences. Cette solution, ciblant les stations de semences, sera connectée et intelligente grâce au monitoring en temps réel de la semence stockée. Elle sera déclinée sous un format agricole standard (type big-bag) et permettra une conservation 100% naturelle.

Les semences sont soumises à des dégradations diverses (insectes, moisissures, pertes de germination etc), les solutions actuelles ne sont pas adéquates (insecticides, fumigation, stockage en chambre froide, traitements thermiques) et de moins en moins applicables. Aujourd’hui en France une usine de production de semences jette chaque année entre 5 et 10% de ses stocks (donnée terrain).

PANAM a développé une expertise technologique en conservation sous Atmosphère Modifiée. Selon les travaux de l’INRA, ce type de conservation permet :
? d’éliminer totalement les insectes, œufs et larves et d’empêcher les ré-infestations.
? d’allonger la durée de vie du produit en empêchant sa dégradation ;
? d’inhiber fortement le développement bactériologique ;
? de stabiliser le taux de germination.

La solution visée par le projet SISAM fournira une protection totale aux semences grâce à l'atmosphère modifiée. Le conditionnement sera automatisé et le suivi à grande échelle rendue possible par la mesure à distance. Enfin, l'analyse des données de stockage permettra la surveillance prédictive des lots. La solution servira à protéger tout type de semences.

La solution cible les stations de semences implantées en France : ce sont déjà près 1,5 millions de tonnes concernées.
A long terme, la solution est destinée à être adoptée massivement pour le stockage et la surveillance des lots de semences.

A ce stade, la solution a été testée en laboratoire (TRL4). Le projet SISAM permettra de passer à l'échelle (test opérationnel en stations de semences) pour atteindre TRL7. PANAM est déjà en discussion avec plusieurs entreprises intéressées.

La solution visée, adoptée à grande échelle par les semenciers permettrait un changement complet de paradigme : élimination totale des produits phyto de stockage des semences, simplification du suivi des stocks, surveillance prédictive, nouvelle applications possibles (tokenisation des stocks, nouveaux types de contrats d’assurances, etc), introduction d’un nouveau standard international de stockage, développement du bio, etc.

Le principal verrou est d’ordre financier : le coût global de la solution rapporté à la tonne stockée doit être compétitif en comparaison avec l'existant (passant par la maîtrise des coûts de production et de nouvelles pistes de création de valeur).

PANAM est une PME française de 30 personnes créée en 1998 et implantée au nord de Toulouse. L'activité historique est la se´lection, la production et la commercialisation de semences de grandes cultures. Depuis 2016, PANAM est pionnière dans le stockage sous atmosphère modifiée avec pour ambition de devenir le premier fournisseur mondial de cette technologie. Un spin-off est créé : NOX STORAGE.

Le laboratoire LAAS, situé à Toulouse, est une unité propre du CNRS. En son sein, l’équipe S4M (Smart Sensing and SystemS Monitoring) a une expérience reconnue dans le monitoring, notamment de l’état de santé des systèmes par une instrumentation embarquée.

Le LAAS et PANAM collaborent depuis mai 2019 (première candidature projet ECOPHYTO 2019). Par la suite un Contrat de Collaboration de Recherche a permis le démarrage des travaux, pour construire un prototype de système embarqué de mesure (température, humidité, taux de CO2, pression). Un chèque innovation européen de 15000€ a été obtenu (dispositif S3FOOD). Dernier jalon en date, une thèse CIFRE est en démarrage.

Le projet SISAM permettra de poursuivre la collaboration fructueuse entre les deux entités.

Coordination du projet

Pierre POUJAUD (PANAM)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

PANAM
LAAS-CNRS Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes

Aide de l'ANR 327 822 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2021 - 36 Mois

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