Outils optiques pour l'agriculture de précision – OptiPAG

Malgré des efforts de réduction des émissions de gaz à effet de serre, le réchauffement du système climatique est sans équivoque et nombre des changements observés sont sans précédent. De tels changements sont lourds de conséquences directes et indirectes, et vont notamment modifier l’Agriculture. Les changements de température et de précipitation, la hausse du niveau des mers et la fréquence croissante des événements climatiques extrêmes vont considérablement réduire la production alimentaire mondiale au cours de ce siècle. Pour assurer la sécurité alimentaire tout en préservant les ressources, l’Agriculture doit s’interroger sur de possibles voies d’adaptation pour un maintien de la production agricole avec une ressource en eau de plus en plus rare.

Une des voies est la création de nouvelles variétés, plus tolérantes aux stress abiotiques et biotiques, avec des rendements compatibles avec la demande. Si les capacités de génotypage (caractérisation du génome) ont explosées ces dernières années, l’identification des mécanismes en jeu (résistance, tolérance, adaptation) reste très complexe et nécessite une compréhension fine des processus physiologiques au cours du cycle de développement de la culture dans son environnement. C’est tout l’enjeu phénotypage.

Le défi du phénotypage aujourd’hui, est d’identifier un ensemble plus large de variables d’intérêt agronomique et physiologique. L’optique instrumentale, et en particulier les systèmes de mesures basés sur la spectrométrie Ultra-Violet, visible et proche infrarouge (UV-VIS-NIR), présentent un potentiel indéniable pour analyser les plantes de manière non-destructive. Mais si certains paramètres d’expression du gène sont aujourd’hui accessibles, il y en a d’autres, primordiaux, qui ne sont pas encore mesurable directement. Parmi ceux-là, la mesure de certains traits caractéristiques de la réponse de la plante au stress hydrique.

Les partenaires de ce projets, forts de leur complémentarité disciplinaire, ont décidé de mutualiser leurs forces pour mettre en œuvre les dernières avancées en terme de recherche en optique instrumentale au service de la mesure, du monitoring, de l’évaluation du végétal pour mieux comprendre sa réponse, face à l’évolution des conditions de cultures, et plus particulièrement face au stress hydrique.

Ces mesures seront réalisées, à l’échelle de la feuille, sur des lignées de tournesols préalablement choisies (de sensibles à tolérantes). Les feuilles sont des organes particulièrement complexes d’un point de vue de l’interaction lumière matière (constitution biochimique, structure physique, lieu de la photosynthèse...). Se posent alors deux questions principales. (i) Comment mettre en œuvre l’interaction lumière/feuille pour en assurer une caractérisation optimale ? et (ii) Comment les paramètres mesurés par les moyens optiques sont ils reliés à l’état physiologique de la plante ?

Répondre à la première question par des mesures optiques innovantes, doit permettre de mesurer un certain nombre de traits physio-morphologiques nouveaux. Répondre à la deuxième question, doit permettre d’une part de relier ces variables aux réponses physiologiques de la plante et d’autre part d’évaluer la sensibilité de ces mesures à des conditions de stress hydriques variés.

L’objectif, in fine, et de pouvoir identifier les méthodes optiques qui présenteront un potentiel important pour la mesure de traits d’intérêts pour la sélection. Ces approches intégreront alors le processus de transfert industriel. Un prototype sera développé et testé en conditions réelles de cultures pour évaluer sa pertinence. Le consortium transdisciplinaire de ce projet est convaincu de pouvoir porter l’état de l’art à un niveau bien au-delà des investigations actuelles, tant d’un point de vue développement de capteurs, de méthodes de traitement du signal que de développement de connaissances nouvelles sur l’interaction lumière / feuille.