Capteurs optiques innovants de diagnostic et de cartographie

Capteurs optiques innovants de diagnostic et de
cartographie intra-parcellaire des cultures:
l’utilisation des polyphénols et de la fluorescence en plein champ
Vincent Martinon(1), M.Bécu(2), C.Duval(2), P.Bedin(1),
(1) FORCE-A, Centre Univ. Paris Sud, Bât. 503, F-91893 Orsay. www.force-a.com – [email protected] – Tel: 06-59-91-37-28
(2) Défisol27, 14 rue des Fusillés, F-2700 Evreux
Nitrogen Balance Index (NBI®): statut azoté
Introduction
Une façon de développer l’agriculture tout en protégeant
l’environnement et les revenus des agriculteurs est d’ajuster les
traitements précisément aux besoins réels de nutrition et de
protection des cultures. La société Force-A a récemment mis au
point un capteur optique innovant, le Multiplex®, capteur multiparamètrique de l’état de santé des cultures. Nous illustrerons ici
les capacités du Multiplex® 1) à suivre le statut azoté des cultures
2) à mesurer la biomasse des plantes.
Le capteur Multiplex® peut être utilisé pour cartographier au champ
en temps réel l’hétérogénéité des cultures et pour piloter en temps
réel les intrants.
Pas de carence N
Carence N
FLAV
FLAV
lumière flavonols
CO2
flavonols
lumière
CO2
azote
azote
Chlorophylle
CHL (ou SFR)
Multiplex®
Chlorophylle
CHL (ou SFR)
Lorsque la plante a suffisamment d’azote à disposition,
son métabolisme primaire fonctionne et sa teneur en
chlorophylle (Chl) augmente (elle produit des protéines
et fait de la biomasse).
Lorsque la plante est en carence azotée, son
métabolisme secondaire est activé: sa teneur en
polyphénols (flavonols (Flav)), augmente (la culture
produit des molécules carbonées). Il a été montré en
2001 par Cartelat et al. que les deux composés sont des
indicateurs du statut azoté des cultures.
L’indice de Balance Azotée (NBI®, breveté en 2007) est
le rapport entre la teneur en chlorophylle (Chl) divisée
par la teneur en flavonols (Flav). Le NBI® est un
indicateur plus robuste du statut azoté que les
indicateurs Chl et Flav pris séparément.
Mesures embarquées
Multiplex®
Multiplex®
GPS
externe
Le capteur Multiplex® permet la mesure, au champ, de
la fluorescence de la chlorophylle et de composés
phénoliques des plantes. Il permet ainsi la mesure de la
teneur en Chl et en polyphénols (Phen) constitutifs et
induits des cultures (et ainsi du NBI®).
Fréquence d’acquisition du Multiplex® : de 80 à
760Hz
Fréquence du GPS : de 1 à 10Hz
Précision du GPS : métrique à centimétrique
Traitement de données : moyenne, filtrage, seuillage
Cartographie : variogramme, krigeage
La mesure est non destructive, sans contact et peut être
réalisée en mouvement jusqu’à 15 km/h.
PC portable durci
Liaison série
Liaison USB
logiciel d’acquisition de données
propriétaire
Diagnostic intra-parcellaire et cartographie
Cartographie sur colza
Parcelle expérimentale Saint-Illiers-la-Ville: blé tendre, Premio
Dose bilan calculée de 150 uN
Chaque traitement répété 6 fois: 3 répétitions pour mesures
destructives d’azote total et 3 répétitions pour mesures de
rendements
Multiplex® utilisé en mode ponctuel et en mode continu
4 dates de mesures: 4 et 19 mai, 2 et 8 juin (stades 3 nœuds,
DFE et floraison)
Parcelle expérimentale de Défisol27, Evreux
36 modalités (18 traitements horizontaux x 2
types de sol) :
2 variétés; 2 dates de semis pour Catalina
6 densités de semis pour chaque variété et
date de semis (de 20 à 120 g/m²)
2 types de sol
20 décembre 2008
Mesures embarquées, Multiplex® sur quad
Distance entre deux parcours : 10 m
Vitesse du Quad : 12 km/h
Analyses d’azote: prélèvements, étuvage à 60°C pendant 24h,
broyage, envoi pour analyse selon la méthode Dumas au
laboratoire.
Apport d’azote
1er apport
d’azote
2nd apport
d’azote
3ème apport
d’azote
1
0
0
0
Carte de biomasse
(FRF_R)
0
2
X-80
30
30
10
70
3
X-60
30
30
30
90
4
X-40
40
40
30
110
5
X-20
40
50
40
130
6
X
40
70
40
150
7
X+40
40
90
40
170
8
X+80
40
110
40
190
Le Multiplex® détecte des zones de faible biomasse notamment dans les zones de faibles densités de semis et
à sol léger. On remarque également de très faibles biomasses sur la zone de semis tardif. En revanche, une
faible biomasse favorise une plus grande disponibilité de l’azote pour chaque pied et donc un NBI® ou statut
azoté plus élevé dans les zones de faible biomasse.
Tableau I: descriptif de l’itinéraire technique azoté de la plate-forme
d’expérimentation de Saint-Illiers-la-Ville
mode ponctuel
mode ponctuel
3,2
0,6
3,0
NBI (unités Multiplex)
SFR (unités Multiplex)
Carte de statut azoté
(NBI®)
NBI (unités Multiplex) en mode ponctuel
Témoin 0
Azote total
2,8
2,6
2,4
2,2
2
A
R = 0,5232
2,0
0,5
2
R = 0,7027
0,4
0,3
0,2
0,1
B
0,0
0,0
1,0
2,0
% N plantes entières
3,0
0,0
1,0
2,0
% N plantes entières
3,0
0,6
C
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,3
y = 1,0154x + 0,0146
0,3
R2 = 0,9705
0,2
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
NBI (unités Multiplex) en mode continu
Figures A, B: Corrélations des indicateurs optiques Chl et NBI® mesurés avec le Multiplex® (A et B) avec la teneur en azote des plantes sur blé tendre.
Ces graphiques montrent la corrélation positive qui existe entre la chlorophylle et le NBI® et la teneur en azote. La corrélation est plus significative entre %N et NBI® qu’avec Chl seul.
Figure C: Corrélation entre le NBI® mesuré par le Multiplex® en mode continu et le NBI® mesuré par le Multiplex® en mode piéton.
Le NBI® mesuré en mode ponctuel est très bien corrélé au NBI® mesuré en mode continu. L’indice NBI® du Multiplex® est un bon indicateur de la teneur en azote en modes ponctuel et continu. Le
Multiplex® peut ainsi être embarqué sur machines afin de mettre en évidence les zones avec des statuts azotés différents.
Conclusion
Le Multiplex® est un nouveau capteur optique sans contact qui mesure la densité de la canopée et le statut azoté au sein de la parcelle. Le zonage et les mesures de l’hétérogénéité intra-parcellaire par
le Multiplex® permettent ainsi de produire des cartes de modulation des intrants.
Références
Martinon V., Fadailli E.M., Evain S., Becu M., Duval C., Fumery J., 2010 - Innovative optical sensors for diagnosis, mapping and real-time management of row crops: the use of polyphenolics and fluorescence. International Conference on Precision Agriculture,
Denver 2010.
Cartelat, A., Cerovic, Z.G., Goulas, Y., Meyer, S., Lelarge, C., Prioul, J.-L., Barbottin, A., Jeuffroy, M.-H., Gate, P., Agati, G., Moya, I., 2005. Optically assessed contents of leaf polyphenolics and chlorophyll as indicators of nitrogen deficiency in wheat (Triticum
aestivum L.). Field Crops Res. 91, 35-49.
Zhang, Y., Tremblay, N., 2010. Evaluation of the Multiplex® fluorescence sensor for the assessment of corn nitrogen status. International Conference on Precision Agriculture, Denver 2010.
AFPP – Quatrième conférence internationale sur les méthodes alternatives en protection des cultures – Lille, 8 au 10 Mars 2011