Outils de phénotypage : vers une meilleure caractérisation des variétés et de l'état des cultures

Plus de 200 spécialistes internationaux des capteurs et du phénotypage se sont retrouvés, du 11 au 13 mai 2022, à l’occasion du workshop de l’UMT CAPTE(*), à Avignon et Gréoux-les-Bains. Pendant trois jours, ils ont échangé sur les dernières avancées techniques et dessiné collectivement les axes de travail pour améliorer la caractérisation des plantes au champ.

Les discussions ont porté sur les voies de développement d’outils et méthodes pour une utilisation efficace, pratique et rentable des capteurs en agriculture, notamment au service de la recherche. Citons par exemple Fred Van Eeuwijk, de l’Université néerlandaise de Wageningen, qui a fait état des méthodes statistiques pour le phénotypage des plantes, ou David Rousseau, de l’Inrae, qui a présenté les techniques de spectro-imagerie appliquées à la détection des maladies des plantes, ou encore Benoît de Solan, d’Arvalis, qui a mis en lumière les enjeux de la segmentation sémantique pour la description de la croissance des cultures.

Des technologies sont développées et mises en œuvre, de l’échelle de la microparcelle expérimentale à la parcelle agriculteurs. Les services qu’elles offrent sont variés :
- Sélection variétale via le phénotypage haut débit
- Aide à la conduite des essais agricoles, en permettant des observations rapides non destructives
- Gestion des cultures en temps réel tout au long de la campagne, à partir d’observations rapprochées et de télédétection

Notons que la nature des capteurs (Lidar, caméras, spectroradiomètres, ultrason etc.) et des systèmes de mesure employés (drone, robot terrestre, système portable ou fixe) dépend de l’usage souhaité.

Des capteurs portatifs aux robots autonomes

Sur la station expérimentale d’ARVALIS de Gréoux-les-Bains (04), différents systèmes de phénotypage au champ à haut débit sont mis en œuvre depuis plusieurs années. Parmi eux, on peut citer la perche LITERAL, la Phénomobile et les minirhizotrons.

Une perche portative pour compter les épis

Equipée de trois caméras à haute résolution, la perche portative LITERAL permet d’automatiser le comptage du nombre d’épis par m² de parcelles expérimentales. L'outil est rapidement utilisable sur des essais de taille moyenne et ne nécessite pas d'autorisations particulières. 30 secondes suffisent pour photographier 10 m² d'une microparcelle, ce qui représente un débit de chantier élevé par rapport aux comptages manuels.

Un drone terrestre qui scanne les plantes

Quant à la Phénomobile, c’est un engin autoguidé par RTK qui scanne, en se déplaçant, l’état des plantes avec une résolution de l’ordre du millimètre grâce à trois types de capteurs embarqués. Des caméras synchronisées avec des flashs et des lasers à balayage permettent d’une part de mesurer l’architecture de la végétation (hauteur des plantes, position des feuilles et des épis). D’autre part, des radiomètres permettent de mesurer la réflexion de la lumière par la végétation, afin de recueillir des données sur la composition biochimique des plantes. Cet outil permet une caractérisation fiable, reproductible et rapide de la dynamique de croissance de nombreuses variétés.

Des tubes pour analyser l’état des racines

Le principe des minirhizotrons est d'observer directement le système racinaire à travers des tubes transparents insérés depuis la surface. Les racines en contact avec la paroi du tube peuvent alors être observées et leurs caractéristiques morphologiques peuvent être quantifiées. Les manipulations nécessaires à l'installation des minirhizotrons ont été optimisées pour limiter la perturbation du sol. L'observation est réalisée par un scanner rotatif descendant dans le tube.

Enfin, l’acquisition d’images au moyen de capteurs connectés embarqués sur des drones, permette d’évaluer finement l’état des cultures après traitement et analyse des données, en s’appuyant sur des modèles agronomiques robustes.

Des outils pour améliorer l’évaluation variétale à l’échelle européenne

Ces outils sont notamment mobilisés par les partenaires du projet européen H2020 INVITE, qui a soutenu l’organisation de ce workshop.
INVITE a pour but d'améliorer l'efficacité de l’évaluation variétale en Europe. Un axe de travail du projet est notamment l’emploi et le développement de nouveaux outils de phénotypage, dans le domaine du visible mais aussi dans le non visible, pour fournir des indicateurs d’adaptation aux stress et pour améliorer la vitesse, la précision et l’efficacité des observations d’évaluation des variétés.

Au terme du projet, les outils et les méthodes s’avérant les plus adaptés seront mis à la disposition des centres d'examen des variétés afin d'améliorer l'efficacité et la précision des évaluations DHS et VATE, et faciliter l’introduction de nouvelles variétés adaptées aux pratiques agricoles durables et plus résistantes au changement climatique.


(*) Localisée à Avignon, l’UMT CAPTE est une unité mixte technologique associant l’Inrae, ARVALIS et la start-up HIPHEN. Elle est active depuis 10 ans sur le développement de solutions de phénotypage haut débit des cultures.

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