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RAPPORT DE RECHERCHE 2016-2017

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RAPPORT DE RECHERCHE 2016-2017
Thème : ACQUISITION DE DONNEES DE FLUORESCENCE ET DE REFLECTANCE
POUR LE SUIVI DE LA CROISSANCE DES PLANTES AGRICOLES
INTRODUCTION
Au titre de l’année 2016-2017, les activités de recherche menées sur le thème qui me fut
assigné ont dans un premier temps consisté en la rédaction de l’article sur les données spectrales
acquises au niveau de la banane plantain. Dans un deuxième temps, le travail fut consacrée a l’analyse
des données issues de l’expérimentation au champ de la culture du gombo ainsi qu’à la rédaction d’un
second article. Ce présent rapport expose les grandes lignes développées à savoir les enjeux, les
hypothèses, les objectifs, les methodes utilisées, les résultats et les difficultés rencontrées dans ce
travail.
1. REDACTION ET SOUMISSION DE L’ARTICLE INTITULE : « Spectroscopie
de Réflectance et de Fluorescence pour la Détection Précoce de Différents Plants de
Bananier Plantain Mycorrhizés »
1.1 Enjeux
Les travaux de cet article s’inscrivent dans le contexte de recherche d’outils de diagnostic
rapides, moins coûteux et non destructifs pour des cultures fertilisées au moyen de microorganismes
biologiques en vue de soutenir l’émergence d’une agriculture durable.
1.2 Hypothèses
- La combinaison des données spectrales de fluorescence et de réflectance peut révéler des
variables sensibles aux effets de différents champignons mycorrhiziens cultivés en
symbiose avec le bananier plantain (Musa Paradisiaca).
- L’utilisation des variables significatives de fluorescence et de réflectance peut permettre la
discrimination des plants de bananier selon les types de microorganismes symbiotiques
qui leur est associé.
1.3 Objectifs
- Identifier de façon précoce les indices de fluorescence et de réflectance significatifs des
effets de différentes souches de champignons mycorrhiziens sur les plants de bananier
plantain.
- Développer des modèles de classification prédictifs des plants pour chaque variété de
bananier plantain selon le type de champignons mycorrhiziens associés.
1.4 Méthodes
- Instrumentation d’acquisition des spectres par le contrôle de l’allumage des LEDs ;
- Prétraitement des spectres ;
- Calcul d’ indices de fluorescence et de réflectance ;
- Analyse de corrélation ;
- Analyse de variance à un facteur et test post hoc ;
- Analyse en composantes principales ;
- Analyse qualitative multivariée par regression logistique additive.
1.5 Résultats
- Découverte d’un nouvel indice de réflectance très sensible à la teneur en eau des plants de
bananier plantain : Normalized Water Index 5 (NW5).
- Démonstration en serre des effets positifs des champignons mycorhiziens sur la croissance
du bananier plantain à travers 3 indices de fluorescence (ANTH, FRF_R, and NBI_R) et de 10
index de réflectance (SR5, NDVI3, ratiodRE_703, NWI, NWI4, dNIRmin920_980,
min950_970, Carter5, DPI, GI) significatifs.
- Identification en serre des meilleurs traitements de champignons mycorhiziens à partir des
indices de réflectance significatifs (T1 : Morphotype de champignons mycorhiziens du genre
Glomus et T2 : complexe de mycorhizes de la rhizosphère des bananiers plantains de Bouaflé).
- Validation du bon pouvoir de prédiction de la classe de traitement des plants de bananier de
l’expérimentation : 90.27% en validation croisée sur un jeu de 72 plants et 87.5% en test sur
un jeu de 24 plants.
2. REDACTION ET SOUMISSION DE L’ARTICLE INTITULE : « Utilisation de la
Fluorescence et de la Réflectance pour la Prédiction du Rendement en Fruits et des
Macronutriments du Gombo »
2.1 Enjeux
Les travaux de cet article s’inscrivent dans le contexte de recherche d’outils de diagnostic
rapides, moins coûteux et non destructifs comme solution alternative aux analyses chimiques des
feuilles et moyen d’aide à la prévision des rendements des cultures.
2.2 Hypothèses
- L’exploitation des spectres de fluorescence et de réflectance avec des algorithmes efficients
de recherches de variables pourraient optimiser la prédiction des rendements et des
macronutriments dans les feuilles fraîches de gombo (Abelmochus Esculentus).
2.3 Objectifs
- Identifier le meilleur stade phénologique pour la prédiction des rendements en fruits frais du
gombo.
- Développer des modèles prédictifs de la teneur en azote, en phosphore, en potassium et en
calcium des feuilles fraîches de gombo.
2.4 Méthodes
- Mise en place d’une expérimentation de fertilisation chimique au champ ;
- Instrumentation d’acquisition des spectres par le contrôle de l’allumage des LEDs ;
- Prétraitement des spectres ;
- Analyses chimiques d’échantillons de sol et de feuilles par la méthode du Kjédhal pour
l’azote et de la spectrométrie d’absorption atomique pour les nutriments P, K et Ca;
- Analyse chimiométrique par la regression PLS couplée avec l’algorithme IRIV de recherche
de variables informatives .
2.5 Résultats
- Le stade de floraison présente un meilleur potentiel pour la prédiction du rendement.
- Des longueurs d’onde spécifiques de de réflectance et de fluorescence avec des excitations
dans le rouge, le vert, l’UV ont permis de développer les différents modèles.
2
- Les modèles développées présentent tous de bonnes robustesses (0,79 < 𝑟𝐶𝑉
< 0,9 ).
2
- Les modèles pour Ca et K (0,82 < 𝑟𝑃 < 0,88 ) sont les meilleurs en terme de prédiction et
apparaissent modéremment utiles.
- Les modèles pour P (𝑟𝑃2 = 0,72) et N (𝑟𝑃2 = 0,56) ont des prédictions faibles mais
acceptables ;
2.6 Difficultés
La perte d’échantillons de feuilles au cours des analyses chimiques et le long temps de calcul
requis par l’algorithme IRIV-PLS sur les données spectrales ont représenté des contraintes majeures au
déroulement du travail.
CONCLUSION
Ayant fait l’objet de rejet lors de la première soumission, le second article est encore en
révision en vue d’une deuxième soumission. Par ailleurs, les travaux succintement présentés
démontrent le potentiel de la spectroscopie de fluorescence et de réflectance à travers des applications
d’intérêt agricole.
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