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.
