Les tomates sont l’un des produits agricoles les plus consommés au monde. Les plants de tomates sont sensibles à de nombreux types de pathogènes, notamment des champignons, des virus et des bactéries, qui réduisent considérablement le rendement et la qualité des fruits.
Outre le stress biotique, les stress abiotiques tels que la température nocturne élevée due au changement climatique, les dommages mécaniques ou l’utilisation inappropriée de pesticides peuvent également entraîner des pertes cruciales de rendement des tomates.
L’état physiologique d’une plante est lié à de multiples facteurs. Chaque plante se développe grâce à un ensemble de processus biologiques tels que la photosynthèse, la transpiration, la respiration et l’échange de gaz par le biais de la régulation des stomates. Pour surveiller avec précision l’état de santé des plantes, il est nécessaire d’étudier simultanément plusieurs de ces processus biologiques et les conditions environnementales associées.
Dans une récente étude, les plants de tomates ont été choisies comme système modèle pour concevoir et tester de nouvelles technologies de capteurs qui peuvent surveiller et prédire l’état de santé et qui peuvent être appliquées à d’autres plantes et cultures.
Dans l’étude en question, un groupe de chercheurs de la North Carolina State University a développé un patch électronique, capable d’être appliqué sur les feuilles des plantes. Ce capteur végétal peut mesurer en continu et simultanément les COV (composés organiques volatiles) des feuilles, la température/l’humidité de la surface des feuilles et l’humidité de l’environnement, avec une sensibilité et une sélectivité élevées.
Cette technologie s’appuie sur un prototype antérieur de patch qui détectait les maladies des plantes en surveillant les composés organiques volatils (COV) émis par les plantes. Ces dernières émettent différentes combinaisons de COV dans différentes circonstances. En ciblant les COV qui sont liés à des maladies spécifiques ou au stress, les capteurs peuvent alerter les utilisateurs sur des problèmes spécifiques.
Les nouveaux patchs intègrent des capteurs supplémentaires qui leur permettent de surveiller la température, l’humidité ambiante et la quantité d’humidité « perdue » par les plantes via leurs feuilles (transpiration).
Les patchs eux-mêmes sont petits (seulement 30 mm de long) et sont constitués d’un matériau souple contenant des capteurs et des électrodes à base de nanofils d’argent recouverts d’or. Les patchs sont placés sur la face inférieure des feuilles, qui présentent une plus grande densité de stomates.
La particularité de ce nouveau capteur portable de nouvelle génération :
- il est multifonctionnel et intègre des capteurs de COV, de température et d’humidité pour mesurer simultanément les signaux biochimiques et biophysiques des plantes.
- son emplacement a été optimisé sur la surface inférieure de la feuille afin de maximiser les performances du capteur.
- il a été testé sur des plants de tomates en laboratoire et en serre à environnement contrôlé pour détecter différents types de facteurs de stress tels que :
– les stress abiotiques (par exemple, les blessures mécaniques, la sécheresse, l’arrosage excessif, la salinité et l’absence de lumière)
– les infections pathogènes : les plants de tomates ont été infectés par trois agents pathogènes différents : Le virus de la maladie bronzée de la tomate (Tomato spotted wilt virus, TSWV), l’alternariose et le mildiou de la tomate. - un cadre d’apprentissage automatique a été développé pour traiter les données des capteurs multicanaux en temps réel afin d’évaluer quantitativement les maladies et de prédire la meilleure combinaison de capteurs. D’après les scientifiques, il s’agirait du premier rapport sur un capteur multifonctionnel portable couplé à une analyse de données par apprentissage automatique.
Ce patch permet donc de surveiller divers agents pathogènes tels que les infections virales et fongiques, ainsi que des facteurs de stress tels que la sécheresse ou la salinité, dans le but de contrôler les cultures.
Les résultats des tests ont révélé que le patch avait la capacité de détecter une infection virale chez les plants de tomates plus d’une semaine avant que les producteurs ne puissent observer des symptômes visibles de la maladie.
