Lorsqu'on évoque la surveillance phytosanitaire agricole, plusieurs aspects doivent être pris en compte. L'un des principaux est la qualité des feuilles de légumes, même si la plante produit des fruits. Il est essentiel de surveiller la teneur totale en azote et le taux d'humidité des feuilles. Une carence en azote est réversible aux premiers stades de la croissance, mais si la plante atteint sa maturité avec une carence en azote, sa qualité après la récolte pourrait en être affectée. Un autre aspect de la surveillance phytosanitaire agricole consiste à surveiller la qualité des fruits avant la récolte. On peut ainsi vérifier leur maturité, leur teneur en jus et leur goût sucré avant la récolte et s'assurer qu'ils sont prêts à être cueillis. Les spectromètres proche infrarouge sont devenus un instrument important pour la surveillance phytosanitaire agricole, car ils sont peu coûteux, légers et faciles à déployer sur le terrain. Les instruments d'analyse, trop lourds et sophistiqués, ne peuvent être utilisés qu'en laboratoire. Le proche infrarouge est défini comme la région infrarouge du spectre comprise entre 780 et 2 500 nm. On y trouve plusieurs harmoniques et bandes d'absorption de CH, OH, NH et SH. Les bandes d'absorption sont généralement plus petites et plus larges que les bandes fondamentales dans l'infrarouge moyen. La figure 1 illustre le déploiement d'un instrument proche infrarouge pour la mesure in situ des qualités d'un fruit non cueilli [référence 1].
Figure 1 : Surveillance de la maturité des fruits avant la cueillette par NIR
Il est également important de surveiller la teneur en nitrates des feuilles de légumes. Une utilisation excessive d'engrais peut entraîner une surconsommation de nitrates. Une fois ces feuilles consommées par l'homme [Référence 2], les bactéries présentes à la surface de la langue et d'autres mécanismes de l'organisme les transforment en nitrites, un produit cancérigène et source de problèmes. Le nitrate fait partie du cycle de l'azote et présente un état d'oxydation plus stable que le nitrite. Par conséquent, la principale source d'exposition humaine au nitrate est la consommation de légumes comme les épinards et la laitue. Une fois le nitrate transformé en nitrites dans l'organisme, les problèmes apparaissent. La figure 2 illustre le mécanisme de transformation du nitrate en nitrites dans l'organisme [Référence 3].
Figure 2 : Le nitrate se transforme en nitrite dans l'organisme et ce dernier est cancérigène
La spectroscopie proche infrarouge permet de mesurer la teneur en nitrates des feuilles de légumes et donc d'identifier les excès de nitrates. Pour identifier la teneur en nitrates des feuilles de légumes par la méthode proche infrarouge, il est nécessaire de construire un modèle d'étalonnage à partir d'échantillons de feuilles très variés présentant des teneurs en nitrates variables. Un grand nombre d'échantillons (par exemple, 100 à 150) est généralement nécessaire pour un modèle d'étalonnage précis. Un spectrophotomètre proche infrarouge peut mesurer la réflectance de ces échantillons, puis le logiciel peut facilement la convertir en unités d'absorbance (A = log(1/R), où A est l'absorbance et R la réflectance). Les échantillons sont généralement divisés en deux groupes, appelés ensemble d'étalonnage et ensemble de validation, avec un rapport de 2 pour 1. Pour un total de 150 échantillons, 100 échantillons peuvent être utilisés pour l'étalonnage et 50 pour la validation. Les méthodes proche infrarouge présentent généralement un effet de diffusion important et on peut constater que les spectres collectés présentent un décalage CC les uns par rapport aux autres et sont également bruités. Des techniques chimiométriques de prétraitement peuvent être utilisées pour éliminer ce biais continu et atténuer le bruit. La teneur en nitrates des échantillons étant bien connue et mesurée, une méthode chimiométrique des moindres carrés partiels (PLS) peut également être appliquée pour corréler les spectres à cette teneur. L'ensemble de validation est ensuite utilisé pour prédire la teneur en nitrates, et un graphique des valeurs estimées et mesurées est généré avec un coefficient de régression Rv élevé [Référence 2]. La figure 3 illustre ce graphique.
Figure 3 : Rv indique le coefficient de régression pour l'ensemble de validation
La surveillance des sols consiste à surveiller leur fertilité afin de fournir des nutriments aux plantes, tels que l'azote total (AT) [Référence 4]. L'AT du sol est très important car il régit la production de chlorophylle et la teneur en protéines des plantes, qui régulent leur croissance. La matière organique du sol (MOS) est également un paramètre important à surveiller [Référence 5]. En effet, l'utilisation excessive d'herbicides peut entraîner une pollution environnementale. Connaître la MOS exacte pourrait fournir une recette pour un dosage d'herbicide adapté. Dans ce cas également, des techniques chimiométriques doivent être utilisées pour estimer l'AT et la MOS du sol. Les sols à forte teneur en matière organique sont généralement plus sombres, ce qui a incité les scientifiques il y a plusieurs décennies à surveiller la MOS. Pour effectuer des mesures à partir du sol, des échantillons sont d'abord tamisés et séchés, puis des mesures de réflectance NIR sont effectuées à l'aide de spectrophotomètres. Les méthodes chimiométriques sont également utilisées pour prétraiter les échantillons et appliquer un ajustement PLS. L'ajustement est ensuite comparé à l'ensemble de validation et un coefficient de régression est obtenu qui indique la validité de l'ajustement et la précision du modèle.
Allied Scientific Pro propose le spectrophotomètre Nirvascan, qui mesure les spectres de réflectance et calcule l'absorbance dans la plage de 900 à 1700 nm. Utilisant la technologie de traitement numérique de la lumière (DLP), cet instrument utilise un détecteur InGaAs monoélément au lieu d'un détecteur linéaire coûteux. Ce qui le rend très économique. Léger et portable, il est doté d'une application intuitive permettant une connexion Bluetooth et des mesures in situ. Pour plus d'informations, consultez le lien suivant.
Références:
1- Ressource en ligne : Atelier de la plateforme NIR, Contrôle qualité et détection des contaminants, mars 2013.
2- Développement d'une méthode de mesure non destructive de la concentration en nitrates dans les feuilles de légumes par spectroscopie proche infrarouge, Hiromichi Itoh et.al, 18e Congrès mondial de l'IFAC, Milan, 2011.
3- Nitrate, bactéries et santé humaine, Jon O. Lundberg et.al, nature reviews, microbiologie, juillet 2004.
4- Un détecteur d'azote du sol portable basé sur le NIRS, Xiaofei An et.al, Precision agric (2014).
5- Détection de la matière organique du sol, de la CEC et de l'humidité avec un spectrophotomètre NIR portable, K.A Sudduth et.al, Transaction of ASAE, Vol.36 (6), 1993.