Des chercheurs examinent la peau d'une orange
La moisissure Penicillium digitatum est considérée comme l'un des plus grands ennemis des agrumes. Dans de nombreuses régions où les agrumes sont cultivés, elle est la principale cause de détérioration pendant le stockage et le transport et représente environ 90 % de toutes les pertes. Il se fixe sur les petites zones endommagées de la peau, par lesquelles l'eau et les nutriments s'échappent. Dans un premier temps, un point mou se développe à la surface, qui ressemble à un point de pression. À partir de là, la moisissure blanche s'étend à l'ensemble du fruit, qui devient vert lorsque le champignon commence à former des spores. À la fin, tout ce qui reste du fruit est une pelure vide et sèche. Une seule orange infestée peut rapidement gâcher une caisse entière. Lorsque le champignon a développé son mycélium blanc et qu'il est visible à l'œil nu, il est déjà trop tard. C'est pourquoi on cherche depuis longtemps une méthode pour détecter une infection fongique le plus tôt possible. Des chercheurs de l'Institut Leibniz d'ingénierie agricole et de bioéconomie (ATB) de Potsdam et de l'Institut valencien de recherche agronomique (IVIA) examinent désormais les oranges à l'aide d'une lumière laser.
DANS LES SALLES OBSCURES
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Il existe des méthodes pour tester les fruits en ce qui concerne les défauts, les parasites et de nombreux autres facteurs après la récolte. L'une des méthodes les plus courantes est l'inspection manuelle, au cours de laquelle un personnel qualifié examine chaque fruit à la recherche de certaines caractéristiques. Dans le cas des oranges, par exemple, l'examen est effectué dans des salles obscures sous une lumière UV qui fait briller les huiles essentielles qui s'en échappent. Cela permet d'identifier et de trier les fruits endommagés.
Ce processus est aussi long et laborieux qu'il y paraît. En outre, les employés risquent d'être exposés à des rayons UV nocifs. Il est également possible d'obtenir de nombreuses informations sur les fruits et légumes dans un laboratoire de chimie, mais les méthodes chimiques sont généralement destructrices. Les fruits sont détruits au cours du processus et il n'est donc possible de procéder qu'à des contrôles ponctuels. Cela ne pose pas de problème lorsqu'il s'agit, par exemple, de déterminer le degré moyen de maturité d'une grappe de bananes. En revanche, les fruits pourris d'une caisse d'oranges ne peuvent être découverts que par hasard. Il est donc important de trouver une méthode rapide, fiable et non invasive qui puisse être utilisée, par exemple, pour trier automatiquement les fruits défectueux dans un centre de tri.
MESURE DE LA RÉTRODIFFUSION
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Les chercheurs de l'ATB testent la méthodologie des mesures de rétrodiffusion par imagerie optique : Le dispositif expérimental se compose de cinq modules laser à points d'une longueur d'onde de 532 nm (vert), 660 nm (rouge), 785 nm, 830 nm et 1060 nm (proche infrarouge). Le fruit est irradié alternativement par un ou plusieurs de ces lasers. La lumière est réfléchie de deux manières différentes. La première réflexion est la réflexion classique de Fresnel, dans laquelle les photons sont réfléchis à la surface de l'échantillon. La seconde réflexion, appelée réflexion diffuse, est beaucoup plus intéressante pour les scientifiques. Cette réflexion fournit des informations sur la proportion de lumière qui pénètre dans l'échantillon.
Dans l'échantillon, la lumière interagit avec les parties internes du fruit avant d'être diffusée vers la surface extérieure du tissu. Outre les propriétés d'absorption, d'autres informations importantes sur la morphologie et la structure du tissu du fruit peuvent être déterminées. Pour obtenir des résultats précis, la lumière doit pénétrer le plus profondément possible dans le fruit. Les scientifiques ont donc besoin de modules laser particulièrement puissants. Une caméra CCD monochrome est utilisée pour l'évaluation. Elle fournit aux chercheurs des informations détaillées sur la propagation de la lumière à l'intérieur du fruit. Ces informations leur permettent de tirer des conclusions sur une éventuelle infection fongique.
MEILLEURS RÉSULTATS AVEC LA LUMIÈRE VISIBLE
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Dans le cas de Penicillium digitatum, le liquide cellulaire s'accumule à l'extérieur des cellules dans ce que l'on appelle l'apoplaste. Cela modifie le comportement de réflexion par rapport aux fruits sains. Grâce à la technologie de mesure optique, une infestation fongique peut également être détectée dans des oranges qui semblent totalement intactes à l'œil nu. Les scientifiques de l'ATB et de l'Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias ont pu le prouver dans leur expérience pour toutes les longueurs d'onde testées. Ils ont obtenu un taux de réussite moyen d'environ 80 %, même à 532 nm. Ce "taux de réussite" augmente avec le nombre de longueurs d'onde différentes ajoutées simultanément. En utilisant les cinq longueurs d'onde en même temps, le taux de réussite moyen était de 96 % ; les lasers IR n'ont que peu contribué à l'augmentation de l'efficacité. Les scientifiques attribuent ce résultat au fait que la lumière visible présente un meilleur rapport signal/bruit en raison de son coefficient de diffusion légèrement plus élevé. En outre, le rayonnement proche infrarouge est fortement absorbé par l'eau et les hydrates de carbone. Or, la concentration de ces substances peut également fluctuer fortement en cas d'infection.
DE NOUVELLES SOLUTIONS S'IMPOSENT D'URGENCE
Il est urgent de mettre en place des processus respectueux de l'environnement
Les résultats de l'étude pourraient avoir un effet considérable sur la culture des oranges à l'avenir. Jusqu'à présent, les pelures des agrumes étaient traitées après la cueillette avec une cire contenant des fongicides et d'autres produits chimiques. Cependant, de nouvelles découvertes et un changement dans la perception du public signifient que les producteurs d'agrumes recherchent maintenant de toute urgence des méthodes plus respectueuses de l'environnement qui maintiennent le rendement de la récolte aussi élevé que possible. La méthode optique serait certainement une alternative rentable pour trier les fruits infestés à un stade précoce. Toutefois, il faudra probablement attendre plusieurs années avant que la recherche ne devienne une technologie adaptée à la production de masse.
Manuela Zude-Sasse a étudié la chimie et a occupé des postes postdoctoraux aux États-Unis et en France. Depuis 2007, elle travaille comme chef de groupe de recherche pour l'horticulture de précision à l'Institut Leibniz d'ingénierie agricole et de bioéconomie e.V., à Potsdam (ATB).
Après des études orientées vers la physico-chimie à l'université des sciences appliquées, Christian Regen travaille comme ingénieur d'essai à l'ATB depuis plus de 10 ans et est responsable de la construction et de la programmation des bancs d'essai.
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