FR2916850A1 - Appareil d'analyse de vegetaux sur le terrain, procede de suivi ou cartographie de l'etat ou de l'evolution d'une culture et procede de gestion d'un traitement de vegetaux - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un appareil d'analyse de végétaux, par excitation lumineuse et mesure de fluorescence, utilisable sur le terrain sans préparation des végétaux.Elle concerne en outre un appareil d'évaluation de la teneur d'un composé dans la peau ou l'épiderme d'un végétal.A partir de l'utilisation d'un tel appareil, l'invention concerne aussi un procédé d'évaluation et de suivi de l'évolution et de la maturation d'une culture, ainsi qu'un procédé de contrôle et de pilotage de traitement de végétaux.La géométrie de l'appareil est caractérisée par une direction des rayons de la lumière d'excitation et une direction des rayons lumineux de fluorescence non colinéaires entre elles.L'appareil comporte plusieurs jeux d'émetteurs de longueurs d'onde différentes, comprenant chacun plusieurs émetteurs, et permet de mesurer une pluralité de combinaisons excitation-fluorescence.

Description

-1- Appareil d'analyse de végétaux sur le terrain, procédé de suivi et

cartographie de l'état ou de l'évolution d'une culture et procédé de gestion d'un traitement de végétaux La présente invention concerne un appareil d'analyse de végétaux, par excitation lumineuse et mesure de fluorescence, utilisable sur le terrain sans préparation des végétaux. Elle concerne en outre un appareil d'évaluation de la teneur d'un composé dans la peau ou l'épiderme d'un végétal.

A partir de l'utilisation d'un tel appareil, l'invention concerne aussi un procédé d'évaluation et de suivi de l'évolution et de la maturation d'une culture, ainsi qu'un procédé de contrôle et de pilotage de traitement de végétaux.

L'invention s'applique au domaine de l'analyse et de l'évaluation de tissus biologiques, par exemple des végétaux et plus particulièrement des cultures dans le cadre d'une agriculture dite de précision. Ce terme est employé lorsque l'on cherche à gérer de façon plus précise l'état et l'évolution d'une culture, par exemple au cours du temps ou selon ses spécificités locales au sein d'une étendue géographique. Il peut s'agir par exemple d'optimiser la qualité des produits obtenus, ou de limiter les apports en traitement ou en nutriments à ce qui est nécessaire ou utile. Jusqu'à récemment, l'évaluation précise de l'état d'un végétal reposait sur une analyse destructive du végétal comme une analyse du degré de sucre ou une spectroscopie, le plus souvent en laboratoire. Or de telles méthodes sont complexes et peu pratiques. Elles sont inutilisables sur le terrain et ne permettent pas de réaliser de l'ajustement en temps réel. Le document US2005/0098713 propose d'évaluer certains états d'une culture à travers les pigments d'une feuille, en particulier la chlorophylle ou la carotène, par mesure de la réflectance avec modulation et détection de phase. Cet appareil utilise un réseau de diodes d'émission et un réseau de détecteurs, disposés côte à côte, émettant ou recevant chacun un faisceau rassemblé et collimaté par une optique de collimation. -2- Cette technique de mesure par réflectance présente certains inconvénients, par exemple une grande sensibilité à l'état ou à la propreté des surfaces à mesurer. Un autre appareil de mesure a été décrit dans la publication de C.

Belzile et coll. intitulé An operational fluorescence system for crop assessment paru dans Proceedings of SPIE (vol 5271, pp 244-252, 2004) pour évaluer certains états des plants de pomme de terre, comme le stress hydrique ou thermique, en mesurant la fluorescence de la chlorophylle présente dans les feuilles. Cet appareil utilise deux diodes électroluminescentes (LED) d'excitation de longueurs d'onde différentes et modulées différemment pour éclairer les feuilles à travers une optique collimatée, à une distance de 47cm +/- 7cm. La fluorescence est mesurée à travers une optique collimatée constituée par un assemblage entre un détecteur et des filtres correspondant aux longueurs d'onde de fluorescence à mesurer, et dont le signal est démodulé par rapport aux sources d'excitation. Cette technologie n'effectue pas toutes les mesures utiles, et présente certains inconvénients. Chaque longueur d'onde d'émission utilise une source unique matérialisée par un faisceau unique collimaté par une lentille.

Les détecteurs utilisent aussi une optique de collimation pour recevoir la fluorescence générée. Dans l'état de la technique persistent un certain nombre d'inconvénients, par exemple l'encombrement, les problèmes de réglage, et les contraintes de distance dues à l'utilisation des optiques collimatées. De plus, l'éclairement d'un objet par une telle source n'est pas toujours uniforme ni suffisamment constant, en particulier pour des objets dotés d'un fort relief, par exemple comme des fruits ou des légumes ou des brins d'herbe. De plus, la mesure d'une seule fluorescence dans une longueur d'onde déterminée ne suffit pas à fournir certaines informations importantes, comme la teneur en certains composés caractéristiques de l'évolution de la culture. De même l'utilisation de seulement deux longueurs d'excitation de la fluorescence limite l'usage d'un tel appareil, tout en occupant un volume -3- non négligeable dans un appareil dont les caractéristiques rendent nécessaires de le monter sur un véhicule. Par ailleurs, lorsque la valeur d'une mesure est susceptible d'évoluer dans une très grande plage, il est possible que toutes les parties de cette plage ne soient pas mesurables avec le même choix de longueur d'onde. Aussi, l'utilisation d'une longueur d'onde donnée peut ne pas fonctionner correctement lorsque la composition chimique dans le végétal étudié évolue au fur et à mesure du temps. Il est intéressant aussi de pouvoir disposer d'un appareil suffisamment 10 compact pour pouvoir être utilisé à la main, et suffisamment économique pour être accessible à de nombreux utilisateurs.

Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur, et en particulier d'améliorer les points suivants : 15 - permettre une mesure non destructive et rapide sur le terrain, permettre une mesure depuis un seul côté du végétal à évaluer, - obtenir une bonne uniformité des mesures sur un objet en trois dimensions, - diminuer ou optimiser l'encombrement, 20 améliorer la simplicité de mise en oeuvre et la robustesse du système, - améliorer les limites de la plage de distance utilisable pour la mesure, permettre la mesure de la teneur d'un ou plusieurs composés fluorescents ou non, 25 Un autre but de l'invention est d'améliorer ou d'optimiser les possibilités de suivi de végétaux au cours du temps ou au sein d'une zone géographique hétérogène, et en particulier : - permettre l'évaluation d'un ou plusieurs critères d'évolution dépassant le cadre d'une mesure directe, 30 - optimiser la continuité de mesure dans une plage de teneur ou augmenter la largeur d'une telle plage mesurable, - optimiser la continuité de mesure dans une plage de compositions chimiques extérieures à la teneur mesurée, par exemple selon la saison, ou augmenter la largeur d'une telle plage mesurable.

Pour cela, l'invention propose un dispositif d'analyse non destructive de végétaux par mesure de fluorescence, comprenant : des moyens d'excitation émettant une lumière d'excitation dans une bande de longueur d'onde déterminée pour générer une fluorescence dans les tissus d'une zone cible, des moyens de détection dans une bande de longueurs d'onde déterminée pour détecter la fluorescence ainsi générée, des moyens de gestion desdits moyens d'excitation et de détection, et des moyens de traitement agencés pour corréler dynamiquement lesdits moyens d'excitation et de détection de façon à fournir une mesure de la fluorescence ainsi générée. Selon l'invention, les moyens d'excitation et les moyens de détection sont agencés selon une géométrie déterminée pour que la direction des rayons de la lumière d'excitation illuminant ladite zone cible d'une part et la direction des rayons lumineux de fluorescence détectés par les moyens de détection d'autre part ne soient pas colinéaires entre elles. En particulier, les moyens de détection reçoivent la lumière de fluorescence générée par la zone cible sans traverser de moyens optiques de 20 convergence. Par rapport aux techniques connues utilisant des optiques de collection et/ou de collimation, on obtient une plus grande compacité ainsi qu'une plus grande plage de distance de mesure, un moindre coût et une plus grande simplicité de fabrication. Les détecteurs n'ont pas besoin d'être 25 réglés de façon très précise en position ou orientation, et le dispositif obtenu est plus résistant, plus facile à utiliser et entretenir. Dans le mode de réalisation décrit ci-après, la distance de mesure peut être réduite jusqu'aux environs de 5cm ou 7cm, et couramment aux environs de 10cm ou 15cm. Alors qu'une tendance naturelle voudrait que 30 l'on cherche à augmenter la distance de détection pour économiser les déplacements mécaniques, cette courte distance de mesure peut aussi avoir des avantages. Ainsi, elle permet une plus grande précision dans les mesures, nécessite moins de moyens ou de méthodes de ciblage (telles qu'une analyse d'image), et diminue les influences de la lumière ambiante. -5- De préférence, les moyens d'excitation incluent un jeu d'émetteurs comprenant au moins deux émetteurs lumineux situés de part et d'autres des moyens de détection, illuminant la zone cible selon des directions non colinéaires entre elles et dans une même bande de longueurs d'onde.

Cette multiplicité d'émetteurs alliée à leur position par rapport au détecteur permet en particulier une illumination plus uniforme de la cible, sous différents angles. Pour un objet avec un relief hétérogène, la zone vue et traitée par le détecteur est ainsi illuminée de façon plus constante quelle que soit son orientation dans l'espace.

Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif selon l'invention comprend : des moyens d'excitation selon une pluralité de bandes de longueurs d'onde différentes déterminées de façon à permettre de réaliser une pluralité de mesures de fluorescence, et/ou - des moyens de détection aptes à détecter une lumière de fluorescence dans une pluralité de bandes de longueurs d'ondes déterminées de façon à permettre une pluralité de mesures de fluorescence. Il est ainsi possible de réaliser plusieurs mesures différentes de fluorescence avec le même appareil.

Des mesures différentes de fluorescence sont ici définies comme correspondant chacune à une combinaison d'une bande déterminée de longueurs d'onde d'excitation associée à une bande déterminée de longueurs d'onde de fluorescence. Ainsi, par exemple, une mesure de fluorescence notée RFG (Red Fluorescence - avec excitation Green) correspondra à la mesure de rayonnement de fluorescence généré dans le rouge par une excitation dans le vert. Selon un aspect avantageux de l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens pour sélectionner une mesure de fluorescence parmi une pluralité de mesures possibles, ladite sélection réalisant une sélection des moyens d'excitation et de détection et du mode de traitement à mettre en oeuvre correspondant à la mesure de fluorescence sélectionnée. On obtient ainsi un outil polyvalent et souple, abordable et utilisable dans de nombreux usages : par exemple d'expérimentation ou de production, à petite échelle comme à grande échelle. -6- Selon une particularité de l'invention, les moyens de gestion et de traitement peuvent alors être agencés pour sélectionner et réaliser automatiquement, successivement ou alternativement, une pluralité de mesures différentes de fluorescence.

Il est alors possible de programmer l'acquisition de plusieurs mesures différentes en une seule action de l'utilisateur ou au cours d'un seul déplacement. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif selon l'invention comprend un boîtier portable autoalimenté présentant une première face portant des moyens d'interface utilisateur et une deuxième face dite de mesure dirigée vers une direction de mesure. Cette face de mesure comporte : - d'une part sur sa périphérie une surface portant les moyens d'excitation, et - d'autre part en son centre une partie s'étendant dans la direction de mesure. Cette extension constitue un module de détection qui renferme au moins une partie de l'électronique de détection et porte les moyens de détection sur sa face du côté de la direction de mesure, de préférence au même niveau que l'extrémité des émetteurs d'excitation. Ces caractéristiques contribuent à diminuer l'encombrement, le poids et le coût d'un tel appareil, qui peut être réalisé sous une forme portable et utilisable à la main par une personne à pied. Les moyens d'excitation et de détection étant rassemblés sur une seule face de l'appareil, la mesure peut s'effectuer sur une seule face du végétal à analyser, donc sans prélèvement ni manipulation. Il est donc possible de réaliser ces mesures de façon non destructive, et de façon suffisamment rapide pour pouvoir être réalisée à la volée lors d'un parcours devant une multitude de végétaux, comme dans une plantation ou un champ ou une pelouse. Mesure d'un composé Un mode de réalisation préféré de l'invention comprend un tel dispositif dont les moyens de gestion et de traitement sont agencés et programmés pour fournir au moins deux mesures de fluorescence -7- différentes, déterminées pour être combinées et corrélées entre elles par les moyens de traitement de façon à calculer une mesure de la teneur d'un composant présent dans la cible. Plus particulièrement, les moyens de gestion et traitement sont agencés et programmés pour fournir une mesure de la teneur d'un composé chromophore et non fluorescent, par effet d'écran sur une excitation lumineuse générant une fluorescence d'un autre composé situé plus au-delà du composé à mesurer. Un exemple d'application intéressante est celle qui consiste à mesurer la teneur en composés de la famille des Anthocyanes ou des Flavonoïdes, dans la peau des grains de raisin, le composé fluorescent situé au delà étant la chlorophylle. Pour obtenir une mesure restant stable lors de mesures à des distances variables, cette mesure par effet écran comprend deux mesures différentes de fluorescence, générées dans un composé fluorescent, par exemple la chlorophylle. Ces deux mesures de fluorescence sont choisies en utilisant, en général pour l'excitation, des longueurs d'ondes qui sont absorbées différemment par le composé chromophore ciblé. Celle de ces mesures dont l'excitation est absorbée par le composé ciblé est appelée mesure affectée , et l'autre est appelée mesure de référence. Par des traitements combinant et corrélant ces deux mesures de fluorescence, on déduit la quantité de composé cible ayant fait écran à la lumière d'excitation, en gardant une bonne indépendance par rapport à la distance de mesure.

Le dispositif caractérisé ici est particulièrement bien adapté pour effectuer cette mesure de teneur, puisque celle-ci nécessite deux mesures différentes de fluorescence. Dans le même esprit, l'invention propose aussi un système de gestion biologique ou agricole incluant un tel dispositif d'analyse.

Un tel système peut en particulier comprendre des moyens pour communiquer avec des moyens numériques de géolocalisation, ou de pilotage des mesures, ou de contrôle d'un traitement, ou de communication informatique, ou une combinaison de plusieurs de ces moyens. -8- L'invention propose en outre un procédé d'évaluation de l'état d'une entité biologique, et plus particulièrement d'un végétal, mettant en oeuvre un tel dispositif. Ce procédé permet en particulier un suivi de l'évolution d'une culture dans le temps, en comparant une pluralité de mesures réalisées au cours du temps pour un composé déterminé dans un même végétal ou une même parcelle. Il permet aussi un suivi de l'état d'une culture au sein d'une zone géographique comprenant une pluralité de parcelles, en comparant une pluralité de mesures réalisées dans lesdites parcelles pour un composé déterminé. Dans le cadre d'une application agricole, la polyvalence et la souplesse du dispositif ou système selon l'invention permettent en outre de déterminer un ou plusieurs indices, pouvant être en partie empiriques, correspondant à un état du végétal analysé et/ou à son évolution. Exemples de combinaisons de mesures de fluorescence De façon simplifiée, la mesure de la teneur par effet écran repose sur l'obtention d'une valeur d'absorbance due au composé à mesurer, et répondant à une formule du type : absorbance = log (fluorescence de référence / fluorescence affectée) La combinaison d'une telle mesure de teneur sera notée : (Fluorescence Référence Excitation /Fluorescence Affectée Excitation) Ainsi une mesure notée FRFR/FRFG correspond à : - une mesure de référence : fluorescence dans le rouge lointain (FRF : Far Red Fluorescence) générée par une excitation dans le rouge (Red) ; corrélée avec - une mesure affectée : fluorescence dans le rouge lointain (FRF) générée par une excitation dans le vert (Green). Différents modes de réalisation de l'invention permettent, en dotant un tel dispositif des longueurs d'ondes des émetteurs et détecteurs correspondant, de mesurer en particulier les composés ou indices suivants : FRFB/FRFG : anthocyanes et certains caroténoïdes. FRFA/FRFG : anthocyanes et certains caroténoïdes. FRFR/FRFG : anthocyanes et certains caroténoïdes. -9- BGFuv/FRFäv : indice composite pouvant représenter d'assez près la teneur en anthocyanes, et présentant en outre une bonne stabilité lorsque la distance de mesure varie. Cet indice est sensible à la présence de certains types de pathogènes. Par corrélation avec une autre mesure portant sur les anthocyanes, il permet de vérifier la présence ou l'absence de pathogènes, par exemple lors d''une récolte ou pour l'ajustement d'un traitement. Par ailleurs, cet indice est sensible à la présence de mauvaise herbes de type dicotyledone (ex. chénopode blanc) dans une culture du type monocotyledone (ex. maïs).

YGFB/FRFB : indice composite pouvant représenter la présence de la lignine, de la cutine et d'autres polymères phénoliques, il présente l'avantage de ne pas nécessiter d'excitation en Ultra Violet, dont les émetteurs sont souvent plus encombrants et d'une moindre portée que les matrices de diodes RGB couramment disponibles.

FRFR/FRFuv : flavonoïdes. FRFR/FRFB : indice composite essentiellement basé sur les flavonoïdes, mais aussi sensible aux caroténoïdes, qu'il permet donc de détecter en corrélation avec une autre mesure des flavonoïdes. FRFB/RFB : chlorophylle. FRFA/RFA : chlorophylle. Les bandes mentionnées ci-dessus correspondent aux longueurs d'ondes suivantes : UV : 300-400nm B : 400-470nm BGF : 400-500nm G : 510-540nm YGF : 520-570nm A: 590nm R : 620-650nm 30 RF: 670-695nm FRF: 705-800nm 25 (ultra-violet), plus particulièrement 360-390nm (bleu) (fluorescence bleu-vert) (vert) (fluorescence jaune-vert) (ambre) (rouge) (fluorescence rouge) (fluorescence rouge lointain) 2916850 - 10 - Amélioration des plages de mesures La polyvalence du dispositif selon l'invention permet aussi une amélioration et une optimisation des plages de mesures possibles, et de la continuité des mesures dans ces plages. 5 Ainsi, pour la mesure d'un composé déterminé par effet écran, lorsque ce composé est présent en grande quantité, l'absorption de l'excitation peut être trop importante pour que la fluorescence générée soit séparable du bruit propre aux conditions de mesure. L'évolution de la mesure de fluorescence affectée par le composé ciblé n'est alors plus significative de sa 10 teneur. En réponse à ce problème, le dispositif selon l'invention comprend la possibilité de traiter la mesure de référence en tant que mesure affectée en utilisant les faibles variations de cette mesure lorsqu'elle est légèrement affectée par le composé ciblé. L'appareil comprend alors des moyens de 15 repérage ou de guidage permettant de maintenir une distance de mesure constante, par exemple une jupe entourant la face de mesure. Le résultat mathématique de la formule habituelle, dite canonique , suit alors une courbe descendante alors que la teneur en composé augmente. Les moyens de traitement réalisent alors une correction 20 mathématique consistant à inverser le rapport entre la fluorescence affectée et la fluorescence de référence. Cette inversion permet de fournir des valeurs continuant à augmenter, ce qui est plus parlant pour l'utilisateur et permet de construire un étalonnage plus ergonomique pour fournir la teneur en composé.

Pour fournir une mesure sans connaissance a priori de la teneur en composé, l'appareil peut utiliser une autre mesure de fluorescence pour déterminer si la mesure principale est saturée ou non, par exemple la mesure BGFuv/FRFuv dans le cas des Anthocyanes. Dans un mode de réalisation comprenant un jeu d'émetteurs d'excitation en lumière ambre, l'appareil peut aussi utiliser la mesure YGFA/FRFA. La puissance des sources en lumière ambre permet alors une mesure à une plus grande distance qu'avec les sources UV décrites, par exemple jusqu'à environ lm. Une autre possibilité est prévue pour dépasser le seuil de saturation de la mesure initiale d'un composé, en utilisant une nouvelle longueur 2916850 - 11 - d'onde d'excitation, différente du pic d'absorption de ce composé cible. La polyvalence de l'appareil permet ainsi de combiner une troisième mesure de fluorescence, par exemple pour les anthocyanes par la mesure FRFA/FRFG lorsque la mesure FRFR/FRFG est saturée. 5 Par ailleurs, les variations de compositions chimiques extérieures à la teneur mesurée peuvent affecter les performances de cette mesure de teneur, par exemple par un changement du pH au cours de l'évolution et selon la saison. La multiplicité des combinaisons de mesure possible permet ainsi de 10 passer d'une combinaison à l'autre, par exemple pour les anthocyanes entre les trois mesures FRFB/FRFG, FRFA/FRFG et FRFR/FRFG. Ainsi, pour améliorer la continuité d'une mesure de teneur d'un composé, ou agrandir les plages de composition chimique extérieures où cette mesure est possible, l'appareil comprend le choix d'utiliser une ou 15 plusieurs mesures différentes de fluorescence, en fonction de ces conditions de mesure. Ces possibilités sont programmées dans les moyens de traitement de l'appareil, et permettent une meilleure continuité de mesure sur une plus grande plage de mesure de composé, sans nécessiter de nouvelles mesures de fluorescence, et donc avec les mêmes moyens 20 d'émission et de détection. Ce choix peut être recommandé ou automatisé, en fonction de la saison ou en fonction des résultats d'une première mesure de teneur ou de fluorescence, ou en fonction d'informations fournies par un autre appareil.

25 Applications L'invention présente des applications dans de nombreux domaines agricoles, ou de gestion d'espaces naturels. Une utilisation typique est la mesure de la teneur en flavonoïdes ou en anthocyanes dans l'épiderme des feuilles ou la peau de différents types de 30 légumes ou de fruits. Les flavonoïdes et les anthocyanes peuvent souvent être associés à la valeur nutritionnelle d'un fruit, par exemple la pomme. Les anthocyanes peuvent souvent être associés à la maturité d'un fruit, et plus précisément à la maturation phénolique. 2916850 - 12 - Une autre utilisation intéressante est l'évaluation précise de l'état d'un espace végétal présentant une certaine hétérogénéité, par exemple sous forme cartographique. Il peut s'agir de zones sauvages comme des parcs naturels, de zones cultivées ou des zones entretenues comme des terrains 5 de golf ou des stades. D'autres composés, comme des caroténoïdes, peuvent être associés à la maturation de légumes, par exemple le lycopène pour la tomate. L'invention propose en particulier de mettre en oeuvre un tel procédé pour évaluer la maturation ou la qualité ou la composition du raisin par 10 mesure la teneur d'au moins un composé de type Anthocyane ou Flavonoïde dans la peau d'un fruit, et en particulier d'un grain ou d'une grappe de raisin. Dans le cas du raisin, la mesure de la teneur en anthocyanes (en particulier pour le raisin rouge) ou de la teneur en flavonoïdes (en particulier 15 pour le raisin blanc) permet d'avoir un bon indice de la maturité dite phénolique, sans nécessiter d'analyse chimique. Cette maturité phénolique est en effet un facteur important pouvant jouer sur la qualité du vin obtenu à partir de ce raisin. L'invention permet ainsi de mieux connaître l'état ou les besoins d'une 20 culture à différents moments de son évolution ou en différentes parcelles, en particulier pour une culture spatialement ou temporellement hétérogène. Cette connaissance permet d'organiser les différentes opérations au moment opportun, telles que taille, récolte, traitement phytothérapique ou apport en nutriment. 25 Contrôle de traitement Avantageusement, l'invention pourra être mise en oeuvre pour analyser à la volée une pluralité de végétaux à évaluer, au fur et à mesure d'un déplacement du dispositif de mesure dans les cultures, ou inversement après récolte. 30 Cette évaluation peut aussi permettre d'ajuster au fur et à mesure, en temps réel, la nature d'une opération en cours ou la quantité de traitement ou de nutriment mise en oeuvre. Ainsi, une utilisation de l'invention pourra être l'ajustement d'un traitement fertilisant en fonction de l'état des végétaux évalués, ou -13- l'ajustement d'un traitement phytothérapique en fonction de la détection de pathogènes et de leur quantité. Une autre utilisation de l'invention pourra être de contrôler la qualité de produits après récolte, et de piloter une sélection ou un traitement lors de l'emballage. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : la FIGURE 1 représente schématiquement un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ; la FIGURE 2 est une vue en perspective, du côté de la face de mesure, d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ; la FIGURE 3 est une vue simplifiée en coupe de côté, d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ; la FIGURE 4 représente un diagramme spectral des longueurs d'ondes mises en oeuvre dans un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ; la FIGURE 5 est un schéma illustrant une mise en oeuvre d'un système selon un mode de réalisation de l'invention.

Les FIGURE 1 à FIGURE 3 représentent un mode préféré de l'invention, tel qu'il a été actuellement réalisé et testé. Ce mode de réalisation est basé sur un boîtier 10 portable et alimenté par une batterie 121 déportée ou intégré à la poignée, doté d'une face de mesure 14 et d'une interface utilisateur comprenant un écran 152 et des organes de commandes tels que des boutons ou touches 101 et 102. Ce boîtier peut être tenu par une partie formant une poignée 12 contenant la batterie amovible 121 ou le connecteur de la batterie portable déportée. Ce boîtier :10 comprend aussi une partie cylindrique 13 s'étendant vers le côté opposé à l'interface et portant la face de mesure à son extrémité. La face de mesure 14 est entourée par un cache 130 plus ou moins opaque et possiblement amovible, qui permet de diminuer les interférences de la lumière ambiante et de donner un repère quant à la distance de mesure optimale par rapport à la face de mesure 14. 2916850 - 14 - Cette face de mesure comprend un jeu 40 de détecteurs couvrant les longueurs d'onde de fluorescence à mesurer. Dans le mode de réalisation ici décrit, ce jeu 40 comprend trois détecteurs 41, 42 et 43 adjacents entre eux et regroupés en un triangle équilatéral au centre de la face de mesure 14.

5 Ces trois détecteurs sont orientés selon des directions parallèles entre elles autour d'un axe de détection 140, ou très légèrement convergentes autour de cet axe de détection 140. Chacun de ces détecteurs 41, 42 et 43 comprend un élément de détection, ici une photodiode au silicium 420 d'environ 2cm x 2cm, et détecte la lumière dans une bande de longueur 10 d'onde déterminée, respectivement bleu-verte, rouge et rouge lointain. Cette bande de détection est obtenue par un filtre coloré ou passe-haut et un filtre interférentiel. La combinaison de ces deux types de filtres permet une meilleure filtration qui peut être nécessaire, en particulier pour éviter aux détecteurs de recevoir des rayonnements émis par les sources 15 d'excitation. Il est à noter que les détecteurs reçoivent directement lafluorescence à mesurer, sans utiliser des optiques de collection, convergentes ou collimatées. Chaque détecteur ne nécessite qu'un seul élément de détection, la photodiode 420 (FIGURE 3), choisie suffisamment grande pour obtenir 20 une bonne sensibilité qui permet de se passer d'optique de collection. Cet élément de détection reçoit ainsi un rayonnement 49 provenant de l'ensemble de la zone cible 91 illuminée par les émetteurs d'excitation. Cet agencement permet d'utiliser des éléments de détection relativement simples, et d'éviter le besoin d'une optique de collection. Au 25 delà de l'économie sur le coût de l'optique, on évite ainsi les contraintes d'encombrement, de réglage et de profondeur de champs. La face de mesure 14 présente une surface périphérique conique concave portant plusieurs jeux d'émetteurs, pouvant émettre une lumière d'excitation dans différentes longueurs d'ondes, répartis en un cercle autour 30 du jeu 40 de détecteurs. Ces émetteurs comprennent un jeu d'émetteurs ultraviolets 20 comprenant six émetteurs UV 21 à 26, réparties à 120 en trois groupes de deux émetteurs adjacents, sur un cercle autour du jeu de détecteurs 40. 2916850 - 15 - Chacune de ces sources comprend une source, ici une diode LED ultraviolette 27, placée dans un réflecteur parabolique 281 formant un faisceau d'environ 30 . Les réflecteurs sont montés sur une embase 282 déterminant la position de leur faisceau par rapport à l'axe de détection 140.

5 Alternativement, les émetteurs UV peuvent aussi utiliser un dispositif dioptrique ou catadioptrique pour améliorer la convergence du faisceau émis. Les émetteurs comprennent aussi un jeu d'émetteurs de lumière visible 30, comprenant trois émetteurs 31, 32 et 33 répartis à 120 autour 10 du jeu 40 de détecteurs selon le même cercle que le jeu d'émetteurs UV 20 et intercalées avec les émetteurs UV. Chacun de ces émetteurs de lumière visible comprend une source comprenant une matrice de diodes LED de couleurs rouge, verte et bleue intercalées, intégrées dans un composant commun 34 d'environ 4,5cm de côté et d'une puissance de 3x15W, et 15 recouvertes d'une plaque de plastique transparent formant une matrice de microlentilles convergentes. Ce composant commun 34 est monté sur une cale 36 formant radiateur, et dont la forme détermine l'orientation de la source par rapport à l'axe de détection 140. L'émetteur comprend aussi un filtre coloré passe bande large, permettant de restreindre les émissions dans 20 les longueurs d'onde utilisées pour la détection de fluorescence, en particulier vers le rouge lointain. Alternativement aux sources RGB (rouge-vert-bleu) ici décrites, des sources d'excitations monochromes peuvent aussi être utilisées, par exemple des sources de couleur ambre sous la forme d'une matrice LED 25 monochrome de forte puissance, de l'ordre de 200W en continu. Les émetteurs d'excitation sont orientés de façon à obtenir un éclairage uniforme de la zone cible 91, même lorsqu'il s'agit d'un objet hétérogène et/ou en trois dimensions. Dans des modes de réalisation pour des applications à distance 30 courte, par exemple utilisant une excitation UV, les faisceaux des émetteurs sont orientés de façon à converger vers l'axe ou les axes A41, A42 et A43 des détecteurs 41, 42 et 43. Plus particulièrement, les axes A22, A32 des faisceaux d'excitation sont concourants entre eux et avec l'axe de détection 140 en un même point P140, à une distance optimale pour la mesure. Dans 2916850 - 16 - le mode de réalisation décrit, le point de convergence P140 se situe entre 10 et 20cm du jeu 40 de détecteurs, par exemple aux environs de 15cm. Le fait que les faisceaux émis ne sont pas collimatés et présentent une certaine ouverture ou divergence permet de limiter les contraintes 5 pesant sur la distance de mesure. En effet, tant que la cible, ici une grappe de raisin 9, se trouve à l'intérieur des faisceaux 29 et 39 des émetteurs, elle sera éclairée de façon homogène sur ses différentes faces dirigées vers le jeu 40 de détecteurs. La fluorescence 49 émise vers les détecteurs sera ainsi suffisamment stable et homogène pour fournir des mesures fidèles de la 10 zone mesurée 91. Ainsi, bien que les mesures utilisant les émetteurs UV se fassent à une distance d'environ 15cm, les mesures n'utilisant que les émetteurs en lumière visible peuvent s'effectuer à des distances plus importantes, voire jusqu'aux environs de 1m, par exemple pour une mesure des anthocyanes.

15 Dans d'autres modes de réalisation, les faisceaux des émetteurs peuvent être orientés de façon à être parallèles à l'axe de détection, par exemple pour des applications de mesure à une distance importante. La FIGURE 3 illustre plus particulièrement la structure du dispositif dans ce mode de réalisation de l'invention. La partie cylindrique 13 du 20 boîtier renferme une carte électronique 131 sensiblement annulaire, comprenant les circuits d'alimentation des sources d'excitation, le circuit de gestion des impulsions d'excitation et un circuit réalisant un générateur de courant. Les détecteurs, et l'électronique qui va avec, sont regroupés dans un 25 module de détection 400 cylindrique, placé sur la face de mesure 14 au centre du cercle formé par les émetteurs d'excitation et s'étendant dans la direction de la cible à analyser. La face externe de ce cylindre porte les trois détecteurs 41, 42 et 43. Cet agencement permet de placer les détecteurs sensiblement au 30 même niveau que les extrémités des émetteurs pour qu'ils disposent d'un champ de réception large et permet ainsi de se rapprocher de la cible. Le module de détection 400 comprend trois petites cartes électroniques 141, 142, 143 essentiellement analogiques, sensiblement 2916850 - 17 -circulaires, empilées le long de son axe longitudinal, fixées et espacées par des colonnettes 144. La première petite carte électronique 141, située du côté de la face externe du module de détection 400, porte les éléments de détection, ici des 5 photodiodes au silicium. Pour chacun de ces détecteurs, la photodiode au silicium 420 reçoit la lumière à détecter à travers un filtre coloré ou passe-haut 421 et un filtre interférentiel 422 fixés de façon amovible par un écrou de blocage 423 dans une ouverture cylindrique de 25,4mm, pouvant ainsi recevoir des filtres standards de un pouce ou de 25mm.

10 En s'éloignant de la face de mesure 14, la deuxième petite carte électronique 142 porte les circuits et amplificateurs réalisant la réjection de la lumière ambiante par boucle de contre-réaction. La troisième petite carte électronique 143 porte des circuits et composants contenant en particulier des échantillonneur-bloqueurs.

15 Le module de détection 400 constitue un ensemble compact qui peut être démonté du boîtier 10, par exemple pour maintenance ou pour être remplacé par un module caméra ou un module incluant un ou plusieurs guides optiques. Ce module de détection est connecté, à travers l'ouverture de la 20 grande carte électronique 131, à un module de traitement 151 situé du côté de l'interface et comprenant tout ou partie des moyens de traitement : en particulier une centrale d'acquisition et des moyens de calcul. Ce module de traitement est compris dans une partie 15 du boîtier portant l'écran 152 et pouvant être inclinée pour une bonne lisibilité, et 25 escamotée dans un logement 105 à l'intérieur du boîtier 10. Ce module de traitement peut comporter une connexion détachable lui permettant d'être échangé facilement, par exemple pour une mise à jour ou un changement de fonction. L'électronique 131 liée à l'excitation, celle 141 à 143 liée à la 30 détection, et le module de traitement 151 sont ainsi agencées en modules électroniques différents et séparés, permettant une maintenance simplifiée. Ces modules sont en outre séparés par une certaines distance, ici deux centimètres et typiquement au moins 1,5cm, ce qui permet de mieux 2916850 - 18 - dissiper la chaleur générée et de limiter les risques d'interférences entre les circuits qu'ils comportent. Dans le mode de réalisation ici décrit, la détection est synchronisée sur l'excitation qui est émise par les émetteurs d'excitation. Une fréquence 5 d'excitation de 1kHz avec des impulsions de 20 microsecondes a été utilisée avec succès, et permet un traitement en temps réel au fur et à mesure d'un parcours sur le terrain. Les différentes mesures de fluorescence nécessaires à l'établissement de la teneur ou de l'indice programmé sont entrelacées au sein de la période de mesure.

10 Ainsi les moyens de gestion et de traitement sont agencés pour : émettre un signal de commande pour commander les émetteurs par impulsions, - détecter les pics de fluorescence générée par ces impulsions, au sein des détecteurs une amplification réalise la réjection de la lumière ambiante par 15 une boucle de contre-réaction, - commander, par exemple par le même signal de commande, le traitement du pic de fluorescence détecté, par exemple, au moyen d'échantillonneurbloqueurs ; et fournir une mesure analogique de la mesure de fluorescence à la centrale 20 d'acquisition. Dans d'autres modes de réalisation, il est prévu une détection synchrone utilisant la modulation de phase entre l'excitation et la détection. Les moyens de gestion et de traitement sont alors agencés pour : - commander les émetteurs selon une fréquence incluant une modulation de 25 phase, - traiter le signal de détection de fluorescence en démodulation de phase et fournir la mesure de fluorescence. La FIGURE 4 représente le diagramme spectral des longueurs d'ondes d'excitation 61, 62 et 63 et de détection de fluorescence 65, 66 et 67 dans 30 le mode de réalisation testé. Le dispositif selon l'invention présente de nombreuses applications, en particulier dans le domaine de l'agriculture ou de l'entretien des espaces verts et la recherche scientifique sur les végétaux. 2916850 - 19- Cette combinaison a permis de surveiller et d'évaluer l'évolution du raisin et sa maturation phénolique par la mesure des anthocyanes pour le raisin rouge et des flavonoïdes pour le raisin blanc. Ces tests ont été effectués chaque semaine depuis juillet à octobre 5 sur trois variétés, Pinot Noir, Pinot Meunier et Chardonnay, sur le vignoble expérimental de Fort Chabrol à Epernay en Champagne. Les résultats de ces tests ont étés vérifiés par analyse chimique des anthocyanes et du taux de sucre en Brix, et sont exposés par les présents inventeurs dans une publication en cours, (Z. Cerovic et coll.

New portable 10 optical sensors for the assessment of winegrape phenolic maturity based on berry fluorescence , In Precision Agriculture '07, 2007). Avec le même appareil, les mesures basées sur la fluorescence bleu-verte sous excitation UV (c'est à dire BGFuv/FRFuv) peuvent en outre être corrélés avec les résultats basés sur d'autres fluorescences (par exemple 15 FRFG/FRFR) pour surveiller l'absence ou la présence de pathogènes avant ou lors de la récolte. Ainsi qu'illustré en FIGURE 5, d'autres modes de réalisation sont possibles, qui comprennent un système 5 incluant un ou plusieurs dispositifs d'analyse 511 à 514, montés sur une structure 52 de forme et de dimension 20 prévue pour être tractée par un véhicule 53 le long d'une surface importante de végétal, par exemple pour surveiller et analyser en continu un rang de vigne 50, sur plusieurs niveaux et des deux côtés. Ces dispositifs d'analyse 511 à 514 peuvent comprendre chacun une partie seulement des moyens mis en oeuvre, par exemple seulement la partie émetteurs et détecteurs 25 ainsi que leurs moyens de gestion, et être centralisés sur un module de traitement 51 unique. Ce module de traitement 51 peut aussi être intégré à, ou communiquer avec, un ou plusieurs moyens informatisés tels que des moyens de géolocalisation 531, ou des moyens de pilotage des mesures 30 532, ou des moyens de commande 533 d'un traitement effectué au fur et à mesure, ou des moyens de communication 534 avec un ou plusieurs autres systèmes. D'autres modes de réalisation peuvent être réalisés basés sur différents types de véhicules amenés à parcourir la zone à traiter ou évaluer, 2916850 - 20 - par exemple sur une tondeuse, ou sur un chariot individuel de transport de clubs de golf. Dans la présente description, il est à noter que la notion de culture ne doit pas être prise de façon trop restrictive et peut tout à fait inclure des 5 végétaux qui sont surveillés et/ou entretenus, même s'ils ne produisent pas de récoltes, comme du gazon, ou n'ont pas été plantés artificiellement comme une zone naturelle surveillée ou entretenue. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces 10 exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (23)

REVENDICATIONS

1. Dispositif (1) d'analyse non destructive de végétaux par mesure de fluorescence, comprenant des moyens d'excitation (20, 30) émettant une lumière d'excitation dans une bande de longueur d'onde (61, 62, 63) déterminée pour générer une fluorescence (49) dans les tissus d'une zone cible (91), des moyens de détection (40) dans une bande de longueurs d'onde (65, 66, 67) déterminée pour détecter la fluorescence ainsi générée, des moyens de gestion desdits moyens d'excitation et de détection, et des moyens de traitement agencés pour corréler dynamiquement lesdits moyens d'excitation et de détection de façon à fournir une mesure de la fluorescence ainsi générée, caractérisé en ce que les moyens d'excitation et les moyens de détection sont agencés selon une géométrie déterminée pour que la direction des rayons de la lumière d'excitation (29, 39) illuminant ladite zone cible (91) d'une part et la direction des rayons lumineux de fluorescence (49) détectés par les moyens de détection d'autre part ne soient pas colinéaires entre elles.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection (40) comprennent au moins un détecteur (41, 42, 43) recevant la lumière de fluorescence (49) générée par la zone cible (91), caractérisé en ce que ledit détecteur comprend un photodétecteur au silicium (420) et un filtre optique (421) pour sélectionner la bande de fluorescence d'intérêt et reçoit une lumière de fluorescence (49) générée par toute la zone cible (91).

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'excitation (20) incluent un jeu d'émetteurs comprenant au moins deux émetteurs lumineux (21, 24) situés de part et d'autres des moyens de détection (41, 42, 43), illuminant la zone cible (91) selon des directions non colinéaires entre elles et dans une même bande de longueurs d'onde.- 22 -

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'excitation selon une pluralité de bandes de longueurs d'onde différentes déterminées de façon à permettre de réaliser une pluralité de mesures de fluorescence.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (41, 42, 43) aptes à détecter une lumière de fluorescence dans une pluralité de bandes de longueurs d'ondes (65, 66, 67) déterminées de façon à permettre une pluralité de mesures de fluorescence.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de sélectionner une mesure de fluorescence parmi une pluralité de mesures possibles, ladite sélection réalisant une sélection des moyens d'excitation et de détection et du mode de traitement à mettre en oeuvre correspondant à la mesure de fluorescence sélectionnée.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de gestion et de traitement sont agencés pour sélectionner et réaliser automatiquement, successivement ou alternativement, une pluralité de mesures différentes de fluorescence.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'excitation comprennent une ou plusieurs sources (27) à base de diode électroluminescentes (LED).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une diode est entourée d'un réflecteur de convergence (281).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au moins un émetteur comprend une pluralité de diodes-23- LED intégrées dans un composant commun (34) et recouvertes de microlentilles convergentes.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (10) portable autoalimenté (121) présentant une première face portant des moyens d'interface (152, 101, 102) utilisateur et une deuxième face dite de mesure de mesure dirigée vers une direction de mesure, cette face de mesure comportant d'une part sur sa périphérie une surface portant les moyens d'excitation et d'autre part en son centre une partie (400) s'étendant dans la direction de mesure, renfermant au moins une partie de l'électronique de détection et portant les moyens de détection sur sa face du côté de la direction de mesure.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins un émetteur d'excitation (30) est fixé sur un élément radiateur (36) dont la forme détermine la position et l'orientation dudit émetteur ou détecteur.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que les moyens de gestion sont agencés pour fournir au moins deux mesures différentes de fluorescence, déterminées pour être combinées et corrélées entre elles par les moyens de traitement de façon à fournir une mesure par effet écran de la teneur d'un composant chromophore non fluorescent présent dans la cible.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de gestion et de traitement sont agencés pour : - commander les émetteurs par impulsions, - détecter les pics de fluorescence générée par ces impulsions grâce à des détecteurs amplifiés qui réalisent la réjection de la lumière ambiante par une boucle de contre-réaction, - traiter le signal de fluorescence détecté et fournir la mesure de fluorescence. 2916850 - 24 -

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens de gestion et de traitement sont agencés pour : - commander les émetteurs selon une fréquence incluant une modulation de 5 phase, - traiter le signal de détection de fluorescence en démodulation de phase de façon à obtenir la rejection de la lumière ambiante et fournir la mesure de fluorescence. 10

16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens numériques de géolocalisation.

17. Système embarqué (5) comprenant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 16 coopérant avec des moyens numériques : 15 - de géolocalisation (531), ou - de pilotage (532) des mesures, ou - de communication informatique (534), ou une combinaison de ces moyens. 20

18. Procédé de mesure de la teneur d'au moins un composé dans un végétal utilisant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 ou un système selon la revendication 17 à une distance de moins de 20cm entre une zone cible (91) dudit végétal et les moyens de détection (40, 41, 42, 43) dudit dispositif. 25

19. Procédé d'évaluation de l'état d'un végétal, comprenant une mesure sur le terrain de la teneur d'au moins un composé dans au moins une partie dudit végétal, obtenue en mettant en oeuvre un dispositif selon l'une des revendications 1 à 16 ou un système selon la revendication 17 ou un 30 procédé selon la revendication 18.

20. Procédé de suivi de l'évolution d'une culture dans le temps, caractérisé en ce qu'il utilise un procédé selon la revendication 19 pour-25- comparer une pluralité de mesures réalisées au cours du temps pour un composé déterminé dans un même végétal ou sur une même parcelle.

21. Procédé d'évaluation cartographique de l'état d'une pluralité de 5 végétaux au sein d'une zone géographique, en utilisant une mesure par un procédé selon la revendication 19.

22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour évaluer la maturation ou la 10 qualité ou la composition de fruits ou légumes par mesure de la teneur d'au moins un composé de type Anthocyane ou Flavonoïde ou Caroténoïdes dans la peau desdits fruits ou légumes.

23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 22, 15 caractérisé en ce qu'au moins une mesure d'une pluralité de végétaux est réalisée à la volée, au fur et à mesure d'un déplacement du dispositif de mesure.