Des dispositifs électroniques portables dévoilent la vie secrète des plantes
Les plantes ont peut-être l’air de ne rien faire, mais en vérité elles ne cessent de capter et de répondre à toute une gamme de stimuli émis par leur environnement, comme par exemple le niveau de luminosité, la température, la concentration en gaz, la chimie du sol et son degré d’humidité, la présence d’insectes ou de mammifères, et encore bien d’autres éléments. La plupart des plantes recourent à des signaux électriques transitoires pour contrôler la vitesse de leur photosynthèse ou leur respiration, le rythme ou la direction de leur croissance, les éléments chimiques émis pour se défendre contre les herbivores, et d’autres réponses physiologiques. Les scientifiques connaissent ces signaux depuis des années, mais ils n’ont jamais été utilisés en pratique du fait des difficultés rencontrées pour les mesurer, car ils sont faibles par rapport aux interférences électromagnétiques ambiantes. Le projet PhytlSigns Horizon 2020 a réalisé une percée fondamentale en mettant au point un dispositif de contrôle des plantes en temps réel peu onéreux qui repose sur ces signaux bioélectriques. «PhytlSigns est le premier dispositif portable qui exploite les signaux électriques et les traduit sous une forme numérique avant de les visualiser pour les analyser plus en détail. En amplifiant les signaux émis par les plantes et en réduisant les bruits environnants, les chercheurs et les producteurs sont désormais capables de mesurer l’activité produite en réponse aux modifications des conditions», déclare Carrol Plummer, coordinatrice du projet. Le retour d’expérience des clients sera utilisé pour mettre au point les capteurs nouvelle génération Le projet anticipe l’avenir avec des plans de commercialisation de capteurs de l’activité électrophysiologique des plantes en temps réel, plans qui incluent des recherches sur les marchés potentiels qui viennent soutenir les résultats de l’étude elle-même. «Notre objectif principal est de définir quelles sont les manières les plus efficaces de créer un marché pour les biocapteurs PhytlSigns étant donné que l’électrophysiologie des plantes est relativement peu connue. Nous avons interrogé les utilisateurs des prototypes de PhytlSigns et mis à profit leur retour d’expérience pour améliorer la nouvelle génération de capteurs de l’activité électrophysiologique des plantes», explique Carrol Plummer. Les chercheurs ont également examiné comment les producteurs de tomates développaient de nouvelles variétés et comment les fabricants d’herbicides testaient leurs nouvelles formules. Selon Carrol Plummer: «Les résultats obtenus nous ont aidés à mettre au point des stratégies pour la commercialisation de notre produit et à nous assurer que nous étions en mesure d’identifier correctement notre marché.» Pour les fabricants d’herbicides, il est clair que les dispositifs PhytlSigns fournissent des informations sur l’efficacité d’une formule bien plus rapidement qu’en ne se fiant qu’aux seuls indices visuels. «Ils permettraient aux fabricants de raccourcir leur cycle de développement de produits en recourant aux dispositifs d’une manière assez similaire à celle utilisée par les chercheurs. De leur côté, les producteurs de tomates ont besoin de surveiller leurs plantes sur une période bien plus longue et souhaitent disposer d’une méthode pour détecter au plus tôt les facteurs de stress. Leur utilisation des capteurs est similaire à celle que mettront en place les producteurs professionnels», souligne Carrol Plummer. Des avantages de taille «La recherche multidisciplinaire, au cœur du projet, s’est révélée très prometteuse dans le domaine de l’électrophysiologie des plantes. Et nous sommes ravis de contribuer à la création d’un lien entre les informaticiens et les biologistes», déclare Carrol Plummer. PhytlSigns reconnait que l’usage d’algorithmes d’apprentissage machine fournit des données clés quand il s’agit de traiter les signaux électrophysiologiques émis par les plantes. Les scientifiques qui travaillent sur les signaux électriques ou sur l’interaction entre les signaux chimiques, électriques et hydrauliques seront les premiers à profiter des méthodes de traitement des signaux électroniques innovantes et sophistiquées intégrées aux capteurs PhytlSigns. Cependant, l’impact principal du projet vient de l’application des capteurs de l’activité électrophysiologique des plantes en temps réel à la réduction du nombre et de l’intensité des interventions pour les cultures en intérieur comme les tomates, les poivrons ou les aubergines. Les plantes ressentent très vite la moindre modification en matière d’irrigation, d’apport en nutriments ou d’autres conditions de leur environnement, et ces signaux peuvent être interprétés par les producteurs pour optimiser ces conditions et favoriser la croissance de leurs cultures. «Cela conduira à l’amélioration des rendements et à la diminution des impacts environnementaux des cultures nécessaires à la chaîne alimentaire humaine», conclut Carrol Plummer.
Mots‑clés
PhytlSigns, signal, plantes, bioélectrique, biocapteur
