lundi 17 décembre 2018
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Le spectromètre de poche mesure la richesse d'une betterave. La mesure est visible directement sur smartphone. Le spectromètre de poche mesure la richesse d'une betterave. La mesure est visible directement sur smartphone. ©ITB

Recherche : un spectromètre de poche pour mesurer la richesse des betteraves

Depuis 2016, l’ITB teste un spectromètre de quelques centimètres pour prédire la richesse des betteraves pendant la culture. Les premiers résultats laissent présager de futures applications intéressantes.

Les mesures par spectrométrie permettent d’estimer la composition biochimique de la matière. C’est le moyen notamment de suivre de manière non destructive le taux de sucre des mêmes betteraves au cours du temps. Par exemple, cela permet de mesurer l’évolution de la richesse selon différents modes d’irrigation, selon différentes variétés... et d’acquérir ainsi toujours plus de connaissances sur le fonctionnement de la culture.

Du spectre à la mesure de richesse
L’ITB a établi des mesures spectrales avec le spectromètre SCiO à différentes dates et sur plusieurs variétés soumises à des régimes azotés contrastés. On dispose ainsi de 240 spectres sur une plage de longueurs d’ondes allant de 740 nm à 1070 nm. La calibration met en correspondance deux valeurs dans une base de données : d’une part l’énergie absorbée aux différentes longueurs d’onde par des échantillons connus, et d’autre part, la teneur en sucre mesurée dans ces mêmes échantillons avec la méthode d’analyse traditionnelle de laboratoire. Ici, le spectre mesuré par contact au niveau de la partie émergente des betteraves est relié à la richesse de la betterave entière obtenue sur râpure. Pour commencer, des pré-traitements mathématiques sont appliqués aux spectres bruts pour réduire les effets optiques perturbateurs. Puis, une méthode statistique de régression linéaire, la PLS (Partial Least Squares) est utilisée pour établir un modèle prédictif de la richesse à partir des spectres.

Précision des mesures
Le modèle a été appliqué sur un jeu de données indépendant de celui ayant servi à sa construction. L’exactitude du modèle est évaluée en calculant l’erreur quadratique moyenne de prédiction (RMSEP), exprimée dans la même unité que la variable à estimer (soit du pourcentage de sucre) et le coefficient de détermination (R²). Les résultats montrent une erreur de 0,91 % de richesse pour une mesure faite à l’échelle d’une seule betterave. Néanmoins, la précision s’améliore si on augmente le nombre de betteraves mesurées. Ainsi, pour 21 betteraves, l’erreur sur la richesse à l’échelle de l’échantillon passe à 0,2 % et pour 81 betteraves à 0,1 %.

Spectromètre en application mobile
Il permet de mesurer la réflectance sur une gamme de longueurs d’ondes plus ou moins large grâce à des fibres optiques. En fonction de la réponse spectrale d’une matière, il est possible d’accéder à sa composition biochimique. Dans notre cas d’étude, il est utilisé pour mesurer le taux de sucre des betteraves. Le spectromètre SCiO (Consumer Physics) a été utilisé par l’ITB afin de permettre une mesure non destructive de la richesse d’une racine en l’apposant à son contact au niveau de la partie émergente. De par sa petite taille, elle permet une utilisation facile au champ (cf. photo). Les spectres sont enregistrés directement sur un smartphone puis transférés ensuite dans un modèle qui les convertit en richesse.

Institut technique de la betterave (ITB)

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Le Betteravier français, le journal de référence des planteurs depuis 1952, qui décrypte l'actualité de la filière betterave-sucre et des grandes cultures avec ses 18 numéros et ses 2 cahiers spéciaux par an.