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Jul 18, 2023

Surveillance optique de l'état de croissance des plantes par polarimétrie

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 21841 (2022) Citer cet article 1426 Accès 1 Détails des métriques Altmetric La polarimétrie est une technique de caractérisation puissante qui utilise une multitude de

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 21841 (2022) Citer cet article

1426 Accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

La polarimétrie est une technique de caractérisation puissante qui utilise une multitude d'informations provenant des ondes électromagnétiques, notamment la polarisation. Grâce aux riches informations fournies par la polarimétrie, elle est activement étudiée dans des domaines biomédicaux tels que le diagnostic du cancer et des tumeurs. Malgré son importance et son potentiel en agriculture, la polarimétrie des plantes vivantes n’a pas été bien étudiée. Un système d'imagerie polarimétrique Stokes a été construit pour déterminer la corrélation entre les états de polarisation de la lumière traversant la feuille et les états de croissance de la laitue. Le paramètre de Stokes s3 associé à la polarisation circulaire augmente avec le temps et est fortement corrélé à la croissance des plants de laitue. Dans l’analyse statistique, la distribution de s3 suivait la fonction de densité de probabilité des valeurs extrêmes généralisées (GEV). Le stress salin a retardé la croissance des plantes et la concentration de chlorure de sodium (NaCl) traité a montré une corrélation négative avec le paramètre de localisation μ du GEV. La corrélation claire rapportée ici ouvrira la possibilité de mesures de polarisation sur des plantes vivantes, permettant ainsi une surveillance en temps réel de la santé des plantes.

L'état de polarisation de la lumière réfractée, réfléchie ou diffractée par un matériau dépend des propriétés du matériau. La polarimétrie optique est utilisée pour analyser les propriétés physiques ou chimiques des matériaux en mesurant et en interprétant les changements dans l'état de polarisation de la lumière1. L'ellipsométrie est l'une des techniques bien connues utilisées pour caractériser les matériaux en mesurant les états de polarisation. La puissance polyvalente des mesures de polarisation ne se limite pas aux objets tels que les composés organiques ou inorganiques, mais peut également être utilisée dans les organismes (par exemple les organes, les tissus et les cellules). Le diagnostic biomédical utilisant la polarimétrie est l'une des techniques les plus étudiées dans ce domaine2,3,4,5. L’énorme avantage du diagnostic biomédical polarimétrique réside dans la mesure sans contact et en temps réel. Par exemple, la fibre optique polarimétrique Mueller est utilisée pour le diagnostic des cancers4.

Pour la même raison, le diagnostic des plantes vivantes constitue une technique prometteuse pour l’agriculture. Parallèlement, il existe peu d’études sur les techniques de polarisation des plantes vivantes6,7,8,9,10,11,12,13. La polarimétrie utilise non seulement l'amplitude d'une onde électromagnétique à une longueur d'onde donnée de la lumière, mais également les informations de phase1. Ainsi, elle peut fournir plus d’informations sur la plante que l’analyse hyperspectrale conventionnelle, qui utilise uniquement l’amplitude du champ électromagnétique14,15,16,17,18,19,20,21,22. De nombreux paramètres peuvent être obtenus par polarimétrie, notamment l'angle d'azimut et l'ellipticité de la polarisation. Cependant, la plupart des recherches antérieures se sont limitées à utiliser uniquement les informations de dépolarisation pour surveiller l’état des plantes6,8,12,13. Ainsi, une corrélation exacte entre l’état des plantes et l’état de polarisation de la lumière n’a pas encore été révélée et reste une question ouverte.

Actuellement, certaines plantes poussent dans des environnements contrôlés (par exemple, des serres et des usines de plantes) où la lumière, la température et l'humidité sont artificiellement régulées pour permettre une récolte toute l'année. Pendant ce temps, les plantes peuvent pousser différemment même dans des environnements contrôlés, c’est pourquoi des techniques de surveillance doivent être développées. Pour déterminer la corrélation entre les états de polarisation et la croissance des plantes, un système d'imagerie polarimétrique Stokes a été construit. À l’aide du système d’imagerie Stokes, les états de polarisation de la lumière traversant les feuilles de laitue ont été enregistrés et analysés. La laitue (Lactuca sativa L.) a été choisie comme sujet car c'est l'un des légumes à feuilles les plus populaires cultivés et consommés dans le monde23. Dans cet article, une forte corrélation entre la croissance des plantes et l’état de polarisation a été démontrée, prouvant la faisabilité des mesures de polarisation pour la surveillance des plantes.