Améliorer les cultures grâce aux rayons laser et à l’impression 3D

Les technologies modernes transforment les méthodes de sélection végétale, offrant de nouvelles perspectives pour l’amélioration des cultures. Une étude récente illustre l’utilisation novatrice du balayage laser et de l’impression 3D dans la création de modèles détaillés de betteraves sucrières, ouvrant la voie à des applications prometteuses en agronomie.

La recherche publiée récemment combine l’utilisation du balayage laser et de l’impression 3D pour créer un modèle tridimensionnel précis d’une betterave sucrière. Cette méthode va au-delà de l’utilisation traditionnelle des informations génétiques pour guider la sélection végétale intelligente.

Les modèles 3D capturent les caractéristiques essentielles des parties aériennes de la betterave sucrière. Ces représentations sont destinées à être intégrées dans des processus d’amélioration des cultures assistés par intelligence artificielle. Un aspect remarquable de cette étude réside dans la reproductibilité des modèles et leur adaptation à une utilisation sur le terrain.

L’ensemble des informations de recherche, des données, de la méthodologie, ainsi que les fichiers d’impression 3D sont mis à disposition gratuitement. Cette accessibilité permet non seulement aux chercheurs, mais également aux passionnés, de reproduire et d’étudier ces modèles de betteraves sucrières en trois dimensions.

L’évolution du phénotypage des plantes

Le phénotypage des plantes, science qui consiste à recueillir des informations et des mesures précises sur les végétaux, a connu des progrès considérables ces dernières années. Autrefois basé sur des mesures manuelles fastidieuses, le phénotypage s’automatise de plus en plus grâce à des technologies de pointe.

Les pipelines de phénotypage modernes utilisent des capteurs de pointe, souvent assistés par l’intelligence artificielle. Ces systèmes permettent de mesurer divers paramètres tels que la taille, la qualité des fruits, la forme et la taille des feuilles, ainsi que d’autres indicateurs de croissance. L’automatisation de ces processus offre non seulement un gain d’efficacité, mais permet également de capturer des informations complexes sur les plantes, difficilement accessibles à grande échelle par des méthodes manuelles.

Dans ce contexte d’évolution technologique, la disponibilité de matériel de référence précis joue un rôle crucial. Les capteurs nécessitent des données sur une «plante standard» englobant toutes les caractéristiques pertinentes, y compris des traits tridimensionnels complexes comme l’angle d’orientation des feuilles.

Avantages et applications du modèle 3D de betterave sucrière

Le nouveau modèle imprimé en 3D de la betterave sucrière a été conçu pour répondre à ces besoins spécifiques. Il présente l’avantage supplémentaire d’être accessible gratuitement sous forme de fichiers d’impression, permettant à d’autres scientifiques de reproduire une copie exacte de la betterave de référence.

Cette approche favorise la comparabilité des recherches menées par différents laboratoires à travers le monde. De plus, l’accessibilité financière de l’impression 3D rend cette méthode adaptable dans des contextes à ressources limitées, notamment dans les pays en développement.

Pour obtenir les données précises nécessaires à leur modèle réaliste, les auteurs ont utilisé la technologie LIDAR (Light Detection and Ranging). Une véritable betterave sucrière a été scannée par laser sous 12 angles différents pour créer des données 3D. Après traitement, ces données ont été utilisées pour imprimer le modèle grandeur nature de la betterave sucrière.

Perspectives et applications futures

Jonas Bömer, l’un des auteurs de l’étude, de l’Institut allemand de recherche sur la betterave (IFZ) explique : «Dans le domaine du phénotypage tridimensionnel des plantes, le référencement des systèmes de capteurs utilisés, des algorithmes informatiques et des paramètres morphologiques capturés représente une tâche difficile mais fondamentalement importante. L’application des technologies de fabrication additive pour la génération de modèles de référence reproductibles offre une nouvelle opportunité de développer des méthodologies standardisées pour un référencement objectif et précis, bénéficiant ainsi à la recherche scientifique et à la sélection végétale pratique.»

Cette approche ne se limite pas à la betterave sucrière. L’étude publiée dans GigaScience démontre comment la combinaison de l’intelligence artificielle, de l’impression 3D et de la technologie des capteurs peut contribuer à la sélection végétale du futur, aidant ainsi à nourrir la population mondiale avec des cultures saines et savoureuses.

Chris Armit, scientifique des données chez GigaScience, ajoute : «L’intérêt d’un modèle 3D imprimable réside dans la possibilité d’en imprimer plusieurs exemplaires, un par champ de cultures. En tant que stratégie de phénotypage à faible coût, où le coût principal est le scanner LIDAR, il serait fantastique de voir cette approche testée sur d’autres cultures telles que le riz ou les cultures orphelines africaines, où il existe un besoin de solutions de phénotypage à faible coût.»

Légende illustration : Un modèle de référence imprimé en 3D pour la betterave sucrière est inclus dans les expériences sur le terrain. Credit: Institute of Sugar Beet Research, Göttingen

 Article : « A 3D printed plant model for accurate and reliable 3D plant phenotyping » GigaScience Database. https://doi.org/10.5524/102530