Un capteur solaire détecte les spores de maladies de la vigne en quasi temps réel

Des chercheurs ont présenté un capteur alimenté à l’énergie solaire qui utilise la holographie numérique et l’intelligence artificielle pour détecter en quasi temps réel les spores en suspension dans l’air du mildiou et de l’oïdium dans les vignobles, une avancée qui, selon eux, pourrait aider les viticulteurs à appliquer moins de traitements fongicides sans perdre en efficacité contre la maladie.

Ces travaux, publiés dans Frontiers in Plant Science, portent sur deux des menaces fongiques les plus coûteuses et les plus persistantes en viticulture. Le mildiou, causé par Plasmopara viticola, tend à se propager dans des conditions douces et humides. L’oïdium, causé par Erysiphe necator, est favorisé par un temps plus chaud et plus sec. Tous deux peuvent nuire aux rendements et à la qualité du raisin, et tous deux sont généralement maîtrisés par des pulvérisations préventives avant que les infections ne deviennent visibles.

Cette approche préventive oblige les viticulteurs à prendre des décisions dans l’incertitude. Dans de nombreux vignobles, les fongicides sont appliqués de peu après le débourrement jusqu’au début de la véraison, souvent en 7 à 12 passages au cours d’une saison. Ces décisions reposent généralement sur les prévisions météo et les modèles de maladies. Les auteurs indiquent que ce système peut conduire à des traitements qui, par la suite, semblent inutiles, mais seulement une fois la période de risque passée.

Le nouvel appareil vise à ajouter à ces décisions une preuve biologique directe. Au lieu de s’appuyer uniquement sur des conditions météorologiques susceptibles de favoriser l’infection, il mesure si les spores des deux agents pathogènes sont réellement présentes dans l’air et en quelle quantité. L’objectif est de fournir aux viticulteurs des informations plus rapides sur la pression de maladie avant l’apparition des symptômes sur les feuilles ou les grappes.

L’article rapporte des études de cas menées à Changins, en Suisse, et au Château le Puy, en France, avec une utilisation sur le terrain pendant trois saisons, de 2021 à 2023. Selon les auteurs, ces premiers déploiements ont mis en évidence des « stratégies prometteuses » pour réduire considérablement l’usage des fongicides tout en maintenant un contrôle efficace des deux maladies. Ils ont également souligné que d’autres études de cas seront nécessaires pour confirmer les résultats et leur donner un soutien statistique plus solide.

Le système est conçu comme un instrument de terrain autonome. L’air entre à un débit contrôlé de 1,4 m3 par heure et les particules sont concentrées sur un disque de saphir rotatif. Un laser éclaire ensuite le matériau déposé, et un capteur d’image de 48 mégapixels enregistre un hologramme. Un logiciel détecte les figures de diffraction créées par les particules sur le disque, et un modèle d’intelligence artificielle en deux étapes les classe. Les auteurs précisent que l’appareil est alimenté par des panneaux solaires, transmet les images via une connexion cellulaire 4G et peut fonctionner pendant une saison entière sans maintenance sur le terrain.

L’étude indique que la limite de détection opérationnelle actuelle est d’environ 2 spores par mètre cube sur une fenêtre d’acquisition de 3 heures, sur la base d’une campagne d’étalonnage sur le terrain avec un spectromètre d’aérosols de référence. C’est important, car les concentrations atmosphériques associées à l’infection peuvent être faibles. Dans sa revue des recherches antérieures, l’article décrit les concentrations de mildiou dans les vignobles comme se situant souvent entre 2 et 40 sporangies par mètre cube, avec des pics plus élevés dans des conditions favorables. Les auteurs citent aussi des travaux indiquant que le risque d’infection augmente fortement avec la charge sporale, avec 1 à 5 sporangies par mètre cube correspondant à un risque de 50 % et 15 sporangies par mètre cube à un risque de 90 % dans des conditions propices.

Pour l’oïdium, l’article cite des études antérieures montrant que les concentrations peuvent varier de 2 à 100 conidies par mètre cube au cours de la saison, avec des pics bien plus élevés dans des conditions optimales, et que 5 conidies par mètre cube peuvent suffire à déclencher des infections. L’article précise également que le mildiou se propage sur des distances plus courtes que l’oïdium, parfois seulement d’environ 50 mètres, ce qui rend particulièrement important un suivi local et spécifique au site.

Cette dimension locale pourrait être significative pour l’industrie des boissons, en particulier pour les producteurs de vin. Si les mesures de spores peuvent refléter de manière fiable la pression de maladie parcelle par parcelle, les viticulteurs pourraient prendre des décisions de traitement plus sélectives, fondées sur le risque réel de chaque bloc plutôt que sur de simples prévisions générales. Cela pourrait avoir un effet sur les coûts de production, les calendriers de traitement et, potentiellement, sur la qualité du raisin, même si l’étude ne prétend pas que ces résultats sont déjà établis à l’échelle du secteur.

Les auteurs inscrivent ce travail dans un débat plus large, politique et environnemental, sur l’usage des pesticides. Ils soulignent que les traitements fongicides entraînent des coûts directs pour les viticulteurs et suscitent des inquiétudes concernant l’exposition des travailleurs, les résidus sur la végétation, la pollution des sols et des eaux souterraines, ainsi que des effets plus larges sur la biodiversité. L’article cite une résolution du Parlement européen de 2019 indiquant que 80 % des États membres n’avaient pas mis en place de mesures efficaces pour rationaliser l’usage des pesticides.

La recherche met également en lumière une faiblesse pratique des méthodes actuelles de surveillance des spores. Les méthodes classiques d’échantillonnage sur le terrain reposent souvent sur des bandes adhésives ou des rotors, suivies d’une analyse en laboratoire à l’aide de techniques moléculaires telles que LAMP ou qPCR. Ces méthodes peuvent fournir des mesures utiles, mais elles demandent beaucoup de main-d’œuvre et mettent généralement un à trois jours pour livrer les résultats. Pour un viticulteur qui doit décider s’il faut traiter avant un épisode infectieux rapide, ce délai peut être trop long.

Le calendrier est particulièrement critique pour le mildiou. Les auteurs indiquent que les produits de lutte contre cette maladie doivent être présents à la surface de la plante pendant la phase infectieuse du pathogène, lorsque les zoospores sont libérées dans l’eau de surface pendant environ 12 à 24 heures. Une fois que le pathogène pénètre dans les tissus végétaux, le traitement devient moins efficace et le risque d’épidémie augmente.

Le système d’IA qui sous-tend l’appareil a été entraîné sur des images holographiques de spores collectées en laboratoire et sur le terrain. L’article décrit une paire de réseaux neuronaux convolutionnels conçus pour distinguer les spores cibles des autres matières en suspension dans l’air, notamment le bruit, la poussière, les agrégats de particules et des matières biologiques sans lien. Le premier déploiement sur le terrain a également comporté une vérification humaine de certains résultats afin de corriger des erreurs de classification occasionnelles et d’améliorer au fil du temps les données d’entraînement.

Les auteurs estiment que l’appareil se distingue de nombreux outils de suivi agricole existants, car il n’infère pas le risque de maladie uniquement à partir d’indicateurs indirects tels que l’humidité, la température ou les images satellites. Il tente plutôt de mesurer directement l’inoculum du pathogène dans l’air au-dessus de la culture. Dans le vignoble, soutiennent-ils, cela pourrait aider les viticulteurs à évaluer si les traitements récents ont réduit le nombre de spores, si les alertes fondées sur la météo sont corroborées par la présence réelle du pathogène, et si certaines pulvérisations fongicides prévues peuvent être reportées ou annulées.

L’article indique qu’une version commerciale du prototype est attendue dans un avenir proche. Pour l’instant, les chercheurs présentent ces travaux comme une étape précoce mais concrète vers l’utilisation de la détection des spores en temps réel dans la viticulture de précision, où les décisions de lutte contre les maladies sont de plus en plus liées à des données de terrain plutôt qu’à de vastes calendriers saisonniers.