Que la lumière soit : les Pays-Bas sondent la photonique pour une solution de sécurité alimentaire

La photonique, ou la technologie de la lumière, a été appliquée dans de nombreux domaines tels que les télécommunications (par exemple les câbles à fibres optiques), la médecine (par exemple la chirurgie au laser) et les équipements grand public tels que les scanners de codes-barres et les imprimantes.

On espère maintenant que cette technologie pourra être davantage exploitée par l’agriculture de précision pour aider à maintenir notre approvisionnement alimentaire sûr et durable à long terme.

Nous ne pouvons pas nous passer de l’agriculture de précision, estime PhotonDelta, basé aux Pays-Bas, le centre européen de l’industrie photonique intégrée.

Grâce au processus, les plantes ou les animaux reçoivent exactement le traitement dont ils ont besoin, déterminé avec une grande précision grâce à une combinaison de technologies telles que la robotique et les biocapteurs miniaturisés. Cela permet d’optimiser la production, ce qui conduit à des cultures plus durables, à une production accrue et à une plus grande sécurité alimentaire: une condition préalable à un approvisionnement alimentaire à l’épreuve du temps.

La photonique intégrée est essentielle pour cela, insistent les producteurs de PhotonDelta, qui affirme que les puces photoniques sont plus légères, plus petites et donc plus évolutives que les autres solutions. Les systèmes de capteurs fonctionnant sur la photonique intégrée garantissent que, dans le secteur agricole et l’industrie alimentaire, toutes les exigences en matière de sécurité, de santé et de durabilité peuvent être satisfaites.

Les Pays-Bas ont maintenant acquis une expérience considérable en matière de photonique intégrée dans l’agriculture de précision, a noté Harrij Schmeitz, directeur du Fruit Tech Campus dans le centre de formation des producteurs basé aux Pays-Bas. « Il y a d’énormes opportunités pour la photonique dans l’agroalimentaire si nous pouvons traduire la technologie en applications pratiques qui permettent d’examiner l’état du produit à la fois à l’extérieur et à l’intérieur. »​

Il cite un exemple de photonique intégrée chez le fruiticulteur Fruitmasters aux Pays-Bas. « Ils utilisent des appareils photo relativement simples pour prendre 140 photos en millisecondes de chaque pomme qui passe sur la ceinture de tri. Cela se fait en 3D, entièrement automatiquement. Le système supprime les pommes pourries avant qu’elles ne soient emballées pour les clients. Auparavant, cela se faisait manuellement, donc c’est une grande amélioration. »​

Les agriculteurs d’aujourd’hui, quant à eux, ont besoin d’enregistrer beaucoup de données, ce qui leur permet de planifier à l’avance et d’apprendre à donner aux plantes exactement la bonne quantité d’eau, de lumière et de nutriments au bon moment. Des capteurs avec des puces photoniques garantissent non seulement que les données deviennent disponibles, mais aussi que l’agriculteur peut ensuite les utiliser pour mieux traiter ses cultures ou ses animaux, a noté Schmeitz.

« Le premier robot qui utilise la technologie de la caméra pour déterminer la quantité à pulvériser a également été introduit. Il calcule les besoins très rapidement lorsqu’il passe par la culture. » ​

La photonique dans le secteur agroalimentaire entraînera un changement vers une culture contrôlée par les plantes et par les arbres, a-t-il précisé. « Avec l’éclairage LED, vous pouvez stimuler la croissance des cultures dans les serres. En utilisant différentes couleurs, vous pouvez accélérer cela. Dans la région du Westland, vous pouvez voir des serres violettes, car une plante pousse mieux à la lumière rouge et bleue. En conséquence, vous pouvez également utiliser moins de lumière, ce qui se traduit par des économies pour l’agriculteur.​

Production durable​

L’application de la photonique dans l’agroalimentaire est quelque chose sur le radar des chercheurs de la célèbre Université de Wageningen, par exemple au Centre de recherche OnePlanet (une collaboration entre WUR, l’Université Radboud et imec) et à l’Université de technologie d’Eindhoven.

Les scientifiques de l’alimentation du OnePlanet Research Center Lex Oosterveld et Peter Offermans ont mené des recherches sur l’utilisation de la photonique dans l’industrie alimentaire et dans la culture des fruits et légumes.

« Nos innovations technologiques visent la production durable d’aliments de haute qualité sur le plan nutritionnel et la lutte contre le gaspillage alimentaire . » a expliqué Oosterveld. « Nous développons donc une technologie avec laquelle la qualité du produit des aliments peut être mesurée directement, sans qu’il soit nécessaire de le faire. analysé en laboratoire. Cela nous permet d’ajuster directement le processus de production. » Un exemple est la mesure du glucose pendant les processus de fermentation ou dans les fruits. « La prochaine étape consiste à le faire de manière entièrement automatique sur la base de données en temps réel. De cette façon, nous optimisons le processus de production et le gaspillage alimentaire est évité. »​

Azote

Le Centre de recherche OnePlanet se concentre également sur la question de l’azote en développant des systèmes de capteurs pour mesurer l’impact environnemental dans et autour des villes, comme dans les entreprises et les écuries. « Il est important de cartographier avec précision les émissions d’azote afin de pouvoir réduire les émissions sur la base de ces données. »continua Offermans. « À cette fin, nous avons développé un prototype de capteur qui nous permet de mesurer la quantité de nitrate, un indicateur de la présence d’azote, dans l’eau via la lumière de différentes longueurs d’onde.Ce capteur fonctionne sur des puces optiques.

Les systèmes de mesure photoniques sont également pertinents pour la culture des fruits et légumes, a poursuivi Offermans: »Un exemple est la surveillance de la maturité, qui aide le produit à être récolté au moment optimal. Ce processus permet de s’assurer que le produit a une qualité optimale au moment de la consommation et que la perte de nourriture est évitée. Les capteurs basés sur des circuits optiques intégrés s’intègrent très bien dans les applications du secteur agroalimentaire, car ils conviennent à la miniaturisation, à la combinaison de différents types de capteurs et à la production évolutive de nos solutions de mesure. »​

Utilisation de la lumière infrarouge pour améliorer le contrôle de la qualité des tomates et du lait ​

Une start-up qui croit que la technologie photonique est la clé de l’agriculture intelligente est mantiSpectra, spin-off de TU Eindhoven, qui produit des capteurs qui peuvent aider à déterminer la santé des animaux et des plantes.

Le PDG Maurangelo Petruzzella et son équipe ont développé une application pratique à cet effet. « De l’extérieur des fruits et légumes, vous ne pouvez souvent pas dire le meilleur moment pour récolter »dire. « Les agriculteurs peuvent compter sur des années d’expérience et sur leur instinct, mais tout peut mal tourner. Si vous choisissez trop tôt, le produit n’a peut-être pas atteint sa saveur maximale; si vous choisissez trop tard, une détérioration peut survenir. La photonique est un bon outil pour cela. »​

Petruzzella et ses collègues ont développé une puce optique qui utilise la lumière infrarouge pour surveiller la maturité des tomates. « Nous voulons développer cette puce en un dispositif pratique que les horticulteurs peuvent utiliser pour aller dans la serre et vérifier les tomates individuelles, avant même leur récolte. » a-t-il expliqué. « Jusqu’à présent, il fallait cueillir une tomate et l’ouvrir pour vérifier sa fraîcheur. S’il est mûr, vous l’avez coupé inutilement. Il en va de même, bien sûr, s’il n’est pas encore mûr. Ensuite, il est préférable de le laisser sur la plante. »​

Le capteur est également adapté pour vérifier la qualité du lait non pasteurisé et si les vaches ont des problèmes de santé. Le capteur de puce MantiSpectra détecte la lumière infrarouge et peut utiliser un algorithme pour déterminer rapidement si le lait est bon. Non seulement c’est plus précis et plus rapide, mais cela évite également toutes sortes de coûts supplémentaires qui entrent dans des contrôles de qualité traditionnels compliqués et le gaspillage de bon lait, a insisté Petruzzella. « Le problème est que la qualité du lait n’est généralement mesurée que pendant sa transformation.a-t-il expliqué. « Si vous êtes en mesure de mesurer cela directement chez les agriculteurs, vous saurez également quel est l’état de santé de la vache. »​

Recherche, production et applications​

Alors que MantiSpectra est un bon exemple des nombreuses applications que la photonique intégrée a à offrir, Oosterveld et Offermans s’attendent à ce qu’il faille encore environ cinq ans avant que la percée majeure de la photonique ne se produise dans le secteur agricole et une dizaine d’années avant qu’elle ne se produise dans l’industrie alimentaire. Ici « il s’agit souvent de processus industriels compliqués et moins faciles à adapter », Oosterveld a noté : «c’est pourquoi la percée là-bas prendra un peu plus de temps ».​