La structure interne des végétaux révélée par les ondes térahertz

Publié par Adrien le 19/01/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS
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Une technique sans contact permet, pour la première fois, d'analyser avec précision la géométrie interne de feuilles de végétaux, sans les endommager, grâce à l'utilisation du rayonnement térahertz. Ces travaux ont été menés par des chercheurs et des chercheuses de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Fresnel, du Laboratoire Charles Coulomb et de l'ITAP en collaboration avec deux industriels français, et sont publiés dans la revue Optics Express.

Les feuilles sont formées de différentes couches qui assurent des fonctions vitales pour les plantes, telles que la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet...) ou la captation de l'énergie solaire (L'énergie solaire est l'énergie que dispense le soleil par son rayonnement, directement ou de...). Cet agencement est cependant difficile à décortiquer sans découper et abîmer le spécimen. Des méthodes à base d'ondes lumineuses permettent une analyse non-destructive, mais ne permettent pas de reconstituer la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) interne des plantes à cause de fortes hétérogénéités qui diffusent la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...).


Une feuille de tournesol préparée pour l'analyse. Elle est placée dans un disque porte-échantillon en aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....) qui sera immobilisé par ses nombreuses encoches. L'analyse a lieu dans la zone du rond central. © Abautret et al.

Pour s'affranchir de ces difficultés, des chercheurs et chercheuses de l'Institut Fresnel (CNRS/AMU/Centrale Marseille), du Laboratoire Charles Coulomb (L2C, CNRS/Univ. Montpellier) et du laboratoire Technologies et méthodes pour les agricultures de demain (ITAP, INREA/Montpellier Sup Agro), en collaboration avec les entreprises Innolea et Shakti, ont décidé d'employer des ondes térahertz (La bande de fréquence des térahertz désigne les ondes électromagnétiques...) pour explorer la géométrie interne des végétaux. Ils en tirent le nombre de couches présentes dans une feuille, ainsi que leurs épaisseurs respectives, sans contact ni dommage pour la plante. La valeur ajoutée du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) térahertz réside ici dans sa grande longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde, mille fois supérieure à celle de l'optique, qui définit l'échelle à laquelle la lumière "voit" les hétérogénéités.

Les scientifiques se sont pour cela inspirés de techniques déjà utilisées pour étudier des structures simplifiées, ou monocouches homogènes, comme les couches de peinture dans les secteurs aéronautiques et automobiles. Un spectromètre envoie un rayonnement térahertz sur la cible, sous la forme d'une impulsion électromagnétique (En télécommunication, la pulsation ou impulsion électromagnétique (IEM), electromagnetic pulse...) de quelques picosecondes, soit environ un millième de milliardième de seconde. Cette impulsion est réfléchie et déformée par les couches qu'elle traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...), et les chercheurs parviennent à tirer de ce changement le nombre et l'épaisseur des strates présentes dans la feuille.

Les tests ont été réalisés sur du tournesol, révélant huit couches successives. La technique offre également un indice optique et un coefficient d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par...) pour chaque couche. Les chercheurs vont à présent vérifier si ces informations permettent de diagnostiquer certaines maladies des plantes, ainsi qu'un stress lié au manque d'eau ou aux attaques d'insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large...) et autres parasites.

Références:
Terahertz probing of sunflower leaf multilayer organization
Y. Abautret, D. Coquillat, M. Zerrad, X. Buet, R. Bendoula, G. Soriano, N. Brouilly, D. Héran, B. Grèzes-Besset, F. Chazallet, and C. Amra.
Opt. Express 28, 35018-35037 (2020)
DOI: 10.1364/OE.400852
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