La structure interne des végétaux révélée par les ondes térahertz

Publié par Adrien le 19/01/2021 à 13:00
Source: CNRS INSIS
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 (Les Vitales sont un ordre de plantes dicotylédones. Cet ordre a été réintroduit...) 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 (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) 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 (Le tournesol, ou grand soleil, est une grande plante annuelle, appartenant à la famille des...) préparée pour l'analyse. Elle est placée dans un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) 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 ( Le mot rond caractérise et par abus de langage désigne un cercle ou une sphère. En...) 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 pour explorer la géométrie interne des végétaux. Ils en tirent le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de couches présentes dans une feuille, ainsi que leurs épaisseurs respectives, sans contact ni dommage pour la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la...). 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 (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...), mille fois supérieure à celle de l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...), 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 (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité...) 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 ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...). 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 (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain...) d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) pour chaque couche. Les chercheurs vont à présent vérifier si ces informations permettent de diagnostiquer certaines maladies des plantes, ainsi qu'un stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général...) lié au manque d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) 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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