La structure interne des végétaux révélée par les ondes térahertz

Résultat scientifique Photonique

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 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 ou la captation de l’énergie solaire. 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 interne des plantes à cause de fortes hétérogénéités qui diffusent la lumière. 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 de couches présentes dans une feuille, ainsi que leurs épaisseurs respectives, sans contact ni dommage pour la plante. La valeur ajoutée du rayonnement térahertz réside ici dans sa grande longueur 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 de quelques picosecondes, soit environ un millième de milliardième de seconde. Cette impulsion est réfléchie et déformée par les couches qu’elle traverse, 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 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 et autres parasites.

Une feuille de tournesol préparée pour l’analyse. Elle est placée dans un disque porte-échantillon en aluminium qui sera immobilisé par ses nombreuses encoches. L’analyse a lieu dans la zone du rond central.  © Abautret et al.
Une feuille de tournesol préparée pour l’analyse. Elle est placée dans un disque porte-échantillon en aluminium qui sera immobilisé par ses nombreuses encoches. L’analyse a lieu dans la zone du rond central.
© Abautret et al.

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

Contact

Yannick Abautret
Doctorant à l’Institut Fresnel (CNRS/AMU/Centrale Marseille)
Communication INSIS