Les Pots-Capteurs : une innovation primée

La Plateforme de Phénotypage Haut Débit de l’INRA de Dijon a été conçue pour développer et utiliser des techniques innovantes afin d’analyser l’expression des gènes de plantes. Cette plateforme permet l’analyse de la variabilité génétique par grandes séries de génotypes, en fonction de différents scénarios environnementaux. Pour réaliser ces analyses les plantes sont continuellement déplacées au sein de la plateforme via des convoyeurs. Ces déplacements entraînent de nombreuses contraintes qu'Arnaud Coffin, technicien dans le laboratoire d'Agroécologie de Dijon, a su solutionner grâce à un dispositif innovant de Pots-Capteurs. La société Campbell Scientific lui remettra à ce titre le Prix de l'Innovation.

Pot-Capteur sur un convoyeur de la plateforme de Phénotypage à Haut Débit de Dijon.. © inra, Arnaud COFFIN
Mis à jour le 24/05/2013
Publié le 19/03/2013

La Plateforme de Phénotypage Haut Débit

La Plateforme de Phénotypage Haut Débit (PPHD) du Centre INRA de Dijon est constituée d’un complexe qui comprend au total 400 m² de serres, 80 m² de chambres climatiques et 700 m² de bâtiment. Sur les 400 m² de serres, 250 m² sont dévolues au phénotypage automatisé avec convoyeurs. La modularité de ces serres permet d’envisager des expériences selon une variété de scénarios climatiques représentatifs de l’évolution probable du climat. Cette plateforme permet la production d’unité biologique (de la graine à la plante) et leur caractérisation automatisée, de manière non destructive, effectuée par des robots et des caméras. Cela permet d'établir des corrélations statistiques entre les caractères et les gènes qui les gouvernent. Il est ainsi primordial de mesurer précisément les conditions de culture « au plus proche » de la plante. Les grandeurs intervenant dans la croissance des plantes sont entre autres : la température et l’hygrométrie relative de l’air et le rayonnement utile à la photosynthèse.

Des convoyeurs pour déplacer les plantes

Les serres et les chambres climatiques dédiées au phénotypage sont équipées de convoyeurs qui déplacent continuellement les plantes au sein des unités. Ceci permet d’homogénéiser les conditions de culture des plantes, de contrôler précisément la nutrition des plantes et de véhiculer les plantes vers leur lieu de phénotypage. Les plantes étant constamment déplacées au sein des serres, la caractérisation des conditions environnementales (température, lumière, hygrométrie), forcément hétérogènes au sein des serres, s’avère difficile. La caractérisation environnementale spatialisée dans les serres répond difficilement au besoin de caractérisation microclimatique sur des systèmes mobiles. C’est pourquoi Arnaud Coffin, Technicien de Recherche en instrumentation scientifique de l’unité d’Agroécologie du Centre INRA de Dijon, a développé des dispositifs innovants qui permettent d’enregistrer au cours du temps l’ensemble des conditions environnementales dans lesquelles les plantes se développent et croissent. Le dispositif de mesure est solidaire des plantes et suit leur déplacement.

Des contraintes et des solutions

Le fait de réaliser des mesures sur des convoyeurs en mouvement engendre diverses contraintes sur le dispositif de mesure. La première est qu’il faut raisonner le poids (environ 4 Kg) et l’encombrement du dispositif de mesure. Pour cela, il faut d’une part utiliser des matériaux légers (PVC et aluminium) et d’autre part optimiser le positionnement des appareillages dans le dispositif. Une autre contrainte est l’autonomie énergétique du dispositif de mesure. Il est en effet nécessaire d’enregistrer de manière autonome les données environnementales sur un pas de temps suffisamment long pour ne pas avoir à recharger les batteries et donc immobiliser le dispositif. Pour cela, Arnaud Coffin privilégie des composants fonctionnant sur batterie et ayant une faible consommation énergétique. La contrainte la plus importante est de pouvoir se connecter aux dispositifs d’enregistrement des données sans avoir à les enlever des convoyeurs. Arnaud Coffin a retenu la solution du modem radio. Il a pris en compte la taille et le nombre des unités de culture en construisant 4 dispositifs. Ces dispositifs sont appelés Pots-Capteurs.

Les Pots-Capteurs, un dispositif innovant

Particulièrement motivé par le développement de prototype permettant l’automatisation de la mesure, Arnaud Coffin a travaillé avec la société Campbell Scientific pour la fabrication des Pots-Capteurs. Les produits de Campbell Scientific ont permis d’avoir une réponse technologique appropriée. Chaque dispositif se compose d’une centrale d’acquisition (CR1000), d’un capteur température et d’humidité relative (CS215) et d’un capteur de rayonnement (capteur quantique PAR-SKP215). Les hauteurs de plantes pouvant variées, les capteurs sont placés sur une potence mobile. La collecte et l’enregistrement des données sur un ordinateur de suivi se fait grâce à un modem radio (RF-416). Arnaud Coffin a développé le programme de la centrale d’acquisition pour optimiser le nombre de mesures par jour et la consommation électrique. Il a aussi défini pour chacun des dispositifs le protocole de connexion par radio.

Le prix de l’innovation Campbell Scientific

Fondée en 1974 et basée à Logan, en Utah (USA), Campbell Scientific est une société spécialisée dans la fabrication de centrales de mesure pour l'enregistrement des données destinées à la recherche agricole, aux contrôles des paramètres de l'environnement, à l'hydrologie et à la météorologie. En 1993, elle fonde Campbell Scientific France et c’est à l’occasion de son vingtième anniversaire que sera remis le Prix de l’Innovation à Arnaud Coffin en présence de Paul Campbell, Président du groupe Campbell Scientific et de Christophe Salon, Directeur Scientifique de la PPHD.

Contact :
Arnaud COFFIN
UMR1347 Agroécologie, centre de recherche INRA de Dijon
arnaud.coffin@dijon.inra.fr