Micro-capteur optique pour la caractérisation des dépôts de pulvérisation en agriculture

Optical micro-sensors for the characterisation of spray deposits

• Auteur / Autrice : Anis Taleb Bendiab
• Direction : Ryad Bendoula, Caroline Vigreux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 19/11/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ITAP Information et Technologie pour les Agro-Procédés INRAE SupAgro Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Annie Pradel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ryad Bendoula, Caroline Vigreux, Annie Pradel, Bruno Wacogne, Wilfried Blanc, Lionel Bastard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Wacogne, Wilfried Blanc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pulvérisation et poudrage en agriculture

Capteurs (technologie)

Résidus de pesticides

Mots clés libres

Qualité de la pulvérisation

Capteurs Optiques

Micro-Capteurs

Guided Optics

Optical Sensors

Crop protection

Résumé

Le recours aux produits phytosanitaires dans l’agriculture suscite de vifs questionnements compte tenu de leurs effets néfastes sur l’environnement. Différents leviers sont envisageables pour aider les agriculteurs à réduire la quantité de pesticides qu’ils utilisent. L’un de ces leviers consiste à optimiser les rendements de pulvérisation, et donc à pulvériser mieux pour pulvériser moins. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse. Il vise à prouver la faisabilité de micro-capteurs optiques à base de guides d’onde RIB, qui permettront à terme une mesure fiable et rapide de la pulvérisation des intrants sur les feuilles des plantes, de sorte à pouvoir l’optimiser. Il se base sur l’hypothèse que le guidage au travers les guides d’onde RIB se trouvera modifié par suite du dépôt de gouttelettes sur leur surface, via l’absorption d’une partie de l’onde évanescente.Des guides d’onde RIB à base de couches minces chalcogénures dont le design a été optimisé par simulation ont été réalisés. Leur réponse vis-à-vis du dépôt de gouttelettes d’eau (principal constituant des pesticides) a ensuite été étudiée. Des expériences menées à la longueur d’onde  = 1,55 µm, où le coefficient d’absorption de l’eau est de 50 cm-1, ont permis de confirmer l’hypothèse de départ. Le dépôt de gouttelettes sur la surface d’un guide entraîne bien une diminution de l’intensité lumineuse transmise, diminution d’autant plus importante que le volume et le nombre des gouttes sont importants, résultats en accord avec les simulations. D’autres expériences menées entre 1 et 2 µm ont permis d’étudier la réponse spectrale en sortie du guide, et d’observer à nouveau les effets du dépôt de gouttelettes d’eau, avec apparition des bandes d’absorption caractéristiques de l’eau à 1,45 et 1,9 µm. Une analyse multivariée a par ailleurs permis d’établir un modèle prédictif, permettant de remonter au volume des gouttes déposées, avec une précision de 0,36 µl.Ces premiers résultats prouvent la faisabilité de micro-capteurs optiques pour la détection de gouttelettes et en font une solution potentielle pour aider les agriculteurs à optimiser leurs procédés de pulvérisation.

The use of phytosanitary products in agriculture raises serious questions given their harmful effects on the environment. Various levers can be considered to help farmers reduce the amount of pesticides they use. One of these levers consists in optimizing spraying yields, and therefore spraying better to spray less. It is in this context that this thesis work has been carried out. It aims at proving the feasibility of optical micro-sensors based on RIB waveguides, which will eventually allow a reliable and fast measurement of the spraying of inputs on the leaves of plants, so that it can be optimized. It is based on the hypothesis that the guidance through RIB waveguides will be modified following the deposition of droplets on their surface, via the absorption of part of the evanescent wave.RIB waveguides based on chalcogenide thin films whose design has been optimized by simulation have been realized. Their response to the deposition of water droplets (main constituent of pesticides) was then studied. Experiments carried out at wavelength = 1.55 µm, where the water absorption coefficient is 50 cm-1, confirmed the initial hypothesis. The deposition of droplets on the surface of a guide does indeed lead to a decrease in transmitted light intensity, a decrease all the more important as the volume and the number of drops are important, results in agreement with the simulations. Other experiments carried out between 1 and 2 µm allowed to study the spectral response at the output of the guide, and to observe again the effects of water droplet deposition, with the appearance of absorption bands characteristic of water at 1.45 and 1.9 µm. A multivariate analysis also allowed to establish a predictive model, allowing to go back to the volume of the deposited drops, with a precision of 0.36 µl.These initial results prove the feasibility of optical micro-sensors for droplet detection and make them a potential solution to help farmers optimize their spraying processes.