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CONCLUSION

L’utilisation de données de télédétection pour la détection de carences nutritives s’inscrit dans l’objectif scientifique d’assurer le suivi de la végétation, de corriger rapidement les situations menant à des baisses significatives de rendements, tout en conservant l’environnement. Le premier objectif de cette thèse était d’évaluer le potentiel de la réflectance et de la fluorescence pour détecter et discriminer des carences nutritives. Selon les données traitées, il est difficile de discriminer des carences nutritives entre elles. Cependant, la détection isolée de chacune des carences nutritives est possible et même très satisfaisante, particulièrement pour la carence en azote. Le premier article suggère aussi de toujours intégrer des données de croissance aux études portant sur les variations de réflectance et de fluorescence chez les plantes. Il deviendra ainsi plus aisé de comprendre les variations non significatives des données de télédétection puisqu’elles sont cohérentes avec les données de croissance. Les indices de réflectance sélectionnés par l’analyse discriminante par degrés (stepwise discriminant analysis) utilisent les longueurs d’onde du spectre visible qui avaient déjà été identifiées comme d’excellents indicateurs de carence en azote. Les indices de fluorescence ciblant la fluorescence chlorophyllienne semblent être les plus prometteurs pour la détection de carences nutritives, selon nos résultats.

Le second objectif de cette thèse était de développer un indicateur de déséquilibre nutritif utilisant les données de télédétection. Pour ce faire, l’indice d’équilibre nutritif (compositional nutrient diagnosis) a été calculé pour notre population. Considérant le CND_r2, des différences significatives ont été observées uniquement entre les plants carencés en azote et les plants témoins. Une « méga variable » incluant les valeurs des 24 indices de fluorescence et de réflectance a été créée en utilisant l’analyse discriminante canonique et c’est la relation entre cette variable et l’indice de déséquilibre azoté (IN) qui a permis le développement d’un indicateur de déséquilibre azoté. Cet indicateur permet de détecter environ 70 % des plants en déséquilibre azoté et plus de 90% des plants en équilibre azoté. Ce nouvel indicateur permet de détecter rapidement un déséquilibre nutritionnel azoté chez les plants. Il s’inspire des plus récents développements en fertilisation des cultures combinés à de puissants outils de télédétection. C’est une avancée technologique qui contribuera significativement à l’automatisation du diagnostic nutritionnel en utilisant des mesures de réflectance et de fluorescence.

Le troisième objectif de cette thèse était d’évaluer l’impact de l’angle de mesure et celui du ratio V/L (nervure+tige/limbe) sur le potentiel de détection des carences nutritives par fluorescence. Des mesures de fluorescence ont donc été prises à trois angles différents. Les carences en azote ont été plus facilement détectées lorsque le fluorimètre ciblait des feuilles plus âgées, donc plus affectées par la carence nutritive. L’angle de mesure a donc une réelle incidence sur le potentiel de détection. Un fluorimètre inclinable pourrait être développé afin de pouvoir sélectionner les feuilles à exciter. Considérant le ratio V/L, nous avions choisi d’étudier ce paramètre étant donné que la fluorescence BGF émane principalement des nervures et que la fluorescence ChlF émane du limbe. La détection d’une carence en azote est favorisée par un ratio V/L faible alors que la détection des carences en potassium et en magnésium semble favorisée en présence d’un ratio V/L élevé.

Les innovations développées dans le cadre de ce projet de recherche sont tout d’abord le traitement simultané d’autant d’indices connus de réflectance et de fluorescence en vue de comparer leur potentiel de détection. Ensuite le développement d’un indicateur de déséquilibre azoté, c’est effectivement la première fois que des données de télédétection sont utilisées pour estimer un état de déséquilibre nutritif. Les plus récentes méthodes de diagnostic nutritionnel des végétaux sont enfin couplées aux avancées technologiques du domaine géomatique. Et troisièmement, l’évaluation de l’impact de la densité de nervures sur le potentiel de détection par fluorescence et, en télédétection embarquée, l’importance de viser les feuilles les plus touchées par une carence. Cela fournit de nouvelles pistes pour le design d’un fluorimètre novateur et polyvalent et favorisera certainement l’application de la technologie au champ.

De plus, lorsque l’on examine les bénéfices économiques associés à des technologies similaires telles les applications d’intrants à taux variables, on comprend rapidement pourquoi leur croissance est importante. En effet, selon Lambert & Lowenberg-De Boer (2000), les épandages d’engrais (N, P, K) à taux variables sur des cultures de maïs rapportent un bénéfice d’environ 87 U$ par hectare. Pour l’application d’azote dans le blé, le bénéfice est d’environ 36 U$ par hectare. Des systèmes de diagnostic fiables jumelés à des applicateurs à taux variables pourraient éventuellement faire augmenter le bénéfice à l’hectare.

Il est évident que la transposition de la technologie au champ sera confrontée à certains défis tels que le climat, la variabilité des types de sols, etc. Afin de diminuer la variance des données et de mieux décrire les phénomènes observés, l’implantation d’une base de données incluant des mesures sur diverses cultures, divers champs et pendant plusieurs saisons sera indispensable. La statégie d’acquisition des mesures optiques devra aussi être évaluée car la capacité d’entreposage de données dans les systèmes informatiques est limitée. L’échelle d’acquisition devrait permettre de refléter les caractéristiques pédologiques et agronomiques du terrain, ainsi elle ne devrait pas se situer au niveau du plant, c’est un niveau beaucoup trop fin mais plutôt au niveau d’un groupe de plants. Selon les résultats de Bélanger (2002), il semble que, pour bien modéliser la variabilité spatiale des propriétés d’un agroécosystème, l’acquisition de données situées à une distance inférieure à 50 m les unes des autres soit suffisante. Dans cette étude, Bélanger (2002) avait utilisé une grille d’échantillonnage de 30 m x 30 m.

Le travail effectué dans le cadre de ce projet de doctorat ouvre les portes à tout un programme de recherche incluant la compréhension des variations de fluorescence à l’intérieur même d’un plant de même que l’application de la détection par fluorescence au champ : de la fluorescence à différentes échelles. Un volet modélisation en laboratoire pourrait être développé pour évaluer, par images de fluorescence, l’impact de la variation du ratio V/L sur des feuilles du même âge. Ce volet modélisation pourrait être jumelé avec un volet développement de la plante ou modèle de croissance, par exemple. Un second volet, nommé « application au champ » pourrait évaluer le potentiel de la fluorescence pour la détection des carences nutritives au champ et aussi tester différents modes d’acquisition et d’échantillonnage de la fluorescence. Ce volet « application au champ » pourrait inclure des tests de fertilisation basés sur l’indicateur développé de même que des essais de traitement de données par réseau de neurones ou analyse discriminante du spectre, par exemple.

Cette thèse a donc permis de confirmer le potentiel de la réflectance et de la fluorescence pour la détection de carences nutritives en plus de déterminer un indice de déséquilibre nutritif basé sur des mesures de télédétection et de conclure que les mesures de fluorescence à un angle de vue près du nadir ne sont pas nécessairement optimales pour la détection de carences nutritives.

© Marie-Christine Bélanger, 2005