IR-U15: Application de la spectrométrie à la gestion qualitative des produits agricoles

IR-U15: Application de la spectrométrie à la gestion qualitative des produits agricoles

Projet CRA-W, coordinateur


Contexte

La spectrométrie dans le proche infrarouge est une technique spectroscopique d'analyse rapide et non destructive. Elle s'adresse essentiellement au dosage des constituants organiques majeurs dans les matrices agricoles les plus diverses et les produits destinés à l'alimentation humaine ou animale.

Objectifs

Le projet vise à étudier de nouveaux dispositifs de mesure, à étudier les possibilités offertes par les logiciels et les techniques chimiométriques. Il vise essentiellement à construire des bases de données et des équations de calibrage.

Résultats obtenus

Les recherches menées au cours de nombreuses années ont conduit au développement de bases de données et d'étalonnages qui sont largement utilisés par les collègues du CRAW ou des facultés dans le cadre de leurs recherches. Les travaux antérieurs menés sur la standardisation des instruments ont conduit à la mise sur pied d'un des premiers réseaux de spectromètres au niveau européen (Requasud). Impossible de faire la liste des applications dans ce domaine. Seules quelques réalisations plus particulières seront données à titre d'exemple. Les spectromètres à barrettes de diodes ne présentant pas de partie mobile, sont plus robustes et sont dès lors de plus en plus utilisés en mode embarqué. Les recherches visent à placer des spectromètres NIR directement sur la récolteuse (moissonneuse-batteuse, récolteuse à fourrage) et à estimer en continu la qualité des produits. Ces mesures associées au positionnement géographique de la récolteuse (coordonnées GPS) permettent de dresser des "cartes protéines" des parcelles, d'appliquer la fumure azotée sur cette base et de contribuer à la limitation des intrants. La SPIR est également utilisée pour la détermination de la teneur en azote de tissus végétaux afin d'opérer un suivi des cultures en cours de végétation, d'optimaliser la fumure azotée et de contribuer ainsi à la réduction des intrants (exemples des céréales et de la pomme de terre). Les travaux menés dans le cadre de la Thèse de Doctorat de O. Pigeon (Département Phytopharmacie) visaient à analyser par SPIR des graines individuelles de céréales traitées à l'anthraquinone, à la téfluthrine ou à l'imidaclopride. Avec l'appui de dosages par HPLC et GC, les étalonnages ont permis de dégager un indice d’homogénéité de traitement des lots. Ces travaux sont transposés aux traitements de semences de betterave. Contacté par des ONG actives dans le recyclage de vêtements, le Département a été sollicité pour développer une méthode de tri selon le type de textiles. Ce tri s'impose si on veut valoriser le recyclage de textiles qui ne peuvent plus être vendus dans les circuits de vêtements de seconde main. Des modèles de discrimination ont été établis permettant de distinguer 6 groupes différents en fonction du tissu dominant (coton, laine, acrylique, viscose, polyester et polyamide). Le taux d'affectation correcte était de 96.8%. Le CARI, centre de recherches apicoles, disposait d'une collection de 600 échantillons de miel collectés en Belgique. Une sélection de 116 échantillons a été opérée sur les données chimiques. Les spectres PIR de ces échantillons ont été mesurés pour constituer une base de données reprenant la variabilité inhérente aux miels. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de doser l'humidité et d'opérer des classements en fonction des teneurs en glucose et en fructose. Dans le cadre d'une collaboration menée avec le département Génie rural, des mélanges biodiesel-diesel (de 0.0 à 6.0 %) ont été réalisés. La précision des étalonnages est telle que la SPIR est une technique qui permettra aisément un contrôle des taux d'incorporation de biodiesel dans du diesel. Cette étude préliminaire doit être poursuivie pour développer des bases de données universelles et robustes.

Publications

Fernández Pierna, J.A. , Vermeulen, P. , Lecler, B. , Baeten, V. & Dardenne, P. (2010). Calibration transfer from dispersive instruments to handheld spectrometers. Applied Spectroscopy, 64: (6), 644-648.
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Dale, L.M. , Fernández Pierna, J.A. , Vermeulen, P. , Lecler, B. , Bogdan, A.D. , Pacurar, F.S. , Rotar, I. , Thewis, A. & Baeten, V. (2012). Research on crude protein and digestibility of Arnica montana L. using conventional NIR spectrometry and hyperspectral imaging NIR. Journal of Food, Agriculture and Environment, 10: (1), 391-396.
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Dale, L.M. , Thewis, A. , Rotar, I. , Boudry, C. , Vidican, R. , Malinas, A. , Florian, V. , Lecler, B. , Agneessens, R. , Fernández Pierna, J.A. & Baeten, V. (2012). Determination of Romanian alfalfa crude protein and crude fiber contents as well as in vitro organic matter digestibility by NIR spectrometry. Economy Engineering in Agriculture and rural development, 12: (4), 57-62.
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Genot, V. , Bock, L. , Dardenne, P. & Colinet, G. (2014). L'intérêt de la spectroscopie proche infrarouge en analyse de terre (synthèse bibliographique). Biotechnology, Agronomy, Society and Environment, 18: (2), 247-261.
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Godin, B. , Agneessens, R. , Delcarte, J. & Dardenne, P. (2015). Prediction of chemical characteristics of fibrous plant biomasses from their near infrared spectrum: comparing local versus partial least square models and cross-validation versus independent validations. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 23: (1), 1-14.
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Vermeulen, P. , Lecler, B. , Biemar, D. , Reuter, W. , Baeten, V. & Dardenne, P. (2015). Evaluation de la qualité des aliments pour animaux par spectroscopie infrarouge sur site. Poster in: HELIOSPIR 2015, Montpellier Agropolis, 3 Decembre 2015.
http://www.heliospir.net/medias/upload/files/16RENC.PosVermeulen.pdf
Minet, O. , Lecler, B. , Dardenne, P. & Baeten, V. (2015). Chemical composition determination in meals ready to eat (MRE) by near infrared spectroscopy. Poster in: RAFA 2015, Prague - Czech Republic, 3-6 November 2015.
Baeten, V. (2017). Performance comparison of bench-top, Hyperspectral Imaging, handheld and pocket NIR spectrometers: the example of protein quantification in wheat. Lecture in: 18th International conference on near infrared spectroscopy - NIR Spectroscopy at work in Industry, Copenhagen - Denmark, 11-15 June 2017.
Minet, O. , Fernández Pierna, J.A. , Lecler, B. , Baeten, V. & Dardenne, P. (2017). Local vs global methods applied to large NIR databases covering high variability. Poster in: 18th International conference on near infrared spectroscopy - NIR Spectroscopy at work in Industry, Copenhagen - Denmark, 11-15 June 2017.
Grelet, C. , Fernández Pierna, J.A. , Dardenne, P. , Soyeurt, H. , Vanlierde, A. , Colinet, F. , Bastin, C. , Gengler, N. , Baeten, V. & Dehareng, F. (2017). Standardization of milk mid-infrared instruments for the transfer and use of multiple models. Journal of Dairy Science, 100: (10), 7910-7921.
https://dx.doi.org/10.3168/jds.2017-12720

Coordinateur (CRA-W)

Coordinateur hors CRA-W

Dr Ir Vincent Baeten (responsable Unité Qualité des produits) CRA-W Dpt Valorisation des Productions Chaussée de Namur, 24 B 5030 Gembloux Tel : +32 (0)81 62 03 50 Fax : +32 (0)81 62 03 88 Email : v.baeten@cra.wallonie.be Ir Virginie Decruyenaere Ing Richard Agneessens CRA-W Section Systèmes agricoles Rue de Serpont, 100 B-6800 Libramont-Chevigny Tél. : +32 (0)61 23 10 10 Fax : +32 (0)61 23 10 28 Email : v.decruyenaere@cra.wallonie.be

Equipe impliquée

Partenaires

Ce projet est le fruit de collaborations entre diverses unités de la FUSAGx et les différents départements du CRAW.