Conception et réalisation d'un portique de phénotypage

Notre société, Thomas Constructions Mécaniques TCM, a été mandatée par un institut de recherche agronomique renommé, pour la réalisation d’un portique de phénotypage.
Ce portique de phénotypage végétal permet de caractériser des couverts végétaux sur la base d’un ensemble de méthodes indirectes via l’acquisition non destructive de données. Les déplacements du portique et l’acquisition de données sont programmés et automatisés.
Le phénotypage est réalisé au cours du cycle cultural grâce à des capteurs embarqués sur le portique et une acquisition de données avec des approches non destructives et non invasives permettant de générer les trajectoires temporelles des phénotypes associées au couvert ou à leurs composantes génotypiques et de les analyser.

Les parties structurelles du portique sont en acier de construction tubulaire avec une peinture précédée d'un traitement anti-corrosion afin de résister aux intempéries.
Le dispositif enjambe 168 bacs de culture. Il se déplace le long de l’axe des X sur des rails (fixés au sol). Il est équipé d’une nacelle qui se positionne au-dessus du centre de chaque bac pour permettre l’acquisition des données. Cette nacelle se déplace sur l’axe des Y entre les rangées de bacs et sur l’axe Z(haut/bas). Son déplacement et la collecte de données se font grâce à des systèmes de guidage et d’acquisition des données préprogrammés.

Les prises de vues s’effectuent, d’une part, au nadir à 1 mètre au-dessus de la végétation et, d’autre part, à 20 centimètres au-dessus du couvert avec une orientation de 45 degrés par rapport à la verticale. L’acquisition de données est modulable : elle peut être faite sur la totalité des bacs ou sur une partie des bacs à des pas de temps choisis par l’opérateur. À cet effet, le portique est doté d’un système d’éclairage actif qui embarque les capteurs afin de les positionner au-dessus de chaque bac et de standardiser le fonctionnement des capteurs ; à savoir leur positionnement, l’éclairage de la scène et la collecte de données.

Les données issues de ces capteurs permettent d’inférer des variables liées à l’architecture du couvert, au contenu biochimique des feuilles et à leur état sanitaire. Une automatisation complète permet la programmation du déplacement du dispositif et le déclenchement des capteurs via une interface homme machine. Le système de guidage permet une reproductibilité parfaite des déplacements du portique entre 2 séquences successives d‘acquisition de données dans le temps.

Le portique a été réalisé en 2 phases successives :

Lors de la première phase, les déplacements sur les axes X, Y et Z ont été conçus en mode manuel grâce à une télécommande sans fil. Pour chaque mouvement, 2 vitesses de déplacement sont disponibles : une vitesse haute pour les longs déplacements et une vitesse basse pour le positionnement précis. Ces 2 vitesses sont adaptables par l’intermédiaire de la programmation des variateurs de fréquence couplés aux moteurs selon la dextérité des opérateurs manipulant le portique.

Un poste de travail mobile permet à l'opérateur de déposer les ordinateurs de phénotypage. Le branchement des capteurs aux ordinateurs de phénotypage est réalisé manuellement par l’opérateur via câble USB ou Wifi.

Lors de la deuxième phase, les bacs de culture ont été géolocalisés via des coordonnées cartésiennes enregistrées. Les déplacements du pont et de la nacelle sur les axes X, Y et Z sont gérés de façon automatique ; le paramétrage des séquences d'acquisition se fait depuis un ordinateur de bureau distanciel. Le pont et la nacelle se déplacent automatiquement sur les axes X et Y vers le bac cible grâce à ses coordonnées cartésiennes enregistrées préalablement.
Une fois au-dessus du bac, en fonction de l’état de croissance du couvert végétal, une barrière immatérielle horizontale de détection ajuste automatiquement la position des capteurs embarqués sur la nacelle le long de l'axe Z à 1 mètre au-dessus du couvert végétal. La précision de positionnement est inférieure à 5 millimètres.

Les solutions informatiques retenues permettent une acquisition de données modulable : elle peut être faite sur la totalité des bacs ou sur une partie des bacs à des pas de temps choisis par l'opérateur.
La robotisation du portique et l’acquisition des données programmables sont pilotés grâce à une interface Homme machine permettant à l’opérateur :

De programmer le déplacement du portique et de la nacelle suivant les axes X, Y et Z
De définir les paramètres des capteurs embarqués sur la nacelle
D’effectuer l’enregistrement des données générées par les capteurs

Thomas Constructions Mécaniques TCM a réalisé la conception, l’étude, la fabrication, l’installation sur site, les essais et la mise en service du portique.