Mesure de l’impact des racines à croisillons sur la résistance à la verse chez le maïs.

Plants de maïs versés. Images de RL (Bob) Nielsen, Université Purdue.

Les vents violents peuvent faire tomber les plantes cultivées, un processus appelé verse. Cela les rend difficiles à récolter et peut réduire le rendement du maïs de 3 à 25 %. Alors que le maïs a des racines de renfort spécialisées qui ancrent la tige et empêchent la verse, on ne sait pas dans quelle mesure les racines de renfort et le système racinaire contribuent à la résistance à la verse en raison du grand nombre de facteurs impliqués dans la verse. Une méthode nouvellement développée pour quantifier rapidement l’effet des racines du contreventement sur le mouvement de la tige lorsqu’elles sont soumises à des charges dynamiques.

Shaymaa Obayes, assistante de recherche diplômée au département de génie civil et environnemental de l’Université du Delaware et ses collègues ont évalué une nouvelle technique pour mesurer le déplacement des racines et des tiges du maïs soumis au vent à l’aide de mesures vidéo.

Trois mois après la plantation, 4 plantes dans la partie la plus centrale de la parcelle de terrain de 60 pieds sur 30 pieds ont été sélectionnées pour les tests. Ces plantes ont ensuite été soumises au vent à l’aide d’un ventilateur à grande vitesse.

Un graphique de la configuration expérimentale sur le terrain montre un ventilateur soufflant du vent sur quatre plants de maïs.  Chaque plante a 5 points cibles mis en évidence à la même hauteur le long du parcours et de la tige.  Deux caméras capturent leur déplacement et cette information est transmise à un système de gestion numérique représenté par un ordinateur.
Configuration expérimentale pour la station de surveillance dynamique utilisée pour la capture vidéo.

Le déplacement de la tige a été déterminé de plusieurs façons :

  1. résoudre des équations théoriques basées sur la mécanique de l’ingénierie en décrivant le comportement en flexion du maïs comme une poutre en porte-à-faux basée sur la poutre d’Euler – Bernoulli,
  2. en utilisant l’équation ci-dessus et en ajoutant un terme pour la rotation de la tige,
  3. utilisant un modèle d’éléments finis basé sur la physique généré à l’aide du logiciel ABAQUS, et
  4. tester sur le terrain une nouvelle approche utilisant des algorithmes de corrélation d’images numériques pour surveiller dynamiquement le déplacement.

Pour utiliser l’approche de corrélation d’images numériques, des caméras ont été utilisées pour capturer le déplacement bidimensionnel des cibles fixées le long de la tige et de la racine de l’accolade. Obayes explique l’importance de cette nouvelle technique : « L’utilisation d’un ventilateur à grande vitesse en combinaison avec la corrélation d’images numériques pour capturer les déformations dynamiques sans contact est une avancée importante car elle permet aux chercheurs de surveiller avec précision des déformations relativement petites sans détruire le structure ou le composant. De plus, les utilisateurs peuvent post-traiter les données à l’aide de l’imagerie vidéo pour mesurer les caractéristiques des plantes presque instantanément sans effort considérable. Il était important d’étudier la modélisation structurelle des racines du contreventement et du comportement du système racinaire lorsqu’il est soumis à des charges dynamiques comme le vent, car le maïs à la ferme est soumis à une charge dynamique. La plupart des recherches sur la mécanique de la tige utilisent une application ponctuelle de force statique.

Un graphique montrant la hauteur de la tige sur l'axe X et le déplacement horizontal en pouces sur l'axe Y.  L'emplacement de la hauteur sur la tige varie de 2 à 17,5 pouces.  Le déplacement horizontal varie de zéro à 1,6 pouces.  Les données de la méthode de corrélation d'images numériques correspondent étroitement à l'équation théorique de la mécanique d'ingénierie qui inclut la rotation.  Les valeurs de la version 1 du modèle d'éléments finis sont précises au plus bas sur la tige mais sont supérieures aux valeurs de corrélation d'images numériques supérieures à 12 pouces.  Toutes les valeurs de la version 2 du modèle d'éléments finis et de l'équation théorique de la mécanique d'ingénierie sans rotation sont supérieures aux valeurs de corrélation d'image numérique.
Déplacement horizontal vs. comparaison de la hauteur des tiges d’une seule plante à l’aide de plusieurs techniques.

Les auteurs ont trouvé un accord de 90 % entre le modèle d’éléments finis et les valeurs de déplacement basées sur l’image numérique. L’accord avec l’équation théorique incluant la rotation dans la tige et les valeurs basées sur l’image numérique par rapport à l’équation théorique sans rotation soulignent l’importance d’inclure la rotation dans les calculs.

Cette approche peut être utilisée pour développer des stratégies de sélection ciblées qui renforcent les plantes pour résister aux conditions météorologiques imprévisibles et sont plus résistantes à la verse.

LIRE L’ARTICLE:

Shaymaa K Obayes, Luke Timber, Monique Head, Erin E Sparks, Évaluation des paramètres de la racine de l’accolade et son effet sur la rigidité du maïs, plantes in silico, 2022 ;, diac008, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac008

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