Leadership en matière d’innovation dans l’identification des semences

Mai 2024 | Agence canadienne d’inspection des aliments | par Ruojing Wang, Ph. D.

 

Pourriez-vous identifier une semence de plante parmi des centaines de milliers d’espèces, ou faire la différence entre une graine de culture et celle d’une espèce envahissante?

Je suis Ruojing Wang (Ph. D.), chercheuse et cheffe de la Section de la science et de la technologie des semences du Centre de la science et de la technologie des semences au laboratoire de Saskatoon de l’Agence canadienne d’inspection des aliments (ACIA). Les scientifiques du Centre se spécialisent dans l’évaluation de la qualité des semences ou des céréales et dans l’identification des semences provenant de plantes de culture et de mauvaises herbes. Le Centre comprend également l'Herbier national de semences, la seule collection d’ouvrages de référence du Canada sur la morphologie des semences à des fins d’identification — et l’une des plus grandes collections de semences au monde. Il comprend plus de 21 000 spécimens de référence d’espèces végétales. Le plus ancien spécimen connu, un échantillon de graines de pied d’alouette (Delphinium bicolor), date de 1869.

Avec une équipe d’expertes et experts en semences de l’ACIA, nous avons élaboré le Guide d’identification des semencesMD, un outil bilingue et en ligne qui peut aider n’importe qui, y compris les analystes de semences de l’ACIA et des laboratoires d’essai privés, ainsi que des responsables d’inspection, des botanistes, des agriculteurs et des propriétaires fonciers, à identifier les semences.

L’identification des semences est un défi, même pour les plus grandes expertes et grands experts en botanique, en morphologie et en taxonomie. Or, il est extrêmement important de pouvoir identifier rapidement et précisément les semences de plantes pour prévenir les risques phytosanitaires, notamment les pertes économiques liées à la culture agricole et les effets négatifs sur la biodiversité végétale et les ressources agricoles. L’identification efficace des semences est également une exigence des règlements phytosanitaires afin de faciliter l’utilisation et le commerce sécurisé des semences destinées à la plantation, à l’importation et à l’exportation.

 

L’importance des semences

Nous savons tous que nous sommes censés nous régaler du parfum des fleurs — mais avez-vous jamais pensé à vous arrêter pour contempler le pouvoir et le potentiel contenus dans une seule semence? Si les conditions sont favorables, ce qui semble être un objet inanimé peut devenir un champ, un jardin ou une forêt.

Les plantes fournissent de l’oxygène, de l’énergie, des matériaux et des habitats, et elles sont à la base de toutes les chaînes alimentaires de la planète. La diversité des espèces végétales se reflète également dans leurs semences : elles sont de toutes les formes et de toutes les tailles, et parfois leurs différences sont à peine perceptibles. Être en mesure de déterminer le type de plante qu’une semence deviendra est extrêmement important, en particulier lorsqu’il s’agit d’identifier les plantes envahissantes nuisibles. Les semences représentent la principale voie de dispersion sur de longues distances des espèces végétales envahissantes ou des mauvaises herbes nuisibles et elles peuvent également être disséminées par le biais du commerce mondial. De nombreux pays, dont le Canada, augmentent le nombre de semences nuisibles dans leurs règlements afin d’aider à prévenir la propagation des plantes envahissantes nuisibles.

la folle avoine (Avena fatua)
la fausse folle avoine (Avena sativa mut. fatuoid)

Morphologie des graines (fleurons) de deux espèces d’avoine. À gauche, la folle avoine (Avena fatua) est une mauvaise herbe nuisible au sens de la Loi sur les semences. À droite, la fausse folle avoine (Avena sativa mut. fatuoïde), une mauvaise herbe non réglementée.

Plantes envahissantes au Canada

Les espèces végétales envahissantes peuvent envahir les zones agricoles et naturelles, causant de graves dommages à l’économie et à l’environnement du Canada. Rien que pour les cultures et les pâturages, on estime que les plantes envahissantes coûtent environ 2,2 milliards de dollars chaque année, d’un côté pour le désherbage et de l’autre pour la réduction du rendement et de la qualité des cultures. Dans les environnements naturels, les plantes envahissantes peuvent avoir un impact sur la santé des écosystèmes en prenant la place de la végétation indigène ou en la détruisant, en réduisant la biodiversité et en endommageant les habitats d’autres espèces.

En tant qu’organisation nationale de protection des végétaux du Canada, l’ACIA est chargée de faire appliquer la Loi sur les semences, le Règlement sur les semences et la Loi sur la protection des végétaux. L’ACIA veille à ce que toutes les semences vendues et importées au Canada et exportées du pays répondent aux normes de quarantaine ou de qualité et soient correctement étiquetées. L’ACIA contribue également à empêcher l’introduction de nouvelles espèces de mauvaises herbes au Canada et s’efforce de limiter la propagation des mauvaises herbes nuisibles détectées ou présentes au Canada.

L’identification des semences est une étape préventive essentielle pour s’assurer que les cultivateurs, les agriculteurs, les jardiniers, les paysagistes et les propriétaires fonciers plantent des semences de qualité de la culture qu’ils souhaitent, et ne plantent pas ou ne répandent pas par inadvertance des espèces adventices ou envahissantes.

Caractéristiques du Guide d’identification des semencesMD

Le Guide d’identification des semencesMD (GIS) comprend une longue liste de ressources faciles à utiliser et de fonctions interactives pour aider les utilisateurs à identifier rapidement et précisément les semences — une tâche qui était autrefois réservée aux botanistes, morphologistes et taxonomistes les plus expérimentés. Certaines des caractéristiques du guide sont décrites ci-dessous.

Exemple d’image fournie dans la fiche de renseignements du Guide d’identification des semences<sup>MD</sup> pour la berce du Caucase (Heracleum mantegazzianum).

Exemple d’image fournie dans la fiche de renseignements du Guide d’identification des semencesMD pour la berce du Caucase (Heracleum mantegazzianum).

Fiches de renseignements

Les fiches de renseignements fournissent aux utilisateurs des images et des informations descriptives pour faciliter l’identification des semences. Ces fiches peuvent aider les utilisateurs à identifier avec précision les espèces végétales envahissantes afin de prévenir leur propagation.

Les utilisateurs peuvent parcourir la collection de fiches de renseignements par nom de famille, nom scientifique et nom commun, ainsi que par listes relatives aux règlements pertinents et à l’accréditation en matière d’essai de semences.

Galerie d’images

La galerie est une collection consultable de centaines d’images et d’illustrations de semences visant à en faciliter l’identification. La galerie sert de référence numérique des spécimens de la Collection nationale de semences de l’ACIA.

Une partie de la galerie d’images du Guide d’identification des semences<sup>MD</sup>, mettant en évidence les espèces de la famille des Amaranthaceae.

Une partie de la galerie d’images du Guide d’identification des semencesMD, mettant en évidence les espèces de la famille des Amaranthaceae.

Clés d’identification

Les clés d’identification numériques sont un outil interactif qui aide les utilisateurs à identifier une semence inconnue jusqu’au niveau de la famille.

Bien que la connaissance de la morphologie de la plante soit utile pour utiliser les clés, l’outil a été conçu pour être facile à utiliser par toute personne intéressée par l’identification des semences.

La clé d’identification du Guide d’identification des semences<sup>MD</sup>.

La clé d’identification du Guide d’identification des semencesMD.

Contrairement aux clés dichotomiques traditionnelles utilisées pour l’identification des plantes et des semences, cet outil permet à l’utilisateur de choisir parmi une sélection de caractéristiques descriptives qui correspondent le mieux à la semence ou au fruit en question. Le nombre de familles potentielles diminue à chaque sélection au fur et à mesure que l’utilisateur se sert de la clé d’identification. Un mode d’emploi est disponible pour décrire comment interagir avec chaque sous-fenêtre de la clé d’identification.

Autoformation en ligne

Un portail de ressources est disponible pour les utilisateurs enregistrés et leur permet d’accéder à des jeux-questionnaires sur l’identification des semences, à des formations, à des enregistrements de webinaires, à des affiches, à des règles d’essai des semences et à un forum de discussion assisté par des expertes et experts.

Enrichissement du guide

Les auteurs sont invités à fournir des fiches de renseignements, des images ou d’autres outils d’identification au GIS afin de faciliter l’identification des semences de mauvaises herbes, de cultures et de plantes sauvages. Un guide de publication (en anglais seulement) et des protocoles de données sont disponibles en ligne. Pour obtenir davantage de renseignements sur la façon de contribuer ou sur les ateliers d’auteurs, contactez le Comité de rédaction du GIS (en anglais seulement).

Prochaines étapes

Depuis son lancement en 2009, et à la suite du lancement de son site Web en 2016, le GIS ne cesse de s’étendre en termes d’espèces incluses, d’applications, de fonctionnalités pour les utilisateurs et de nombre d’auteurs contributeurs.

L’un des objectifs de cet outil est d’accroître les possibilités de collaboration mondiale entre les scientifiques spécialisés dans les semences. L’équipe du GIS cherche toujours à développer des viviers d’auteurs provenant de différentes parties du monde afin d’accroître la diversité et la disponibilité des espèces végétales incluses dans le guide. L’outil fournit également une plateforme collaborative pour la publication de ressources sur les espèces présentant un intérêt pour des organisations, notamment l’Association internationale d’essais de semences (AIES) (en anglais seulement), l’Association of Official Seed Analysts (AOSA) (en anglais seulement), les ministères et organismes gouvernementaux et les organismes de recherche phytosanitaire, comme Euphresco (en anglais seulement).

Exploiter la puissance de l’intelligence artificielle pour l’identification des semences

Un autre projet passionnant du Centre de la science et de la technologie des semences porte sur les applications de l’intelligence artificielle (IA) pour faciliter l’identification des semences. Actuellement, le travail requis par les laboratoires d’essais des semences pour identifier les semences jusqu’au niveau de l’espèce peut prendre beaucoup de temps et nécessiter une expertise particulière. L’IA peut favoriser une identification rapide et fiable des semences.

L’imageur multispectre rond permet de déterminer les caractéristiques physiques et chimiques des échantillons de semences ou de céréales et utilise le système d’intelligence artificielle de Nachet pour automatiser l’analyse de la pureté physique.

L’imageur multispectre rond permet de déterminer les caractéristiques physiques et chimiques des échantillons de semences ou de céréales et utilise le système d’intelligence artificielle de Nachet pour automatiser l’analyse de la pureté physique.

Nachet est une application Web développée à l’interne à l’ACIA par le laboratoire d’IA de l’Agence en collaboration avec le laboratoire de Saskatoon. Nachet utilise un code ouvert, des données publiques, l’intelligence artificielle et la vision par ordinateur pour permettre aux analystes de laboratoire d’identifier rapidement les espèces des semences en un seul clic. Le système est formé à partir de nombreuses images de semences prises au microscope et utilise la vision par ordinateur et l’intelligence artificielle pour identifier les différentes espèces des semences avec une grande précision.

L’interface de Nachet met l’accent sur la simplicité et la facilité d’utilisation. Les analystes peuvent rapidement prendre des photos ou télécharger des images de semences pour commencer à les identifier, avec une formation minimale à l’utilisation de l’application. Une fois l’image téléchargée pour évaluation, l’IA de Nachet reconnaît rapidement chaque graine indépendamment, en les entourant d’un cadre rouge, en leur attribuant un nom d’espèce et en indiquant une note de fiabilité ou de probabilité. Les analystes peuvent naviguer entre les espèces identifiées ou examiner les images enregistrées.

L’interface Nachet montre des images de semences analysées par l’IA, avec l’identification des espèces correspondantes et les notes de confiance affichées.

L’interface Nachet montre des images de semences analysées par l’IA, avec l’identification des espèces correspondantes et les notes de confiance affichées.

L’objectif est de mettre Nachet à la disposition de tous les scientifiques de l’ACIA spécialisés dans les semences, qui pourront l’utiliser comme outil supplémentaire dans leurs efforts pour aider à arrêter la propagation des mauvaises herbes envahissantes. La technologie pourrait également être appliquée à d’autres domaines, tels que l’identification des insectes envahissants ou l’identification des semences pures. Il s’agit d’un outil polyvalent qui intègre parfaitement le matériel numérique et les technologies d’IA, et constitue un exemple de la manière dont l’ACIA applique les technologies émergentes aux activités d’inspection traditionnelles afin d’accroître l’efficacité.

Possibilités pour les scientifiques et les étudiantes et étudiants

La Collection nationale de semences recrute régulièrement des étudiantes et étudiants pour des expériences professionnelles enrichissantes dans le domaine de la science des semences. Avez-vous collecté des graines inhabituelles ou de mauvaises herbes que vous souhaiteriez donner? Veuillez communiquer avec la Collection nationale de semences.

L’ACIA encourage également tous les innovateurs qui s’intéressent aux technologies numériques et informatiques, à la botanique, à la science des semences et à la taxonomie des plantes, et qui ont l’expérience de ces domaines, à se mettre en contact avec le Centre de la science et de la technologie des semences. Contactez-moi à l’adresse Ruojing.Wang@inspection.gc.ca pour obtenir davantage de renseignements.

Renseignements supplémentaires