Système de LED UVC pour prolonger la durée de conservation post-récolte des murcotts

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Technologie UVC préservation des fruits murcott système optique moisissure verte

Contexte académique

Les agrumes, en raison de leur riche valeur nutritive et de leur goût unique, sont depuis longtemps très appréciés des consommateurs. Cependant, les agrumes sont souvent sujets à des maladies après la récolte, en particulier la pourriture verte causée par le champignon Penicillium digitatum, qui entraîne la détérioration des fruits et réduit considérablement leur durée de conservation. Traditionnellement, les fongicides chimiques ont été largement utilisés pour contrôler cette maladie, mais en raison des préoccupations concernant les résidus chimiques et leurs impacts potentiels sur la santé et l’environnement, des méthodes alternatives non chimiques ont progressivement attiré l’attention.

Ces dernières années, les traitements physiques, en raison de leur caractère sans résidus et respectueux de l’environnement, ont gagné en popularité. Parmi ces techniques, le rayonnement ultraviolet C (UVC, longueur d’onde 200-280 nm) est considéré comme une solution prometteuse. L’UVC peut inhiber les maladies en détruisant l’ADN des agents pathogènes, tout en renforçant la résistance des fruits et en retardant leur maturation. Cependant, bien que des études aient montré que l’UVC peut efficacement réduire l’apparition de la pourriture verte chez les agrumes, son application commerciale reste confrontée à plusieurs défis, notamment en ce qui concerne l’uniformité de l’éclairage et le contrôle des doses. Pour résoudre ces problèmes, cette étude vise à concevoir un système optique basé sur des LED UVC, optimisant l’uniformité de la distribution lumineuse, et à évaluer ses performances dans la préservation des Murcotts.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Le Thi-Thi-Ngoc et son équipe, avec des auteurs issus du Département d’Optique et de Photonique de l’Université Nationale Centrale de Taïwan, de la Section Environnement des Cultures de la Station de Recherche Agricole et d’Extension du District de Taichung, ainsi que du Département de Physique Électronique de l’Université Nationale Yang-Ming Chiao Tung. L’article a été publié en 2025 dans la revue Optical and Quantum Electronics, volume 57, article numéro 161, avec le DOI : 10.1007/s11082-025-08071-w.

Processus de recherche

a) Conception expérimentale et flux de travail

Cette étude comprend principalement les étapes suivantes :

1. Modélisation optique et conception du système

La recherche a commencé par la sélection de LED UVC de 275 nm comme source lumineuse, dont la puissance de sortie atteint 50 mW lorsque le courant est de 0,350 A. Pour améliorer l’uniformité de la distribution lumineuse, l’équipe de recherche a équipé chaque LED d’une lentille en dôme afin de réduire l’angle de divergence. À l’aide d’une membrane fluorescente combinée à la méthode de traçage des rayons Monte-Carlo, les chercheurs ont développé un modèle optique précis de la LED, utilisé ensuite pour la conception du système.

Le système final comprend un réseau 4×4 de LED UVC, chaque LED correspondant à un fruit Murcott. Le module optique entier est placé à 23 cm au-dessus de la zone cible, d’une taille de 34×34 cm². Le système est également équipé d’une cavité en aluminium pour réduire les problèmes de chaleur et assurer que la lumière soit concentrée sur la zone cible.

2. Surveillance et analyse de l’irradiance

Pour vérifier les performances du système, les chercheurs ont mesuré la distribution de l’irradiance dans la zone cible, à la fois en simulation et en expérimentation. Plus précisément, ils ont utilisé un détecteur connecté à un wattmètre pour enregistrer les valeurs d’irradiance à différents endroits de la zone cible, puis calculé l’uniformité et le facteur d’utilisation optique (OUF). Les résultats montrent qu’en simulation, l’uniformité atteint 85,4 % et l’OUF 80,2 % ; tandis qu’en expérimentation, l’uniformité est de 77,2 %, indiquant que le système présente des performances optiques élevées.

De plus, la recherche a testé la flexibilité du système en désactivant certaines LED à des positions spécifiques. Les résultats montrent que même si certaines LED sont éteintes, les autres continuent d’assurer une irradiance uniforme dans la zone cible.

3. Effets du traitement UVC sur Penicillium digitatum (expériences in vitro)

Pour évaluer l’effet inhibiteur de l’UVC sur P. digitatum, les chercheurs ont exposé des suspensions de spores de P. digitatum à différentes doses d’UVC (de 0,00 à 1,50 kJ/m²). Après 24 heures d’incubation, ils ont observé la germination des spores ; puis, après 72 heures d’incubation, ils ont comptabilisé le nombre de colonies formées. Les résultats montrent que lorsque la dose d’UVC dépasse 0,3 kJ/m², la croissance des spores est significativement inhibée, avec un taux d’inhibition dépassant 90 %.

4. Effets du traitement UVC sur les Murcotts (expériences in vivo)

Les chercheurs ont sélectionné différents groupes de Murcotts, soumis à des traitements UVC allant de 0 à 20 minutes, correspondant à des doses d’UVC allant de 0,00 à 6,00 kJ/m². Les fruits traités ont ensuite été stockés à température ambiante et leur indice de gravité de la maladie (DSI) a été évalué régulièrement. Les résultats montrent que les doses d’UVC comprises entre 0,9 et 4,5 kJ/m² permettent de maintenir la qualité des Murcotts pendant quatre semaines, la dose optimale étant de 1,5 kJ/m².

b) Résultats principaux

1. Performances optiques

Dans la zone cible, l’irradiance du système varie entre 3 et 5 W/m², avec une uniformité de 85,4 % en simulation et de 77,2 % en expérimentation. Cela montre que le système est capable de concentrer efficacement la lumière dans la zone cible tout en maintenant une bonne uniformité.

2. Effet inhibiteur sur Penicillium digitatum

Les expériences in vitro montrent que lorsque la dose d’UVC dépasse 0,3 kJ/m², la croissance des spores de P. digitatum est significativement inhibée, avec un taux d’inhibition dépassant 90 %. Ce résultat valide la capacité de l’UVC à éliminer efficacement les agents pathogènes.

3. Efficacité de conservation des Murcotts

Les expériences in vivo montrent que le traitement UVC peut réduire de manière significative l’apparition de la pourriture verte chez les Murcotts. Dans la plage de doses d’UVC de 0,9 à 4,5 kJ/m², l’indice de gravité de la maladie (DSI) des fruits reste inférieur à 10 % pendant quatre semaines. Cependant, des doses d’UVC trop élevées (par exemple, 6,0 kJ/m²) n’améliorent pas davantage l’effet de conservation, mais peuvent entraîner un gaspillage d’énergie.

c) Conclusion et signification

Cette étude montre qu’un système optique basé sur des LED UVC peut prolonger efficacement la durée de conservation post-récolte des Murcotts. Ce système présente non seulement des performances optiques élevées, mais il peut également être ajusté de manière flexible pour s’adapter à différentes applications. De plus, la recherche met en évidence la relation entre la dose d’UVC et l’efficacité de conservation, fournissant une référence importante pour optimiser les traitements UVC à l’avenir.

D’un point de vue scientifique, cette étude comble une lacune dans l’application de la technologie UVC dans la conservation des agrumes, posant les bases pour des recherches ultérieures. D’un point de vue applicatif, le système présente des avantages tels que des coûts faibles, une simplicité d’utilisation et une facilité de maintenance, ce qui le rend adapté à une large diffusion commerciale.

d) Points forts de la recherche

  1. Conception optique innovante : L’utilisation de lentilles en dôme pour optimiser la distribution de la lumière améliore considérablement l’uniformité de l’irradiance.
  2. Scénarios d’application flexibles : Le système peut être intégré intelligemment dans des systèmes de contrôle automatisés, permettant d’allumer ou d’éteindre sélectivement les LED selon les besoins.
  3. Lignes directrices claires sur les doses : La recherche clarifie la relation entre la dose d’UVC et l’efficacité de conservation, fournissant une base scientifique pour des applications pratiques.
  4. Validation multidimensionnelle : L’efficacité de l’UVC a été validée à travers des expériences in vitro et in vivo, renforçant la fiabilité des conclusions.

e) Autres informations précieuses

L’équipe de recherche propose également d’explorer davantage les effets de l’UVC sur la conservation d’autres fruits, ainsi que les changements dans la résistance microbienne et les mécanismes de réparation lors du stockage à long terme. De plus, combiner cette technologie avec d’autres méthodes de conservation (telles que le stockage à basse température) pourrait encore améliorer l’efficacité de la conservation.