Lasers bleus pour le désherbage biologique automatisé au laser
Précision du laser bleu pour une agriculture durable
L'augmentation constante de la population mondiale entraîne la nécessité d'une production alimentaire intense. L'un des facteurs limitant le rendement horticole est l'inefficacité du désherbage. Bien que certaines méthodes soient largement utilisées, elles ne sont pas nécessairement les meilleures solutions. Les méthodes de désherbage chimique largement répandues soulèvent des problèmes de sécurité alimentaire et d'environnement, tandis que le désherbage physique peut diminuer le rendement des cultures en endommageant les plantes ou d'autres organismes qui leur sont bénéfiques.
C'est là que les lasers entrent en jeu. Au cours des deux dernières décennies, la recherche a prouvé que le traitement au laser peut être utilisé efficacement pour tuer les mauvaises herbes. Et grâce aux récents développements en matière de vision artificielle et de robotique, le désherbage au laser devient une méthode extrêmement précise, biologique, hautement automatisée et rentable.
Mais cette technologie est encore relativement nouvelle et présente donc des inconvénients. La plupart d'entre eux sont liés à l'utilisation de lasers à CO2, qui reposent sur l'échauffement de la mauvaise herbe afin d'endommager ses cellules. Cela nécessite des puissances optiques élevées et la chaleur qui en résulte peut avoir un impact négatif sur la culture. De plus, pour atteindre ces puissances élevées, les lasers à CO2 nécessitent beaucoup d'énergie en raison de leur rendement assez faible, ce qui implique l'utilisation de générateurs à haute tension.
Très souvent, l'environnement agricole est aride et comporte beaucoup de parties végétales sèches, ce qui, combiné à la haute tension, augmente le risque d'incendie. Une énergie élevée signifie également qu'une grande quantité de chaleur doit être dissipée, de sorte que les lasers à CO2 nécessitent généralement l'utilisation de modules de refroidissement à l'eau. Ceci, ajouté à la grande taille des lasers CO2, rend le système assez volumineux et lourd. Tous ces inconvénients montrent qu'il est nécessaire de choisir un type de laser plus adapté à cette tâche.
C'est là que la technologie de pointe du laser bleu entre en jeu.
Notre mission
Nous pensons que le succès de nos clients est notre succès. C'est pourquoi nous ne développons pas de systèmes d'intelligence artificielle, mais nous nous spécialisons dans la construction de matériel laser fiable et performant. Nous avons toujours mis l'accent sur la qualité, la précision et la confiance à long terme. Grâce à notre vaste expérience sur le terrain et à nos partenariats avec plus de 7 intégrateurs, nous fournissons des solutions réelles et testées qui fonctionnent dans l'agriculture - et pas seulement en théorie.
Chez Opt Lasers, nous ne nous contentons pas de vendre des composants - nous co-créons votre système de désherbage. Notre technologie brevetée, notre support d'intégration éprouvé et notre collaboration directe avec les fabricants font de nous plus qu'un simple fournisseur. Nous sommes votre partenaire de développement.
Que vous construisiez un robot désherbeur, une plateforme autonome ou une solution agrotechnique de nouvelle génération, nous vous aiderons à la rendre prête à l'emploi.
Des performances éprouvées dans des conditions agricoles réelles
Nos systèmes laser à diode bleue ne sont pas seulement testés en laboratoire - ils sont activement testés et déployés sur le terrain par plus de 7 partenaires d'intégration à travers l'Europe. Qu'il s'agisse d'environnements arides ou d'exploitations maraîchères à haute densité, notre technologie a toujours permis un contrôle précis, efficace et sûr des mauvaises herbes.
Chaque partenaire a contribué à valider et à affiner nos systèmes en les utilisant dans le monde réel. Nous collaborons en permanence au développement de nouvelles générations de modules laser, avec des configurations entièrement personnalisables adaptées à votre application - qu'il s'agisse d'augmenter la vitesse, d'améliorer le taux de destruction des mauvaises herbes ou de réduire les frais de maintenance.
Notre équipe d'ingénieurs travaille directement avec les équipementiers et les sociétés d'automatisation, fournissant des conseils non seulement sur le système laser, mais aussi sur l'optimisation de la machine elle-même - de l'agencement du refroidissement aux angles de balayage et aux signaux de commande. Nous soutenons nos partenaires à chaque étape du développement du produit, de la validation du concept au lancement commercial.
Comparaison des technologies laser - Bleu vs IR vs CO₂
Le tableau ci-dessous compare les différentes longueurs d'onde utilisées pour le désherbage laser. Les valeurs sont ramenées à une puissance de sortie optique de 320 W, un refroidissement liquide est appliqué et les valeurs d'origine sont tirées des spécifications des produits existants :
| Caractéristique | 450 nm bleu (système de demain) | 2000 nm IR | 10 600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Rendement (prise murale CA) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Puissance de sortie optique | 320 W | 320 W | 320 W |
| Consommation totale du système (refroidissement inclus) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Poids (laser + électronique) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Poids avec refroidissement et boîtier | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| Émissions de CO₂ pour 100h d'utilisation (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| % de passage pour une couche d'eau de 1 mm | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Volume de la source laser | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Prix par Watt | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Avec sa transmission inégalée à travers l'eau, son efficacité élevée, son faible poids et son impact réduit sur l'environnement, la technologie du laser bleu s'impose comme l'avenir du désherbage laser sûr et évolutif.
Comparaison et explication de l'efficacité électrique
L'efficacité du système laser est essentielle pour minimiser la consommation d'énergie, réduire les coûts d'exploitation et garantir des performances fiables dans les applications sur le terrain. Voici une comparaison de l'efficacité électrique des systèmes laser IR 2000 nm, CO₂ et bleu 450 nm :
Lasers IR 2000 nm : Un laser IR de 200 W consomme généralement 1 200 W d'énergie électrique, ce qui donne un rendement de 17 % pour le laser seul. Cependant, il nécessite également un refroidisseur d'eau d'une puissance de 1700 W pour la dissipation de la chaleur, consommant 600 W d'énergie. En tenant compte de la charge de refroidissement (424 W), l'efficacité finale du système est de 12,3 %.
Lasers CO₂ : Un tube laser CO₂ de 130 W avec son alimentation électrique consomme 860 W. Le même refroidisseur de 1 700 W contribue également à l'efficacité du système. Le même refroidisseur de 1700 W contribue à hauteur de 303 W (sur la base d'une charge proportionnelle). Le rendement total qui en résulte tombe à 11,2 %.
Lasers bleus à 450 nm (système de demain) : Un laser bleu de 120 W consomme 356 W, utilise des pilotes d'une efficacité de 95 % et un refroidissement par air de 62 W. Il en résulte un rendement de 120 / (356 W). Cela donne 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7 %. En utilisant une alimentation 48V avec une efficacité de 91%, l'efficacité globale du système devient 24,3%. Pour les configurations de 320W avec refroidissement liquide, l'efficacité peut être réduite à environ 19%, avec une puissance totale du système atteignant 1800W.
Le système de demain atteint ces valeurs élevées grâce à la conception en interne des sources laser et des pilotes dédiés. En revanche, de nombreux pilotes disponibles sur le marché ne fonctionnent qu'avec un rendement de 70 à 90 %, ce qui réduit considérablement les performances de l'ensemble du système laser.
Absorption de l'eau et dose d'irradiation - facteurs clés du désherbage laser
L'absorption de l'eau a un impact significatif sur la transmission de la lumière laser et sur la dose d'énergie reçue par les mauvaises herbes. Les systèmes laser fonctionnant à différentes longueurs d'onde ont des comportements très différents lorsqu'ils interagissent avec des gouttelettes d'eau à la surface des plantes.
Transmission à travers l'eau : Pour une fine couche d'eau de 0,1 mm, la lumière laser bleue est transmise presque sans perte(99,99 %), tandis que la lumière IR de 2000 nm tombe à 90,48 % et la lumière laser CO₂ tombe à presque zéro(0,004 %). Même une petite quantité d'humidité peut bloquer complètement le CO₂ et supprimer partiellement l'irradiation laser à 2000 nm.
Avec une couche d'eau de 1 mm, les coefficients de transmission sont les suivants :
- Laser bleu : 99,99%
- Laser 2000 nm : 36.79%
- Laser CO₂ : 0 %.
Impact sur la dose d'irradiation : dans des fenêtres de traitement courtes (50-100 ms), une gouttelette d'eau (5×5×1 mm³) absorbe la totalité de la dose de CO₂ et environ 63 % de la dose du laser 2000 nm. Pour le laser IR, cette énergie absorbée fait passer la température de la gouttelette de 20 °C à l'ébullition en utilisant seulement 8,4 W, mais seulement 8 à 10 % de cette énergie s'évapore. Cela limite la quantité d'énergie qui atteint réellement la mauvaise herbe, ce qui réduit l'efficacité.
Champs inondés ou irrigués : Dans les couches d'eau profondes telles que les rizières (10 cm), les lasers bleus transmettent encore plus de 99 % de l'énergie à la cible, alors que les lasers 2000 nm et CO₂ n'en transmettent pratiquement pas.
Cette analyse montre que même une pluie légère ou une irrigation affecte de manière significative les performances des lasers IR et CO₂, tandis que les systèmes à laser bleu restent très efficaces dans les environnements humides.
Poids, dimensions et influence sur l'intégration
Dans les systèmes laser mobiles ou de terrain, le poids et les dimensions physiques ont un impact significatif sur l'intégration, la mobilité et la consommation d'énergie. Les lasers bleus offrent des avantages évidents dans ces deux domaines :
Le poids total d'un système laser bleu de 320 W, refroidissement compris, est estimé à seulement 14 kg. En revanche, un système laser 2000 nm de 200 W pèse environ 61 kg avec son agrégat de refroidissement, et une installation laser CO₂ typique pèse environ 48 kg. Cela signifie que deux modules de laser bleu combinés pèsent toujours moins qu'un seul système laser 2000 nm ou CO₂.
Du point de vue des dimensions, les lasers bleus sont extrêmement compacts. Un module laser bleu de 320 W ne mesure pas plus de 100×300×300 mm, soit moins de 10 dm³. En comparaison, un système laser 2000 nm occupe plus de 169 dm³ et un système laser CO₂ atteint 92-97 dm³. En outre, les lasers CO₂ sont souvent fabriqués à partir de tubes de verre fragiles, mesurant jusqu'à 165 cm de long, ce qui les rend difficiles à monter ou à protéger dans des environnements mobiles.
En conclusion, les lasers bleus sont plus de 12 fois plus petits que les lasers IR de 2000 nm et plus de 7 fois plus petits que les systèmes laser CO₂. Ces dimensions compactes permettent de les monter sur des véhicules agricoles légers ou des bras robotisés, ce qui accroît considérablement la flexibilité du déploiement sur le terrain.
La technologie des lasers bleus fait progresser la lutte de précision contre les mauvaises herbes
La recherche a montré que l 'effet des lasers sur les mauvaises herbes dépend de la puissance optique, du temps d'exposition, de la taille du spot et , surtout, de la longueur d'onde du laser. La lumière bleue est connue pour être fortement absorbée par la matière organique, ce qui est le cas de la grande majorité des plantes. Cela est dû à la chlorophylle utilisée dans la photosynthèse oxygénique, et plus précisément à deux types de chlorophylle : la chlorophylle-a et la chlorophylle-b. En examinant le spectre d'absorption de ces deux pigments, on constate que la lumière bleue est parfaitement adaptée, avec des pics d'absorption à 430nm (type a) et 470nm (type b). C'est pourquoi le désherbage au laser bleu nécessite des puissances optiques plus faibles pour éliminer efficacement les plantes indésirables.
Mais ce n'est pas seulement l'absorption qui fait que les lasers bleus, et plus particulièrement les lasers à diodes bleues, sont bien adaptés au désherbage laser. Les systèmes de laser à diode bleue sont beaucoup plus compacts que les systèmes à CO2, ce qui facilite l'installation des lasers bleus sur différentes machines et permet de monter plusieurs unités en série. En effet, les lasers bleus permettent de traiter une plus grande surface à la fois, ce qui augmente la vitesse de l'ensemble du processus.
Les lasers à diode bleue sont des systèmes à basse tension et à courant continu, ce qui signifie qu'ils sont plus sûrs à utiliser dans les environnements arides que les lasers à CO2 et, en même temps, plus sûrs pour les travailleurs (puisque les lasers à CO2 utilisent une tension alternative). Les systèmes à diodes laser bleues sont légers et ne nécessitent pas de refroidissement par eau, ce qui a un impact positif sur la consommation de carburant des véhicules. La taille du spot laser est hautement accordable, ce qui permet de l'adapter soit à un traitement de haute précision, soit à une opération sur une grande surface. Les diodes laser ont également un rendement plus élevé que les lasers à CO2, ce qui, combiné à leur longue durée de vie, en fait une solution très rentable.
Avantages du désherbage par laser à diode bleue :
- Longueur d'onde fortement absorbée par les plantes - il n'est pas nécessaire d'utiliser des puissances optiques extrêmement élevées.
- Méthode sans contact, ce qui signifie qu'il n'y a pas de dommages physiques
- Respectueux de l'environnement
- Taille compacte et faible poids
- Rentable, nécessite peu d'entretien
