Hyperspectral imaging for non-destructive detection of process-related impact damage in whole Atlantic cod (Gadus morhua L.)
Cette étude démontre que l'imagerie hyperspectrale peut distinguer efficacement la morue de l'Atlantique présentant des dommages liés aux processus de transformation des témoins non endommagés en détectant des taux élevés d'hémoglobine musculaire, bien que des facteurs tels que la profondeur des tissus et la diffusion limitent actuellement sa capacité à quantifier précisément la gravité des dommages ou à classer les poissons individuellement.
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Dans le monde trépidant de la transformation industrielle des produits de la mer, la vitesse et l'automatisation sont les forces motrices, mais elles se font souvent au détriment du produit lui-même. Lorsque les poissons sont manipulés par des machines ou déposés sur des tapis roulants, ils peuvent subir des blessures invisibles qui ruinent leur qualité bien avant d'atteindre l'assiette du consommateur. Ces impacts peuvent provoquer des hémorragies internes, briser des os et séparer les fibres musculaires, transformant un produit de qualité supérieure en un produit de qualité inférieure. Pour détecter ces défauts, l'industrie s'est traditionnellement appuyée sur des inspecteurs humains, qui examinent un petit échantillon de la prise et portent des jugements subjectifs. Cette méthode est lente, incohérente et ignore la grande majorité des poissons endommagés. Les scientifiques se tournent désormais vers une technologie appelée imagerie hyperspectrale pour résoudre ce problème. Contrairement à un appareil photo standard qui ne voit que les couleurs de l'arc-en-ciel, cet appareil photo spécialisé capture des centaines de longueurs d'onde spécifiques pour chaque point d'une image. Cela lui permet de voir les changements chimiques à l'intérieur du poisson, comme la présence de sang, sans jamais couper la peau ni endommager le produit. L'objectif est de créer un système capable de détecter automatiquement ces blessures cachées au fur et tant que les poissons défilent sur une ligne de production, garantissant ainsi que seuls les poissons de la plus haute qualité soient vendus.
Des chercheurs en Norvège ont entrepris de tester si cette technologie pouvait détecter de manière fiable les dommages chez le cabillaud de l'Atlantique entier, une espèce de poisson populaire souvent élevée dans les eaux froides de l'Atlantique Nord. Ils ont créé une expérience contrôlée pour simuler les types de chocs et de chutes qui se produisent sur les bateaux de pêche et dans les usines de transformation. En utilisant 120 cabillauds d'élevage, ils ont établi une base de référence en scannant chaque poisson avant que tout dommage ne soit causé. Ensuite, ils ont soumis les poissons à une série d'impacts à l'aide de plaques lourdes lâchées d'une hauteur de 1,7 mètre. Les plaques pesaient 1 kilogramme, 2 kilogrammes et 4 kilogrammes, représentant différents niveaux de force qu'un poisson pourrait rencontrer dans un environnement réel. Un groupe témoin de poissons n'a subi aucun contact pour servir de comparaison. Après les impacts, les poissons ont été scannés à nouveau avec la caméra hyperspectrale, qui utilisait un dispositif d'éclairage spécifique pour voir à travers la peau et dans le tissu musculaire. Les chercheurs ont ensuite attendu six jours, durant lesquels les poissons ont été conservés sur de la glace, avant qu'ils ne soient filetés et examinés par une équipe de juges humains formés. Enfin, ils ont prélevé des échantillons de tissu musculaire pour mesurer la quantité exacte d'hémoglobine, la protéine qui transporte l'oxygène dans le sang, par analyse chimique.
Les résultats ont montré que les dommages physiques étaient sévères et directement liés au poids de la plaque tombante. Les poissons frappés par les plaques de 2 kilogrammes et de 4 kilogrammes ont subi des blessures importantes, notamment des fractures de la colonne vertébrale et des quantités importantes d'hémorragies internes. En fait, chaque poisson du groupe de 4 kilogrammes présentait une fracture de la colonne vertébrale, et 77 % de ceux du groupe de 2 kilogrammes étaient similairement blessés. Le groupe de 1 kilogramme était moins endommagé, avec seulement 10 % présentant des fractures de la colonne vertébrale, mais ils montraient tout de même des signes de séparation musculaire et de dommages cutanés. Les juges humains ont confirmé ces constatations, attribuant aux poissons fortement impactés des scores de qualité bien inférieurs, notant particulièrement la présence de taches de sang et de fibres musculaires séparées. L'analyse chimique a corroboré cela, révélant que les poissons frappés par les plaques les plus lourdes présentaient des niveaux d'hémoglobine dans leur tissu musculaire nettement plus élevés que les poissons intacts. Cela a confirmé que les impacts avaient provoqué la rupture des vaisseaux sanguins, permettant au sang de s'infiltrer dans la chair.
Lorsque les chercheurs ont examiné les données de la caméra hyperspectrale, ils ont obtenu un tableau mitigé mais prometteur. La caméra était très efficace pour distinguer les poissons endommagés des poissons sains. Elle a réussi à identifier que les poissons impactés présentaient des signaux liés au sang plus élevés que le groupe témoin. Cependant, la technologie avait du mal à donner une mesure précise de l'ampleur exacte des dommages pour chaque poisson individuel. Bien que la caméra puisse voir la présence de sang, les lectures variaient considérablement, même parmi les poissons ayant été frappés avec la même force. Les chercheurs ont déterminé que cela était dû au fait que la caméra tentait de voir à travers la peau du poisson et dans les couches musculaires profondes, un processus compliqué par la façon dont la lumière se diffuse et est absorbée dans les tissus vivants. La forme du poisson et l'épaisseur de la peau jouaient également un rôle, rendant difficile l'obtention d'une lecture cohérente d'un poisson à l'autre. Par conséquent, bien que le système ne puisse pas encore agir comme une règle parfaite pour mesurer la quantité exacte de sang dans chaque poisson, il a prouvé qu'il pouvait agir comme un filtre fiable pour séparer les lots endommagés des lots sains.
L'étude conclut que l'imagerie hyperspectrale est un outil puissant pour l'industrie des produits de la mer, mais qu'elle n'est pas une solution miracle pour tous les problèmes. Elle est très efficace pour détecter qu'un dommage est survenu et peut distinguer un lot de poissons qui a été manipulé brutalement d'un lot qui a été traité avec douceur. Cette capacité pourrait permettre aux usines de trier les poissons automatiquement, éliminant ainsi le besoin d'une inspection humaine subjective de chaque article. Cependant, la technologie n'est pas encore prête à dire à un transformateur exactement combien de milligrammes de sang se trouvent dans un poisson spécifique ou à évaluer la gravité des dommages sur une échelle précise pour chaque poisson. Les défis posés par la diffusion de la lumière à travers la peau et la géométrie complexe d'un poisson entier signifient que les lectures comporteront toujours une part d'incertitude. Pour l'instant, la meilleure utilisation de cette technologie est de fournir un contrôle rapide et objectif de la qualité globale d'une prise, garantissant que les poissons progressant sur la ligne de production sont exempts des blessures cachées qui passent si souvent inaperçues.
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