Une équipe interdisciplinaire des départements d’ingénierie et d’agriculture de l’Université d’Hokkaido et de l’Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) a développé un revêtement à couche mince à base d’europium qui, selon eux, accélère à la fois la croissance des plantes végétales et des arbres. Cette technologie peut améliorer la vitesse de production des plantes et a le potentiel d’aider à résoudre les problèmes d’approvisionnement alimentaire mondial.
Les plantes convertissent la lumière visible en énergie via un processus appelé photosynthèse. En plus de la lumière visible, la lumière du soleil contient également de la lumière ultraviolette (UV). Les chercheurs de cette étude visaient à fournir aux plantes une lumière visible supplémentaire à utiliser dans la photosynthèse en utilisant un matériau de conversion de longueur d’onde (WCM) capable de convertir la lumière UV en lumière rouge.
Les chercheurs ont développé un WCM basé sur un complexe d’europium et ont fabriqué un revêtement en couche mince qui peut être appliqué sur des feuilles de plastique disponibles dans le commerce. Ils ont non seulement montré que le film convertit la lumière UV en lumière rouge, mais aussi que le film ne bloque aucune partie de la lumière visible bénéfique du soleil. Le film a ensuite été testé en comparant la croissance des plantes en utilisant des feuilles avec et sans le revêtement WCM. Des essais ont été réalisés à la fois sur la bette à carde, une plante végétale, et sur le mélèze du Japon.
En été, lorsque les journées sont longues et que l’ensoleillement est fort, aucune différence significative n’a été observée pour la bette à carde lors de l’utilisation des films WCM. En hiver, cependant, lorsque les jours sont plus courts et que la lumière du soleil est plus faible, les plants de bette à carde cultivés à l’aide des films WCM ont montré une hauteur de plante 1,2 fois supérieure et une biomasse 1,4 fois supérieure après 63 jours. Les chercheurs ont attribué cette croissance accélérée à l’augmentation de l’apport de lumière rouge fournie par les films WCM.
Des essais impliquant des mélèzes du Japon ont également montré une croissance accélérée. Les semis ont montré un taux de croissance relatif plus élevé au cours des 4 premiers mois de croissance, ce qui a entraîné un diamètre de tige 1,2 fois plus grand et une biomasse totale 1,4 fois plus grande que les arbres cultivés sans le revêtement WCM. De manière critique, cela a permis aux semis d’atteindre la taille standard pour la plantation dans la foresterie d’Hokkaido en un an. L’utilisation de films WCM pourrait raccourcir la période de croissance des semis de deux ans à un an, ce qui se traduirait par une production de plantes plus rentable.
Cette technologie a également le potentiel d’aider à résoudre les problèmes de sécurité alimentaire dans les climats plus froids et est bénéfique car elle ne nécessite aucune électricité pour fonctionner. Les chercheurs considèrent la personnalisation de la technologie comme particulièrement prometteuse.
« En utilisant un revêtement de matériau à longueur d’onde changeante, nous avons pu créer avec succès un film transparent et démontrer sa capacité à accélérer la croissance des plantes », a déclaré Sunao Shoji, auteur principal de l’étude publiée dans Rapports scientifiques.
« En concevant rationnellement l’ion émetteur de lumière, nous pouvons librement contrôler la couleur de la lumière émise pour qu’elle soit d’autres couleurs comme le vert ou le jaune, nous espérons donc pouvoir créer des films de conversion de longueur d’onde optimisés pour différents types de plantes. Cela ouvre un grande avenue de développement futur pour l’ingénierie agricole et forestière de prochaine génération. »
Accélération de la croissance des plantes grâce à un film transparent de conversion UV-rouge peint en Eu3+, Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038/s41598-022-21427-6