Au cours des 12 000 ans qui se sont écoulés depuis que l’homme a commencé à utiliser l’agriculture, la technologie n’a cessé d’apporter des solutions pour améliorer la production et l’état des cultures. L’agriculture de précision, basée sur capteurs intelligents capables de surveiller toutes sortes de valeurs liées à la santé et à la croissance des plantes, est essentielle pour faire face à des catastrophes telles que la sécheresse persistante subie par diverses régions d’Espagne.
Outre des solutions plus simples, comme l’ingénieuse invention espagnole qui permet d’irriguer le champ en utilisant jusqu’à 70 % d’eau en moins, il est indispensable d’améliorer constamment les capteurs pour qu’ils soient plus sensibles et plus fiables. Afin de maximiser la production agricole et de réduire la consommation d’eau, des experts en chimie de l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) en Arabie saoudite ont développé le prototype de un capteur innovant plus rapide et plus précis grâce à l’utilisation de nouveaux matériaux.
« La gestion de l’irrigation peut contribuer à améliorer la qualité des cultures, à réduire les coûts agricoles et à conserver l’eau », déclare Mohamed Eddaoudi, qui a dirigé la recherche avec Khaled Salama, Maintenant publié dans la revue scientifique ACS Applied Materials & Interfaces. « Des capteurs d’humidité du sol, très sensibles et sélectifs, offrent la possibilité d’améliorer le processus de gestion de l’eauSalam ajoute.
Matériaux MOF
Selon les dernières données de l’Agence météorologique nationale (AEMET), les climats arides ont doublé en Espagne depuis les années 50 du XXe siècle et avancent à un rythme de 1 500 kilomètres par an, l’équivalent de la province de Malaga. Dans ce type de climat, le stress dû au déficit hydrique peut anéantir des plantations entières et entraîner la ruine des agriculteurs. L’une des meilleures solutions pour éviter cela sont les capteurs d’humidité du sol, qui vous permettent d’optimiser l’irrigation.
Il existe plusieurs types de capteurs, selon la méthode qu’ils utilisent pour mesurer l’humidité. Des capteurs volumétriques mesurent directement la teneur en eau du sol. De leur côté, les tensiométriques analysent la tension entre l’eau et les particules de sol. Enfin, ceux à l’état solide font le même travail à travers deux sondes qui créent une interaction électrique dans le sol. Moins il y a d’eau, moins ils enregistrent de résistance électrique, car le courant peut facilement le traverser. Ce dernier est le type de capteur le plus courant et le moins cher, mais aussi le moins précis.
Schéma du capteur d’humidité du sol avec MOF American Chemical Society Omicrono
Pour les améliorer tous, des chercheurs saoudiens ont développé des capteurs d’humidité intelligents au cœur desquels se trouve un film mince organométallique (MOF) à haute affinité pour l’eau. Les MOF sont des matériaux synthétiques hautement poreux, utilisés par exemple pour capturer les gaz nocifs, dont la structure interne en forme de cage peut être adaptée pour abriter de petites molécules spécifiques telles que l’eau. « Grâce à leur structure poreuse modulaire et à leur facilité d’utilisation, les MOF sont d’excellents candidats pour les applications de détection », déclare Osama Shekhah, un autre scientifique de l’équipe d’Eddaoudi.
Les MOF utilisés dans l’étude, obtenus après un processus complexe permettant de moduler leur structure et leurs propriétés à l’échelle nanométrique, ont été sélectionnés pour des paramètres tels que leur excellente stabilité hydrolytique, c’est-à-dire leur capacité d’absorption d’eau et leur résistance à la décomposition chimique. « Nous avons exploré plusieurs MOF différents, y compris le très poreux Cr-soc-MOF-1, développé par notre groupe à KAUST, qui peut contenir deux fois son propre poids en eau« , explique la doctorante Norah Alsadun.
expériences
L’équipe a enduit des MOF sur des microcapteurs à électrodes interdigitées, qui peuvent être fabriqués à l’aide de techniques simples et peu coûteuses telles que l’impression à jet d’encre ou la gravure au laser. Une fois le capteur inséré dans un sol humide, l’air dans le MOF est déplacé par l’eau. Cela modifie sa capacité électrique – la capacité d’un composant ou d’un circuit à collecter et à stocker de l’énergie sous forme de charge électrique – un processus qui peut être mesuré avec une grande précision.
Chaque capteur revêtu de différents matériaux MOF a été testé dans différents types de sols, à la fois argileux et sableux, qui diffèrent souvent de manière significative par leur texture et leur capacité de rétention d’eau. « En particulier, le capteur d’humidité du sol revêtu de Cr-soc-MOF-1 a montré sensibilité la plus élevée, environ 450% dans les sols argileuxavec un temps de réponse d’environ 500 secondes », explique Salama.
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Maintenant, l’équipe KAUST est concevoir et développer un prototype de capteur d’humidité du sol portable à base de MOF réaliser de nouvelles expériences de contrôle sur des mesures réelles sur le terrain. « Nous envisageons que cette recherche fera progresser la technologie de capteur d’humidité du sol de nouvelle génération, offrant des systèmes d’irrigation automatisés et précis », ajoute Salama.
Solutions espagnoles
En Espagne, certaines entreprises sont très conscientes de la nécessité d’appliquer les dernières technologies sur le terrain pour améliorer la production et économiser l’eau. Il existe des solutions basées sur des capteurs, comme celles proposées par Libelium ou PRISMAB, qui aident l’agriculteur à avoir contrôle précis des valeurs telles que la température, la salinité ou l’humiditéen plus de créer des alertes pour avertir si le sol est sec ou s’il y a du gel.
D’autres, comme Paintec, de Saragosse, utilisent des satellites, des drones et le Big Data pour offrir surveillance en temps réel de tout ce qui peut affecter les cultures. Cependant, parmi eux, la proposition DeepDrop de Malaga se distingue par sa simplicité, son prix et sa facilité d’installation, ce qui peut signifier de grandes économies d’eau et d’électricité dans les plantations agricoles et les jardins.
Plusieurs goutteurs DeepDrop installés dans une plantation DeepDrop Omicrono
Il s’agit d’un système d’irrigation innovant breveté par Antonio Rico, un inventeur de Malaga âgé de 82 ans. Son fonctionnement permet d’économiser entre 40 et 70% de consommation d’eau selon le sol et le type de culture et jusqu’à 60% de lumièredans le cas des plantations utilisant le pompage de l’eau.
Son fonctionnement est aussi efficace que simple. Ce sont des goutteurs qui, grâce à leur conception, permettent de convertir l’irrigation de surface en irrigation souterraine, avec tous les avantages que cela comporte et aucun de ses inconvénients, car ils sont facilement accessibles en cas de blocage ou de dysfonctionnement de tout type. En conduisant l’eau directement aux racines, en plus de réduire la consommation d’eau, Deep Drop améliore considérablement la santé des cultures.
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