Une équipe développe une technique pour détecter les nutriments dans le sol plus rapidement et à moindre coût

Chaque année, les agriculteurs du Missouri perdent des millions de dollars en nutriments précieux qui se déversent dans les rivières et les lacs. Ces nutriments (nitrates et phosphates présents dans les engrais) sont essentiels à la croissance des plantes, mais ils font des ravages sur la vie aquatique lorsqu’ils finissent dans les cours d’eau.

Matthias Young, chercheur à l’Université du Missouri, pense avoir trouvé un moyen de conserver les nutriments sur la terre, là où ils devraient être. Il développe une technique qui pourrait conduire à de nouveaux types de capteurs pour aider les agriculteurs à mieux mesurer les nitrates et les phosphates dans le sol, leur permettant ainsi d’utiliser les engrais plus efficacement.

« Les nitrates et les phosphates rejetés dans les cours d’eau provoquent la prolifération d’algues qui tuent les poissons et nuisent au tourisme dans les communautés riveraines », a déclaré Young, professeur adjoint de génie chimique et titulaire d’un poste conjoint en chimie au Collège des arts et des sciences de Mizzou. « De plus, les agriculteurs ne veulent pas que les nitrates et les phosphates s’écoulent de leurs champs. D’après les données de l’Agence de protection de l’environnement et du ministère de l’Agriculture des États-Unis, environ 100 millions de dollars d’engrais sont gaspillés chaque année dans le seul Missouri. Ce travail aide les poissons, la faune, le tourisme et les agriculteurs. »

Une nouvelle voie à suivre

Alors que son équipe est encore en train de régler certains problèmes, les recherches de Young sont prometteuses pour un moyen plus rapide, plus fiable et plus rentable de mesurer des ions tels que les nitrates dans le sol.

C’est important car si les niveaux de nitrate sont faibles, les plantes n’obtiendront pas les nutriments dont elles ont besoin pour pousser. Mais s’ils sont trop élevés, ajouter plus d’engrais est un gaspillage car l’excès de nitrates s’écoulera dans les cours d’eau.

Les appareils existants, appelés électrodes sélectives d’ions, peuvent mesurer les nitrates et les phosphates, mais ils sont coûteux et imprécis. Une méthode actuelle oblige les agriculteurs à prélever des échantillons de sol et à les envoyer à un laboratoire pour analyse, ce qui est lent et ne représente qu’une petite parcelle de terrain. Les laboratoires ont accès à des capteurs plus sophistiqués qui s’appuient sur des molécules spéciales pour se lier aux ions et les mesurer, mais ces molécules peuvent coûter environ 10 000 dollars par gramme.

« Les agriculteurs décident de la quantité d’engrais à distribuer, mais ils prennent leurs décisions sur la base d’informations limitées », a déclaré Young. « Même les capteurs coûteux doivent être réétalonnés fréquemment, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas être laissés dans le champ. »

La nouvelle conception de Young change la façon dont les informations sont collectées.

Lui et son équipe ont mis au point un capteur qui mesure la vitesse à laquelle les ions se déplacent à travers une membrane, plutôt que la force avec laquelle ils s’y lient. Utilisant un courant électrique pulsé, ces appareils sont plus sensibles et plus fiables.

Young consulte les agriculteurs du Missouri dans le cadre de ses progrès dans l’espoir de commercialiser des capteurs peu coûteux et pratiques.

« Nous développons des capteurs portables pour recueillir des mesures en temps réel, ainsi que des capteurs qui peuvent être installés sur le terrain », a déclaré Young. « Ils ne sont pas encore prêts à être déployés, car nous rencontrons encore quelques difficultés, mais cela ouvre une nouvelle voie. »

Il a récemment présenté ses conclusions dans ACS OmégaLes co-auteurs étaient Ryan Gettler, Shima Mehregan, Henry Koeing et Andie Kaess.