Les ingénieurs ont développé un capteur qui peut être « imprimé » sur les feuilles des plantes pour indiquer quand ils ont besoin d’eau

Les ingénieurs de l’Institut de technologie du Massachusetts (MIT) ont mis au point des capteurs qui peuvent être implantés dans les feuilles des plantes afin qu’il soit plus facile pour les humains d’identifier s’ils ont besoin d’eau.

Michael Strano, le professeur de chimie chimique de Carbon P. Dubbs au MIT et l’auteur principal de l’étude, affirme que cette nouvelle innovation peut servir d’avertissement de détresse précoce aux agriculteurs, les rendant moins sujet aux cultures flétries.

« Cela semble être le premier indicateur de la sécheresse que nous avons pour les applications agricoles. Il est difficile d’obtenir cette information autrement. Vous pouvez mettre des capteurs dans le sol, ou vous pouvez faire de l’imagerie et de la cartographie par satellite, mais vous ne savez jamais vraiment ce qu’une plante particulière détecte comme le potentiel de l’eau », explique Strano.

Strano estime que cette nouvelle technologie ouvre également la voie à la mise au point de plantes résistantes à la sécheresse.

Le nouveau capteur MIT se concentre sur les stomates des plantes, qui sont de petits pores dans la surface d’une feuille qui permettent à l’évaporation de l’eau d’avoir lieu. Au fur et à mesure que l’eau s’évapore de la feuille, la pression de l’eau baisse dans la plante, ce qui lui permet de puiser davantage d’eau dans le sol grâce à un processus appelé transpiration.

«Les gens savaient déjà que les stomates réagissent à la lumière, à la concentration de dioxyde de carbone, à la sécheresse, mais maintenant nous avons été capables de la surveiller continuellement. Les méthodes précédentes ont été incapables de produire ce type d’information », explique Volodymyr Koman, postdoctorat du MIT et principal auteur de l’étude.

Les ingénieurs du MIT ont utilisé une encre faite de nanotubes de carbone – de minuscules tubes creux de carbone qui facilitent le flux électrique – dispersés dans un composé organique appelé dodécylsulfate de sodium, qui n’endommage pas les stomates. Cette encre peut être imprimée à travers les pores de la feuille pour créer un circuit électronique.

Le courant déployé par le circuit électronique peut être mesuré par un appareil appelé multimètre. Lorsque le pore s’ouvre, le courant cesse immédiatement de couler, ce qui permet aux chercheurs d’évaluer, très précisément, quand un seul pore est ouvert ou fermé.

En observant cette activité d’ouverture et de fermeture, les chercheurs du MIT ont trouvé qu’ils avaient une information plus claire et pouvaient déchiffrer quand une plante connaissait une sécheresse en seulement deux jours. Ils ont découvert que les stomates s’ouvraient dans un délai d’environ sept minutes après l’exposition au soleil, et environ 53 minutes pour se fermer après l’exposition à l’obscurité.

Cependant, lorsque les plantes sont privées d’eau, il faut en moyenne 25 minutes pour que les stomates s’ouvrent, alors que le temps nécessaire à la fermeture des stomates est de 45 minutes. (Connexes: Les plantes poussent et se propagent comme des neurones dans le cerveau humain, les scientifiques choqués découvrent.)

« Ce travail est passionnant car il ouvre la possibilité d’imprimer directement sur l’électronique pour la surveillance à long terme des réponses physiologiques des plantes à des facteurs environnementaux, tels que la sécheresse », explique Michael McAlpine, professeur agrégé de génie mécanique à l’Université du Minnesota.

« Cela pourrait avoir de grandes implications pour l’agriculture, en particulier avec le changement climatique, où vous aurez des pénuries d’eau et des changements dans les températures environnementales », ajoute Koman.

L’étude, qui a été publiée mercredi 8 novembre dans la revue Lab on a Chip, a été financée par l’Agence pour la science, la recherche et la technologie de Singapour; le Fonds national suisse de la recherche scientifique; et le Département de l’énergie des États-Unis.

L’expérimentation réelle

Les chercheurs ont testé leur invention sur une plante appelée le lis de la paix, en grande partie parce qu’il a un gros stomates. Les chercheurs ont créé un moule d’impression avec un canal microfluidique pour appliquer de l’encre sur les feuilles. Lorsque le moule est placé sur une feuille, l’encre qui a coulé à travers le canal s’emmêle sur la surface de la feuille.

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