Publié le 27/11/2019  Dans : Alimentaire  0 Commentaire   Vu 100 fois

Un biocapteur portable qui mesure en temps réel le taux d’azote dans les cultures

Un biocapteur portable qui mesure en temps réel le taux d’azote dans les cultures

Afin d’augmenter la fertilité du sol, les agriculteurs utilisent souvent plus d’engrais qu’il n’est réellement nécessaire pour les cultures. Même si cette approche permet de garantir un bon rendement, elle comporte des conséquences environnementales et économiques négatives.

L’une des solutions pourrait consister à permettre aux agriculteurs d’accéder à des informations exactes et précises sur la quantité d’azote disponible dans le sol, afin d’ajuster leurs intrants en conséquence. L’adoption des outils d’analyse existants reste toutefois limitée en raison des coûts et du flux de travail laborieux dépendant d’analyses de laboratoire.

L’approche du projet LiveSEN (In-Field Live Sensing of Nitrate in Crops for Real-Time Fertilization Adjustment), soutenu par une subvention de preuve de concept du CER, consistait à mesurer les taux de nitrate directement à partir du jus des plantes. Non seulement cet échantillon liquide a simplifié la préparation de l’échantillon, mais il a également rendu possible l’analyse sur site à l’aide de biocapteurs électrochimiques à usage unique.

Les expériences de validation ont été menées en laboratoire, l’équipe augmentant désormais la production de ces capteurs. Les membres de l’équipe sont en train de peaufiner le processus d’impression à jet d’encre pour le dépôt d’enzymes, tout en cherchant un fabricant d’électrodes sérigraphiées (SPE) pour établir des plans de production en masse automatisée.

En plus d’être coûteux, les outils d’analyse actuels (comme les électrodes ioniques spécifiques au nitrate) ne sont pas à usage unique et doivent donc être nettoyés à chaque mesure et fréquemment calibrés. Étant donné que ces outils sont également sensibles à différents ions, leurs lectures sur des échantillons complexes (comme le jus des plantes) peuvent s’avérer peu précises.

«Nous voulions développer un biocapteur sur site pour obtenir des informations immédiates sur la quantité d’engrais dont a besoin une plante, un capteur utilisable sans formation afin d’éviter le besoin de techniciens ou d’experts-conseil pour prélever les échantillons, effectuer les mesures, interpréter les données et prendre les décisions», explique Nicolas Plumeré, professeur à l’Université de la Ruhr à Bochum, qui a dirigé le projet LiveSEN.

Dans le cadre de ce projet, le biocapteur utilise des enzymes pour détecter les nitrates réagissant aux électrons des électrodes. Le nombre de ces électrons est mesuré pour quantifier le nombre de molécules de nitrate présentes dans le jus des plantes. Ce biocapteur incorpore également des systèmes pour éviter les interférences (dont le brevet est déposé), y compris des enzymes (oxydases) pour éliminer l’oxygène dissous qui, autrement, accepterait également les électrons, ce qui se traduirait par une lecture erronée.

L’apport recommandé en azote est ensuite communiqué immédiatement aux agriculteurs via une application mobile connectée à un système hébergé sur le cloud.

«Les agriculteurs nous ont fait part de leurs commentaires sur les aspects pratiques liés à l’utilisation d’un dispositif de haute technologie, quelles que soient les conditions météorologiques, parfois tout en manipulant l’équipement agricole. Ces retours nous ont permis de mieux adapter la conception à leurs besoins. Ils ont également signalé d’autres priorités, telles que la teneur en sulfates et en phosphates, pour lesquels nous développons un capteur similaire», explique le professeur Plumeré.

Le projet LiveSEN utilisera les mégadonnées pour générer des cartes de recommandations relatives à la fertilisation issues d’une combinaison des données du biocapteur, des informations météorologiques et topographiques et des images satellitaires multispectrales (des cartes montrant la concentration en chlorophylle ou «verdeur» des champs) provenant du projet Copernicus de l’UE. Il est donc possible d’ajuster la fertilisation au sein d’un champ, satisfaisant ainsi les besoins nutritionnels d’une culture.

Améliorer la gestion environnementale

Les travaux de LiveSEN s’alignent sur la déclaration de coopération de l’UE pour «un avenir numérique intelligent et durable dans l’agriculture et les zones rurales européennes». En outre, cela permettra à chaque agriculteur, ainsi qu’aux organes nationaux, de respecter les critères établis par la directive sur les nitrates de l’UE (91/676/EEC).

Les agriculteurs recevront des capteurs au coût de production, renforçant la précision des modèles de prédiction basés sur les mégadonnées. Le package LiveSEN offrira ensuite un service payant de recommandations relatives à la fertilisation à travers une application pour smartphone ou pour ordinateur.

Notre idée pourrait augmenter les rendements agricoles de 5 à 10 %, réduisant ainsi les coûts et la pollution, notamment les émissions de CO2; la production d’engrais azoté représentant plus de 1 %», explique le professeur Plumeré.

>> Source : H2020-EU.1.1. - EXCELLENCE SCIENTIFIQUE - Conseil européen de la recherche

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