L’auto-arrosage du sol pourrait transformer l’agriculture

Extraire l’eau de l’air et la redistribuer aux plantes

Un nouveau type de sol créé par les ingénieurs de l’université du Texas à Austin peut extraire l’eau de l’air et la distribuer aux plantes, ce qui pourrait étendre la carte des terres cultivables du globe à des endroits auparavant inhospitaliers et réduire l’utilisation de l’eau dans l’agriculture à une époque de sécheresse croissante.

Permettre une agriculture autonome

Comme publié dans les ACS Materials Letters, le système d’irrigation atmosphérique de l’équipe utilise des gels super-absorbants pour capter l’eau de l’air. Lorsque le sol est chauffé à une certaine température, les gels libèrent l’eau, la rendant ainsi disponible pour les plantes. Lorsque le sol distribue l’eau, une partie de celle-ci retourne dans l’air, ce qui augmente l’humidité et facilite la poursuite du cycle de récolte.

Permettre l’agriculture autonome dans les régions où il est difficile de mettre en place des systèmes d’irrigation et d’énergie est essentiel pour libérer les cultures de la chaîne complexe d’approvisionnement en eau, car les ressources se font de plus en plus rares, a déclaré Guihua Yu, professeur associé en science des matériaux au département de génie mécanique de Walker.

Chaque gramme de sol peut extraire environ 3 à 4 grammes d’eau. Selon les cultures, environ 0,1 à 1 kilogramme de sol peut fournir assez d’eau pour irriguer environ un mètre carré de terre agricole.

Les gels présents dans le sol extraient l’eau de l’air pendant les périodes plus fraîches et plus humides de la nuit. La chaleur solaire pendant la journée active les gels contenant de l’eau pour qu’ils libèrent leur contenu dans le sol.

Pourquoi un sol auto-arrosant ?

L’équipe a mené des expériences sur le toit du bâtiment du centre d’enseignement de l’ingénierie de l’école Cockrell à l’UT Austin pour tester le sol. Ils ont découvert que le sol de l’hydrogel était capable de mieux retenir l’eau que les sols sableux des zones sèches, et qu’il avait besoin de beaucoup moins d’eau pour faire pousser les plantes.

Au cours d’une expérience de quatre semaines, l’équipe a constaté que son sol retenait environ 40 % de la quantité d’eau avec laquelle il avait commencé. En revanche, le sol sableux n’avait plus que 20 % de son eau après une semaine seulement.

Dans une autre expérience, l’équipe a planté des radis dans les deux types de sol. Les radis dans le sol de l’hydrogel ont tous survécu une période de 14 jours sans aucune irrigation au-delà d’un premier tour pour s’assurer que les plantes s’y implantent. Les radis dans le sol sableux ont été irrigués plusieurs fois au cours des quatre premiers jours de l’expérience. Aucun des radis dans le sol sableux n’a survécu plus de deux jours après la période d’irrigation initiale.

“La plupart des sols sont assez bons pour soutenir la croissance des plantes”, a déclaré Fei Zhao, un chercheur postdoctoral du groupe de recherche de Yu qui a dirigé l’étude avec Xingyi Zhou et Panpan Zhang. “C’est l’eau qui est la principale limitation, c’est pourquoi nous avons voulu développer un sol qui puisse récolter l’eau de l’air ambiant”.

Un gel hydraulique capable de recueillir l’eau

Le sol qui recueille l’eau est la première grande application de la technologie sur laquelle le groupe de Yu travaille depuis plus de deux ans. L’année dernière, l’équipe a développé la capacité d’utiliser des matériaux hybrides gel-polymère qui fonctionnent comme des “super-éponges”, extrayant de grandes quantités d’eau de l’air ambiant, la nettoyant et la libérant rapidement grâce à l’énergie solaire.

L’équipe de recherche a combiné des hydrogels qui absorbent fortement l’eau et peuvent libérer de l’eau lors du chauffage. Cette combinaison unique a été prouvée avec succès pour fonctionner dans des conditions météorologiques humides et sèches et est essentielle pour permettre la production d’eau potable propre et sûre à partir de l’air.

Une récolteuse d’humidité alimentée par l’énergie solaire recueille et purifie l’eau de l’air

Cette percée pourrait être utilisée dans des situations de catastrophe , pour endiguer les crises de l’eau ou dans les régions frappées par la pauvreté et dans les pays en voix de développement . L’accès à l’eau potable reste l’un des grands défis auxquels l’humanité est confrontée. Cette percée , faite par les ingénieurs de l’Université d’Austin au Texas ,pourrait offrir une nouvelle solution grâce à cette technologie solaire qui absorbe l’humidité de l’air et la restitue sous forme d’eau propre et utilisable.

Avec environ 50000 kilomètres cubes d’eau contenus dans l’atmosphère, ce nouveau système pourrait puiser dans ces réserves et potentiellement conduire à de petits systèmes de filtration portables et peu coûteux.

Cependant, la nouvelle innovation de l’équipe va encore plus loin dans ce travail en utilisant l’eau qui existe déjà dans l’atmosphère. Pour les deux technologies à base d’hydrogel, Yu et son équipe de recherche ont développé un moyen de combiner des matériaux qui possèdent à la fois des qualités hygroscopiques (absorbant l’eau) et une hydrophilicité thermo-sensible (la capacité de libérer de l’eau par simple chauffage).

La technologie pourrait remplacer les composants de base des systèmes de purification d’eau à énergie solaire existants ou d’autres technologies absorbant l’humidité.

Les chercheurs envisagent plusieurs autres applications de cette technologie. Elle pourrait potentiellement refroidir les panneaux solaires et les centres de données. De ce fait, elle pourrait élargir l’accès à l’eau potable, soit par des systèmes individuels pour les ménages, soit par des systèmes plus importants pour de grands groupes tels que les travailleurs ou les soldats.