Des capteurs multifonctions pour optimiser la fertilisation des cultures

Le nitrate est un nutriment essentiel pour maintenir la productivité des cultures. Mais son excès provenant de la fertilisation peut être nocif pour l’environnement et contaminer l’eau potable et les systèmes aquatiques. Pour connaître au mieux les besoins en nitrate des cultures, des ingénieurs de l’université du Wisconsin–Madison (UWM) ont mis au point des capteurs capables d’en mesurer la teneur en temps réel dans le sol. Leurs résultats ont été publiés le 26 mars 2024 dans la revue Advanced Materials Technology.

Pour ce projet, les chercheurs ont utilisé un procédé d'impression à jet d'encre pour fabriquer des capteurs potentiométriques, « un type de capteur électrochimique à couche mince », expliquent-ils dans leur communiqué du 27 juin 2024. 

Les capteurs de nitrate ont ensuite été intégrés dans un système de détection multifonctionnel que les chercheurs appellent « autocollant de détection », dans lequel trois types différents de capteurs sont montés sur une surface en plastique flexible avec un adhésif au dos. Ces autocollants contiennent également des capteurs d'humidité et de température. Fixés à différentes hauteurs sur un tube enterré dans le sol, les capteurs peuvent prendre des mesures à plusieurs profondeurs du sol. « En mesurant le nitrate, l'humidité et la température à différentes profondeurs, nous pouvons désormais quantifier le processus de lessivage du nitrate et comprendre comment le nitrate se déplace dans le sol, ce qui n'était pas possible auparavant », explique Joseph Andrews, professeur adjoint de génie mécanique à l'UWM en charge du projet. 

Tests dans des sols sableux et limoneux

Pour évaluer leur efficacité sur différents types de sols, l’équipe du projet les a testés sur des sols sableux et des sols limoneux, représentatifs des sols de leur région. « Nos capteurs pourraient permettre aux agriculteurs de mieux comprendre le profil nutritif de leur sol et la quantité de nitrate disponible pour les plantes, les aidant ainsi à prendre des décisions plus précises sur la quantité d'engrais dont ils ont réellement besoin », souligne Joseph Andrews. « Les économies pourraient être très importantes dans les exploitations agricoles de grande superficie. » 

Ces capteurs imprimés permettent une détection fiable et en temps réel des nitrates dans le sol. Ils présentent aussi l’avantage d’être moins coûteux que les méthodes actuelles de surveillance des nitrates dans le sol, qui de plus ne fournissent pas de données en temps réel. 

Les chercheurs notent cependant que « bien que prometteurs, les travaux n'incluent pas de données concernant la réutilisabilité et la longévité des capteurs lors d'expériences de surveillance continue des sols, ni sur la manière dont le fonctionnement peut changer dans divers environnements de sol ». À l’été 2024, l’équipe va effectuer des tests supplémentaires avec leurs capteurs en déployant 30 tiges de détection dans le sol à la station de recherche agricole Hancock de l’UWM et à la station de recherche agricole d’Arlington.