Vous avez encore oublié d'arroser cette plante sur votre bureau ? Il sera peut-être bientôt en mesure d'envoyer un SOS.

Les ingénieurs du MIT ont créé des capteurs qui peuvent être imprimés sur les feuilles des plantes et révéler quand les plantes connaissent une pénurie d'eau. Ce type de technologie pourrait non seulement sauver les plantes d'intérieur négligées mais, plus important, avertir rapidement les agriculteurs lorsque leurs cultures sont en danger, dit Michael Strano, le professeur Carbon P. Dubbs de génie chimique au MIT et l'auteur principal de la nouvelle étude.

« Cela semble être le premier indicateur de sécheresse dont nous disposons pour les applications agricoles, " dit Strano. " Il est difficile d'obtenir cette information d'une autre manière. Vous pouvez mettre des capteurs dans le sol, ou vous pouvez faire de l'imagerie et de la cartographie par satellite, mais on ne sait jamais vraiment ce qu'une plante particulière détecte comme potentiel hydrique."

Strano a déjà commencé à travailler avec un grand producteur agricole pour développer ces capteurs pour une utilisation sur les cultures, et il pense que la technologie pourrait également être utile aux jardiniers et aux agriculteurs urbains. Cela peut également aider les chercheurs à développer de nouvelles façons de concevoir des plantes résistantes à la sécheresse, il dit.

Volodymyr Koman, un post-doctorant MIT, est l'auteur principal de l'article, qui paraît dans l'édition en ligne du 8 novembre de la revue Laboratoire sur puce .

Capteurs imprimables

Lorsque le sol s'assèche, les plantes ralentissent leur croissance, réduire l'activité photosynthétique, et subissent des dommages à leurs tissus. Certaines plantes commencent à se faner, mais d'autres ne montrent aucun signe visible de problème jusqu'à ce qu'ils aient déjà subi des dommages importants.

Le nouveau capteur MIT tire parti des stomates des plantes, de petits pores à la surface d'une feuille qui permettent à l'eau de s'évaporer. Comme l'eau s'évapore de la feuille, la pression de l'eau dans la plante chute, lui permettant de puiser l'eau du sol par un processus appelé transpiration.

Les phytobiologistes savent que les stomates s'ouvrent lorsqu'ils sont exposés à la lumière et se ferment dans l'obscurité, mais la dynamique de cette ouverture et de cette fermeture a été peu étudiée car il n'y avait pas de bon moyen de les mesurer directement en temps réel.

"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 pu le surveiller en continu, ", dit Koman. "Les méthodes précédentes étaient incapables de produire ce genre d'informations."

Pour créer leur capteur, les chercheurs du MIT ont utilisé une encre faite de nanotubes de carbone - de minuscules tubes creux de carbone qui conduisent l'électricité - dissous dans un composé organique appelé dodécyl sulfate de sodium, qui n'endommage pas les stomates. Cette encre peut être imprimée à travers un pore pour créer un circuit électronique. Lorsque le pore est fermé, le circuit est intact et le courant peut être mesuré en connectant le circuit à un appareil appelé multimètre. Lorsque le pore s'ouvre, le circuit est coupé et le courant ne circule plus, permettant aux chercheurs de mesurer, très précisément, lorsqu'un seul pore est ouvert ou fermé.

En mesurant cette ouverture et cette fermeture sur quelques jours, dans des conditions normales et sèches, les chercheurs ont découvert qu'ils peuvent détecter, dans deux jours, lorsqu'une plante subit un stress hydrique. Ils ont constaté qu'il faut environ sept minutes aux stomates pour s'ouvrir après une exposition à la lumière et 53 minutes pour se fermer lorsque l'obscurité tombe, mais ces réponses changent pendant des conditions sèches. Lorsque les plantes sont privées d'eau, les chercheurs ont découvert que les stomates mettent en moyenne 25 minutes à s'ouvrir, tandis que le temps de fermeture des stomates tombe à 45 minutes.

Alerte sécheresse

Pour cette étude, les chercheurs ont testé les capteurs sur une plante appelée le lis de la paix, qu'ils ont choisi en partie parce qu'il a de gros stomates. Pour appliquer l'encre sur les feuilles, les chercheurs ont créé un moule d'impression avec un canal microfluidique. Lorsque le moule est posé sur une feuille, l'encre s'écoulant à travers le canal est déposée sur la surface de la feuille.

L'équipe du MIT travaille actuellement sur une nouvelle façon d'appliquer les circuits électroniques en plaçant simplement un autocollant sur la surface de la feuille. Outre les grands producteurs agricoles, les jardiniers et les agriculteurs urbains peuvent être intéressés par un tel dispositif, proposent les chercheurs.

"Cela pourrait avoir de grandes implications pour l'agriculture, surtout avec le changement climatique, où vous aurez des pénuries d'eau et des changements de températures environnementales, " dit Koman.

Dans les travaux connexes, Le laboratoire de Strano explore la possibilité de créer des réseaux de ces capteurs qui pourraient être utilisés pour détecter la lumière et capturer des images, un peu comme un appareil photo.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.