Dans la recherche qui pourrait éventuellement aider les cultures à survivre à la sécheresse, Des scientifiques de l'Université de Princeton ont découvert une raison principale pour laquelle le mélange de matériaux appelés hydrogels avec de la terre s'est parfois avéré décevant pour les agriculteurs.

Billes d'hydrogel, de minuscules gouttes de plastique qui peuvent absorber mille fois leur poids en eau, semblent parfaitement adaptés pour servir de minuscules réservoirs d'eau souterrains. En théorie, à mesure que le sol sèche, les hydrogels libèrent de l'eau pour hydrater les racines des plantes, atténuant ainsi les sécheresses, conservation de l'eau, et augmenter les rendements des cultures.

Pourtant, le mélange d'hydrogels dans les champs des agriculteurs a eu des résultats inégaux. Les scientifiques ont eu du mal à expliquer ces performances inégales en grande partie parce que le sol - étant opaque - a contrecarré les tentatives d'observation, en cours d'analyse, et finalement l'amélioration des comportements d'hydrogel.

Dans une nouvelle étude, les chercheurs de Princeton ont démontré une plate-forme expérimentale qui permet aux scientifiques d'étudier le fonctionnement caché des hydrogels dans les sols, avec d'autres comprimés, environnements confinés. La plateforme repose sur deux ingrédients :un milieu granulaire transparent - à savoir un emballage de billes de verre - en tant que sol de remplacement, et de l'eau dopée avec un produit chimique appelé thiocyanate d'ammonium. Le produit chimique change intelligemment la façon dont l'eau courbe la lumière, compenser les effets de distorsion que les perles de verre rondes auraient normalement. Le résultat est que les chercheurs peuvent voir directement à travers un globe d'hydrogel coloré au milieu du faux sol.

"Une spécialité de mon laboratoire est de trouver le bon produit chimique dans les bonnes concentrations pour modifier les propriétés optiques des fluides, " a déclaré Sujit Datta, professeur adjoint de génie chimique et biologique à Princeton et auteur principal de l'étude publiée dans la revue Avancées scientifiques le 12 février. "Cette capacité permet la visualisation en 3D des flux de fluides et d'autres processus qui se produisent dans des zones normalement inaccessibles, supports opaques, comme le sol et les roches.

Les scientifiques ont utilisé la configuration pour démontrer que la quantité d'eau stockée par les hydrogels est contrôlée par un équilibre entre la force appliquée lorsque l'hydrogel gonfle avec l'eau et la force de confinement du sol environnant. Par conséquent, les hydrogels plus mous absorbent de grandes quantités d'eau lorsqu'ils sont mélangés aux couches superficielles du sol, mais ne fonctionne pas aussi bien dans les couches plus profondes du sol, où ils subissent une pression plus importante. Au lieu, des hydrogels qui ont été synthétisés pour avoir plus de réticulations internes, et par conséquent sont plus rigides et peuvent exercer une force plus importante sur le sol car ils absorbent l'eau, serait plus efficace dans les couches plus profondes. Datta a dit que, guidé par ces résultats, les ingénieurs seront désormais en mesure de mener d'autres expériences pour adapter la chimie des hydrogels à des cultures et à des conditions de sol spécifiques.

"Nos résultats fournissent des lignes directrices pour la conception d'hydrogels capables d'absorber l'eau de manière optimale en fonction du sol dans lequel ils sont destinés à être utilisés, potentiellement aider à répondre à la demande croissante de nourriture et d'eau, " dit Datta.

L'inspiration pour l'étude est venue de Datta qui a appris l'immense promesse des hydrogels dans l'agriculture, mais aussi leur incapacité à y répondre dans certains cas. Cherchant à développer une plateforme pour étudier le comportement des hydrogels dans les sols, Datta et ses collègues ont commencé avec un faux sol de billes de verre borosilicaté, couramment utilisé pour diverses enquêtes bioscientifiques et, dans la vie de tous les jours, bijoux de fantaisie. Les tailles de billes variaient de un à trois millimètres de diamètre, compatible avec les tailles de grain de vrac, sol non compacté.