Les touffes de cheveux jetés sur le sol du salon pourraient un jour aider à faire pousser votre salade du midi, grâce aux scientifiques de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour), qui ont créé le milieu de croissance utilisé dans l'agriculture urbaine - connu sous le nom de substrats hydroponiques - en utilisant kératine extraite de cheveux humains.

En culture hydroponique, les cultures sont cultivées sans sol, en utilisant un substrat qui agit à la fois comme structure de support et comme réservoir d'eau et de nutriments. Les substrats à base de kératine développés par l'équipe de recherche NTU ont été testés avec des cultures telles que les micro-verts et les légumes à feuilles, y compris le bok choy de chou chinois et les feuilles de roquette, également appelées roquette.

Dans leur étude, les chercheurs du NTU ont d'abord extrait la kératine des cheveux humains recueillis dans les salons de coiffure. La solution de kératine est mélangée avec des fibres de cellulose pour la renforcer, qui est ensuite séchée en un substrat spongieux.

Le substrat est durable, biodégradable et respectueux de l'environnement car il est fabriqué à partir de déchets et devient une source de nutriments pour les plantes à mesure qu'il se dégrade. Le rendement de ce substrat à base de kératine est comparable aux matériaux actuellement disponibles sur le marché, selon des tests en laboratoire.

Le professeur Ng Kee Woei, président associé à l'École de science et d'ingénierie des matériaux (MSE) de NTU, qui a dirigé la recherche, a déclaré:"Outre les cheveux, l'élevage produit de grandes quantités de kératine sous forme de biodéchets, car on la trouve en abondance dans la laine, les cornes, sabots et plumes. Étant donné que la kératine peut être extraite de nombreux types de déchets agricoles, le développement de substrats hydroponiques à base de kératine pourrait être une stratégie importante pour recycler les déchets agricoles dans le cadre d'une agriculture durable."

Les chercheurs espèrent que leur substrat offrira une alternative renouvelable aux offres commerciales actuelles, telles que celles à base de laine de roche, de polyuréthane et de mousses phénoliques qui ne sont pas durables et ne nourrissent pas les plantes.

Les résultats de cette étude de preuve de concept ont été publiés dans la revue scientifique à comité de lecture ACS Sustainable Chemistry &Engineering . L'étude trouve son origine dans la NTU-Harvard Initiative for Sustainable Nanotechnology, une collaboration avec T.H. Chan School of Public Health aux États-Unis.

Cheveux aujourd'hui, recadrage demain

La kératine est composée d'acides aminés qui sont une source de nutriments pour la croissance des plantes. Ces acides aminés peuvent également lier d'autres types de nutriments et les libérer dans des conditions contrôlées. La kératine a donc un grand potentiel en tant que milieu de croissance utilisé dans la culture hydroponique et l'agriculture urbaine, où la libération rapide des nutriments et de l'eau est essentielle.

Cependant, la kératine n'est pas assez solide à elle seule pour former un substrat. Les chercheurs l'ont mélangé à des fibres de cellulose pour renforcer sa structure et améliorer ses capacités de gonflement à l'eau. La cellulose a été extraite de pâte de résineux, ce qui signifie que le produit final est durable.

Le substrat de kératine-cellulose résultant contient une structure de pores hautement interconnectés, ce qui permet une action capillaire améliorée. Cela permet au substrat d'aspirer la solution nutritive à base d'eau pour fournir en continu de l'eau et des nutriments aux racines des plantes.

"Les substrats hydroponiques résultants ont une porosité élevée et une bonne résilience mécanique dans des conditions aqueuses", a déclaré le premier auteur de l'article, le Dr Zhao Zhitong, chercheur au MSE de NTU. "De plus, ce substrat à base de kératine peut absorber et retenir de grandes quantités d'eau, ce qui en fait un milieu de croissance prometteur pour favoriser la germination des graines et la croissance des cultures en culture hydroponique."

Une propriété importante des substrats hydroponiques est leur capacité à retenir suffisamment d'eau pour soutenir la croissance des cultures, qui peut être évaluée par la capacité d'absorption d'eau. Le professeur Ng a déclaré :"Notre substrat à base de kératine peut retenir l'eau jusqu'à 40 fois son poids d'origine, ce qui est comparable aux substrats commerciaux actuellement disponibles."

Dans leurs expériences, les chercheurs ont cultivé la plante modèle Arabidopsis et des légumes comme la roquette et le bok choy. Un gramme de cheveux humains peut produire environ trois blocs de substrats d'environ 1,5 cm sur 1,5 cm sur 3 cm, soit la taille d'un petit glaçon.

Les semis de roquette et de bok choy se sont bien développés dans des substrats à base de kératine, avec des systèmes de racines et de pousses robustes.

"Les plantes ont en fait développé des systèmes racinaires beaucoup plus longs dans les substrats à base de kératine que dans les mousses phénoliques disponibles dans le commerce, ce qui est un signe prometteur que les racines végétales peuvent mieux pénétrer les substrats à base de kératine et absorber plus efficacement les nutriments libérés par les substrats", a déclaré le professeur Ng.

Personnalisation des substrats pour une efficacité maximale des nutriments

Pour augmenter encore la teneur en nutriments des substrats, le co-auteur, le professeur Hu Xiao du MSE de NTU, a incorporé des nano-nutriments tels que le cuivre dans les substrats.

Ces nutriments aident à améliorer la germination des graines, le rendement des cultures et la santé générale des plantes en supprimant divers types de maladies des plantes.

"Le substrat à base de kératine offre non seulement une plate-forme durable pour l'incorporation de différents types et formes de nutriments végétaux, mais présente également plusieurs autres avantages par rapport aux produits existants. L'un des avantages est de permettre une meilleure flexibilité pour adapter le profil de libération des nutriments à la croissance de Cette technologie a un grand potentiel pour améliorer considérablement la productivité de l'agriculture urbaine afin de répondre aux besoins de la société, en particulier à Singapour où les terres sont rares », a déclaré le professeur Hu, qui dirige également l'effort de chimie et de matériaux environnementaux à l'Institut de recherche sur l'environnement et l'eau de Nanyang de NTU. .

Dans sa forme actuelle, le substrat de kératine développé par l'équipe de recherche peut durer entre quatre et huit semaines, selon les conditions. Il ne laisse également aucun déchet, contrairement aux substrats commerciaux actuellement disponibles sur le marché qui ne se dégradent pas et deviennent des déchets solides après la récolte.

La kératine peut également être extraite des plumes de volaille, qui contiennent des protéines qui se comportent de la même manière que les protéines des cheveux humains.

L'équipe de recherche est en pourparlers avec des partenaires de l'industrie, y compris des fermes urbaines locales, pour effectuer des essais sur le terrain à grande échelle. L'un de ces tests vise à ajuster la composition du substrat pour s'adapter à différents types de cultures maraîchères, y compris celles aux racines plus épaisses.

"Sustainable Nutrient Substrates for Enhanced Seedling Development in Hydroponics" a été publié dans ACS Sustainable Chemistry &Engineering le 23 juin 2022. + Explorer plus loin

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