Quand il s'agit de la santé de la planète, l'agriculture et la production alimentaire jouent un rôle énorme. Selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture, environ 37 pour cent des terres dans le monde sont utilisées pour l'agriculture et la production alimentaire, et 11 pour cent de la surface terrestre de la Terre est utilisé spécifiquement pour la production agricole. Trouver des moyens de rendre l'agriculture plus durable et efficace est crucial non seulement pour l'environnement, mais aussi pour l'approvisionnement alimentaire mondial.

Julia Sokol a grandi loin de toute ferme. Né en Russie, Sokol et sa famille ont déménagé quand elle avait 10 ans à New York, où son père travaillait pour les Nations Unies. Ces jours, cependant, Sokol, un doctorat étudiant en génie mécanique, passe beaucoup de temps à penser à l'agriculture. Depuis deux ans, Sokol a travaillé sur un projet d'irrigation goutte à goutte au Global Engineering and Research (GEAR) Lab du MIT.

Après avoir obtenu son baccalauréat en génie mécanique à l'Université Harvard, Sokol a passé du temps dans l'industrie, d'abord comme assistant de recherche chez Schlumberger, puis travailler dans une petite société de conseil en développement durable. Voulant une base technique plus solide, elle a postulé au MIT pour ses études supérieures.

Au cours de son programme de maîtrise, Sokol a suivi le cours 2.76 (Global Engineering), qui a été enseigné par un professeur agrégé et chercheur principal du GEAR Lab, Amos Hiver. Ayant développé un intérêt pour les questions liées à l'eau, Sokol a sauté sur l'opportunité de travailler avec Winter sur le projet d'irrigation goutte à goutte écoénergétique du GEAR Lab.

"J'étais vraiment excité de rejoindre le projet, " dit Sokol. " Il combine parfaitement ma passion pour le développement durable avec mon intérêt pour la recherche fondamentale en mécanique des fluides et en conception de systèmes. "

Plutôt que l'irrigation par inondation - dans laquelle l'eau est pompée d'une source pour inonder un champ - l'irrigation goutte à goutte a une pompe centrale qui déplace l'eau à travers un réseau de tuyaux. Les émetteurs fixés aux tuyaux libèrent l'eau uniformément dans tout le champ, résultant en un rendement plus élevé des cultures et une consommation d'eau moindre par rapport à l'irrigation par inondation.

"L'objectif de l'irrigation goutte à goutte est de fournir de l'eau à un débit suffisamment faible pour que les racines commencent réellement à l'absorber immédiatement, au lieu de s'évaporer ou de redescendre dans un aquifère, " explique Sokol.

Les émetteurs utilisés dans l'irrigation goutte à goutte dispersent l'eau uniformément, contrairement à l'irrigation par inondation, ce qui provoque souvent l'engorgement des cultures. "Ces goutteurs doivent fournir un débit uniforme dans tout le champ afin que toutes les cultures reçoivent la même quantité d'eau, " ajoute Susan Amrose, chercheur au GEAR Lab.

L'équipe de recherche s'est d'abord intéressée aux caractéristiques géométriques de ces émetteurs. Ils ont développé un modèle mathématique décrivant comment les caractéristiques géométriques interagissent avec les membranes à l'intérieur. Sur la base de ce modèle, ils ont optimisé les émetteurs pour obtenir la pression la plus faible possible requise pour garantir que l'eau alimente les cultures au bon débit.

Les émetteurs commerciaux nécessitent une pression d'activation minimale de 1 bar pour fournir un débit constant pour les cultures. Grâce aux modifications apportées par l'équipe à l'intérieur de l'émetteur, ils ont abaissé la pression d'activation à seulement 0,15 bar. Cette réduction de la pression nécessaire pour activer les goutteurs a réduit de moitié la puissance nécessaire au fonctionnement de la pompe centrale.

"La réduction de la pression diminue le coût global du système, ce qui est bénéfique pour l'agriculteur, et bien sûr, cela contribue également à réduire les émissions de gaz à effet de serre, " dit Sokol.

Pour les systèmes d'irrigation goutte à goutte hors réseau fonctionnant à l'énergie solaire, l'utilisation des nouveaux émetteurs pourrait réduire les coûts pour l'agriculteur de 40 pour cent. "Pour les agriculteurs des pays en développement, cette économie de coûts réduit la barrière à une technologie de conservation de l'eau et d'augmentation du rendement, " ajoute Amrose.

L'équipe a mené un certain nombre d'essais sur le terrain au Maroc et en Jordanie, où ils travaillent avec des ONG partenaires et des agriculteurs privés pour tester les émetteurs nouvellement conçus et le système d'irrigation optimisé.

« Le plus grand point à retenir de ces essais sur le terrain a été de savoir à quel point notre système a réduit l'énergie et les coûts tout en offrant une grande uniformité de débit aux cultures, " explique Sokol.

Selon Amrose, Sokol a joué un rôle déterminant dans le développement et les tests de ces émetteurs. "Elle apporte tout, c'est une excellente designer, elle peut être sur le terrain pour réparer le matériel, et elle est aussi incroyablement bonne en théorie, travailler avec des modèles, " dit Amrose.

Sokol et l'équipe de GEAR Lab continueront d'apporter des améliorations à la conception des émetteurs qui à la fois réduisent les coûts, conserver les ressources, et améliorer le rendement des cultures.

"La population mondiale ne cesse de croître, nous avons donc besoin d'une plus grande productivité agricole, " ajoute Sokol. " C'est notre objectif - pour que cela se produise, surtout dans les régions en développement.

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.