La science concerne les grandes idées qui changent le monde. Mais parfois, les grands impacts proviennent du plus petit des objets.

La nanotechnologie peut ressembler à de la science-fiction, mais il représente des technologies qui ont été développées pendant des décennies. Les approches nanotechnologiques ont trouvé des applications concrètes dans un large éventail de domaines, des matériaux composites dans le textile à l'agriculture.

L'agriculture est l'une des plus anciennes inventions humaines, mais la nanotechnologie fournit des innovations modernes qui pourraient considérablement améliorer l'efficacité de notre approvisionnement alimentaire et réduire l'impact environnemental de sa production.

L'agriculture a des coûts que les agriculteurs ne connaissent que trop bien :les cultures nécessitent des quantités substantielles d'eau, la terre et le carburant à produire. Des engrais et des pesticides sont nécessaires pour obtenir les rendements élevés nécessaires des cultures, mais leur utilisation a des effets secondaires sur l'environnement, alors même que de nombreux agriculteurs explorent comment les nouvelles technologies peuvent réduire leur impact.

Le plus petit des objets

La nanotechnologie est la science des objets qui mesurent quelques nanomètres (des milliardièmes de mètre) de diamètre. A cette taille, les objets acquièrent des propriétés uniques. Par exemple, la surface d'un essaim de particules nanométriques est énorme par rapport à la même masse collectée en un seul bloc à grande échelle.

La variation de la taille et d'autres propriétés des objets à l'échelle nanométrique nous donne une capacité sans précédent à créer des surfaces de précision avec des propriétés hautement personnalisées.

Utiliser des particules

Traditionnellement, l'application de produits chimiques consiste d'abord à mélanger les ingrédients actifs dans de l'eau, puis à pulvériser le mélange sur les cultures. Mais les ingrédients ne se mélangent pas facilement, ce qui en fait un processus inefficace qui nécessite de grandes quantités d'eau.

Pour améliorer l'efficacité et réduire l'impact environnemental, les agriculteurs ont besoin de leurs engrais et pesticides pour atteindre leurs cultures et être absorbés dans la plante exactement là où ils sont nécessaires - dans les racines ou les feuilles, par exemple. Idéalement, ils pourraient utiliser juste assez de produit chimique pour améliorer le rendement de la culture ou la protéger des attaques ou des infections, ce qui éviterait de gaspiller les excès.

Les systèmes nanométriques sur mesure peuvent utiliser la chimie de précision pour obtenir une distribution à haute efficacité d'engrais ou de pesticides. Ces ingrédients actifs peuvent être encapsulés d'une manière similaire à ce qui se passe dans l'administration ciblée de médicaments. La technique d'encapsulation peut également être utilisée pour augmenter la quantité dissoute dans l'eau, réduisant le besoin de grandes quantités.

Candidatures en cours

Starpharma, une entreprise pharmaceutique, s'est lancé dans ce jeu il y a quelques années, lorsqu'elle a créé une division pour appliquer ses innovations nanotechnologiques au secteur agricole. L'entreprise a depuis vendu son activité agrochimique.

Psigryph est une autre entreprise nanotechnologique innovante dans le domaine de l'agriculture. Sa technologie utilise des nanostructures biodégradables dérivées de l'extrait de griotte de Montmonercy pour délivrer des molécules bioactives à travers les membranes cellulaires des plantes, les animaux et les humains.

Mon laboratoire a passé des années à travailler dans les nanosciences, et je suis fier de voir que notre compréhension fondamentale de la manipulation de l'encapsulation des polymères à l'échelle nanométrique se dirige vers des applications en agriculture. Un ancien élève, Darren Anderson, est le PDG de Vive Crop Protection, nommé l'une des entreprises les plus en croissance au Canada :ils prennent des pesticides chimiques et biologiques et les suspendent dans des « nanopaquets » – qui agissent comme des navettes polymères incroyablement petites – pour les faire atteindre facilement leur cible. Les ingrédients peuvent être contrôlés et dirigés avec précision lorsqu'ils sont appliqués sur les cultures.

Infrastructure existante

L'un des avantages de ces développements nanotechnologiques est qu'ils ne nécessitent en fait aucun nouvel équipement, ce qui est un énorme avantage dans l'industrie agricole financièrement difficile. Les agriculteurs mélangent simplement ces produits en utilisant moins d'eau et de carburant pour réaliser des gains d'efficacité.

Les autres utilisations agricoles des nanotechnologies comprennent les produits de santé animale, matériaux d'emballage alimentaire et nanobiocapteurs pour la détection d'agents pathogènes, toxines et métaux lourds dans le sol. Il ne serait pas surprenant de voir l'utilisation généralisée de ces nouvelles applications dans un avenir proche.

Alors que les nanotechnologies prennent leur envol, ce genre de gain de productivité sera essentiel pour les agriculteurs et très important pour le reste d'entre nous, à mesure que la population de la Terre continue de croître et que les effets du changement climatique deviennent de plus en plus évidents. Les agriculteurs devront faire plus avec moins.

Heureusement, quelques milliardièmes de mètre est la définition même de moins. Avec l'aide de minuscules nanotechnologies, l'agriculture mondiale est sur le point de réaliser de très grandes choses.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.