Un capteur intelligent pique les feuilles des plantes pour informer les agriculteurs s'ils sont stressés

Plus tôt un agriculteur sait que ses cultures sont en difficulté, plus vite il peut agir pour éviter une perte de récolte majeure. Un nouveau capteur de détection des feuilles pourrait bientôt l'aider en envoyant une alerte dès que la plante est stressée.

Les plantes de tous types produisent en continu du peroxyde d’hydrogène (H2O2) dans le cadre de processus naturels tels que la photosynthèse et la respiration.

Cependant, lorsqu'elles sont stressées, elles produisent davantage de cette substance chimique, ce qui permet d'envoyer des signaux entre les cellules afin d'activer leurs mécanismes de défense. Les facteurs de stress à l'origine de cette réaction peuvent inclure la sécheresse, les dégâts causés par les parasites et les infections.

Bien qu'il existe des méthodes pour détecter des niveaux élevés de H₂O₂ dans les plantes, la plupart consistent à prélever une feuille, à la rapporter en laboratoire et à la soumettre à une analyse en plusieurs étapes. Il existe également des appareils optiques qui mesurent les concentrations de H₂O₂ en fonction de la fluorescence de la plante , mais ces mesures peuvent être faussées par la teneur en chlorophylle de la plante.

C'est là qu'intervient le nouveau capteur.

Développé par le professeur Liang Dong et ses collègues de l'Université d'État de l'Iowa, il se présente sous la forme d'un patch polymère plat et flexible doté d'un ensemble de minuscules « micro-aiguilles » recouvertes d'or le long de sa face inférieure.

Cette face est également recouverte d'un hydrogel composé principalement d'un matériau biosourcé appelé chitosane . Ce gel contient également une enzyme qui réagit avec le peroxyde d'hydrogène pour produire des électrons. Un troisième ingrédient du gel, l'oxyde de graphène, provoque la circulation des électrons entre les électrodes du capteur, produisant ainsi un courant électrique.

Le capteur a déjà été testé sur des plants de soja et de tabac

Lorsque le dispositif est appliqué sur la feuille d'une plante, les micro-aiguilles percent sans danger la couche superficielle du tissu et entrent en contact avec la sève qu'elle contient. Plus la quantité de peroxyde d'hydrogène présente dans ce liquide est importante, plus le nombre d'électrons produits est élevé et, par conséquent, plus le signal électrique mesuré est puissant.

Si ce signal est suffisamment fort pour indiquer qu'un problème se prépare, un module de batterie/électronique câblé enverra une alerte à l'appareil mobile de l'agriculteur via Bluetooth, ou à son ordinateur personnel via Wi-Fi ou les réseaux sans fil existants.

Lors de tests effectués sur des plants de soja et de tabac, le capteur a pu distinguer les plants sains de ceux récemment infectés par la bactérie pathogène Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 . De plus, les niveaux de H₂O₂ indiqués par l'appareil correspondaient à ceux mesurés par analyse chimique traditionnelle.

« Le capteur peut être utilisé de différentes manières », explique Liang Dong. « L'agriculteur peut l'appliquer sur une feuille pour une mesure ponctuelle et ponctuelle sur plusieurs plants. Une autre approche consiste à fixer le capteur sur plusieurs plants sentinelles pour une surveillance continue pendant plusieurs jours ou semaines. La version actuelle du capteur permet plusieurs insertions dans les feuilles, et d'autres améliorations seront apportées pour accroître sa réutilisation. »

Un article sur l’étude a été récemment publié dans la revue ACS Sensors .

Source : American Chemical Society