Des molécules de couverture thermique protègent les plantes contre les coups de froid
Certaines plantes souffrent considérablement des vagues de froid. L’amélioration de la résistance au froid est susceptible de stimuler la productivité, d’allonger la période de végétation et de permettre aux cultures de pousser dans des zones où elles risquaient auparavant d’être endommagées par le gel. À plus grande échelle, elle pourrait contribuer à la sécurité alimentaire. Le projet BoostCrop, financé par l’UE, a identifié des molécules naturelles produisant de la chaleur qui peuvent être appliquées aux cultures dans les champs. «Nous les appelons chauffages moléculaires; elles sont comme des couvertures thermiques qui protègent les cultures des vagues de froid soudaines», explique le coordinateur du projet, Vasilios Stavros, professeur de chimie physique à l’université de Birmingham, au Royaume-Uni. «Nous avons identifié une molécule spécifique dans les plantes qui absorbe la lumière dans certaines régions du spectre et qui n’interfère pas avec la photosynthèse. La plante convertit cette énergie lumineuse en chaleur qui est ensuite distribuée sur la feuille.» «C’était notre molécule de départ. Nous savions qu’elle n’était pas toxique et nous avons tenté de concevoir des dérivés de cette molécule naturelle susceptibles d’être inclus dans un spray foliaire.»
Des molécules de chaleur bioinspirées pour favoriser la croissance des plantes
Chimistes, physiciens, biologistes se sont regroupés au sein d’une PME agrotechnologique. Avec l’aide d’un chimiste qui s’est concentré sur la création de molécules inspirées de la nature, l’équipe a examiné quelles nouvelles molécules pourraient être conçues pour mieux convertir la lumière en chaleur sur les feuilles. En combinant la chimie synthétique verte, la spectroscopie et la modélisation théorique, l’équipe a mis au point plusieurs nouvelles molécules et les a testées dans des conditions simulées dans une chambre de croissance.
Réduire le nombre de molécules candidates
«Nous avons réussi à démontrer en laboratoire qu’une augmentation thermique significative de la plante et de la feuille se produisait après l’application de la molécule et sous rayonnement UV-A/B», note Vasilios Stavros. «Nous avons découvert que la conversion rapide de l’énergie des molécules en chaleur est cruciale pour une technologie de chauffage moléculaire efficace.» Un projet antérieur, financé par l’UE, NatuCrop, s’est penché sur la protection naturelle des cultures contre la chaleur et d’autres stress afin d’améliorer les rendements. Vasilios Stavros explique que certains réchauffeurs moléculaires potentiels étaient pratiquement impossibles à synthétiser en laboratoire. D’autres se sont révélés toxiques et ont dû être éliminés, laissant trois nouvelles molécules candidates qui ont passé avec succès tous les tests de sécurité initiaux. Les molécules candidates devaient être formulées en un produit pouvant être pulvérisé sur les plantes et réparti uniformément le long de la feuille sans former de bulles. Il importait également que la formulation soit stable pendant environ deux ans dans un conteneur. Or, certaines molécules candidates se désagrégeaient ou se dégradaient après 2 à 3 heures d’irradiation, ce qui les rendait inutilisables sur le terrain.
Essais en plein champ sur les cultures
Après avoir été étudiées en laboratoire, les molécules candidates ont été testées en plein champ sur des tomates, des concombres et des laitues en Espagne, et sur du blé de printemps, du maïs et des betteraves à sucre en Allemagne. Au cours de longues semaines d’expériences, les biologistes ont surveillé celles qui produisaient le plus fort changement de température. Les essais sur site ont été affectés par la pandémie de COVID-19, car l’équipe devait cibler une période spécifique de l’année où il existe un risque de dégâts dus au gel. Vasilios Stavros ajoute: «Du fait de la COVID, nous avons manqué deux saisons de croissance.» Néanmoins, au cours de ces essais, une augmentation du rendement a été constatée et s’est avérée aussi bonne, voire meilleure, que celle des biostimulateurs commerciaux. À la fin de ce projet d’une durée de cinq ans: «Nous avons pu synthétiser jusqu’à un kilogramme de la molécule en question et mener à bien des essais sur site, ce qui est tout à fait incroyable», remarque Vasilios Stavros. La phase suivante est la commercialisation, et une analyse préliminaire des coûts montre que le projet est viable, ajoute-t-il.
Mots‑clés
BoostCrop, résilience, molécule naturelle, chimiste vert, spectroscopie, dégâts dus au gel, culture, rendement
