Une approche de «laboratoire sur puce» pour obtenir des mesures précises des nutriments du sol
Les engrais apportent les nutriments essentiels pour augmenter le rendement des cultures. L’amélioration de la production agricole constitue une motivation économique pour les agriculteurs en même temps qu’un défi face à l’augmentation de la population mondiale. Cependant, des études montrent que jusqu’à 60 % des terres agricoles de l’Union européenne subissent une fertilisation excessive, ce qui a des répercussions négatives sur la biodiversité, la qualité de l’eau et le rendement des cultures. Les agriculteurs ont besoin d’informations précises sur ce qui se passe dans le sol, et le projet SOILMONITOR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par le CEI, a mis au point une solution: un appareil miniature d’analyse du sol conçu pour prélever une centaine d’échantillons par an et en analyser la teneur en nutriments essentiels. Ces informations précises et actualisées communiquées aux agriculteurs les aident à procéder à une fertilisation sur mesure qui optimise la production agricole tout en minimisant les impacts négatifs sur l’environnement.
Un système de surveillance des sols de type «laboratoire sur puce» destiné aux agriculteurs
Le capteur de sol qui donne son nom au projet a été mis au point à l’université de Kiel, en Allemagne, et s’appuie sur le précédent projet BEAMOLED. L’équipe pluridisciplinaire comprenait des experts en génie chimique, en génie électrique, en pédologie et en gestion d’entreprise. Enfoui entre 30 et 60 cm sous terre, au niveau des racines, le système de laboratoire sur puce (25 cm × 15 cm × 10 cm) a à peu près la taille d’une boîte à chaussures. L’extraction de l’eau du sol est assurée par un élément d’aspiration en céramique d’alumine poreuse et une pompe péristaltique. Bien que l’extraction soit plus aisée dans les sols sableux, la faible quantité nécessaire à l’analyse permet à l’appareil de fonctionner efficacement dans des conditions très variées. Le sol est ensuite traité sur une puce microfluidique(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), dont les prototypes sont présentés dans cette vidéo du projet(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Grâce à des tests colorimétriques et à un système de lecture optique s’appuyant sur les résultats du projet BEAMOLED pour détecter la présence et la concentration de nutriments ciblés, le capteur de sol transmet ensuite les informations au téléphone portable de l’agriculteur via LoRaWAN(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). À l’heure actuelle, le projet utilise également la technologie sans fil IdO à bande étroite pour transmettre ces informations. Les partenaires du projet prévoient de déployer entre trois et huit unités par champ, en fonction de l’hétérogénéité du sol. Une fois les unités mises en place, une fonction de test intégrée permettra aux agriculteurs de s’assurer que l’appareil fonctionne correctement avant de remblayer la tranchée d’installation. Tout au long de ses 12 mois de fonctionnement autonome, le capteur de sol collectera des échantillons traités et les réactifs dans une cartouche jetable.
Une entreprise dérivée spécialisée dans la surveillance des sols
En tant que bénéficiaire d’une subvention Transition du CEI(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), la commercialisation a fait partie intégrante de SOILMONITOR dès le début. Dans un premier temps, l’entreprise dérivée commercialisera le système de surveillance des sols destiné aux cultures à forte valeur ajoutée, telles que les légumes et la production de semences, avant d’envisager des applications plus larges. Martina Gerken, coordinatrice du projet, envisage un prix à long terme inférieur à 500 euros par unité. Même avant que son prix n’atteigne ce niveau abordable, le capteur de sol constitue un bon investissement. «Le retour sur investissement peut être très rapide pour les agriculteurs», explique Martina Gerken. «Pour les cultures à forte valeur ajoutée telles que les tomates ou les fraises, une augmentation même modeste de 5 % du rendement commercialisable grâce à une gestion optimisée des nutriments peut contribuer à amortir le coût du capteur en une seule saison de végétation.» Le système de surveillance des sols est prévu pour fonctionner sans entretien pendant un an, mais l’appareil lui-même est conçu pour une utilisation prolongée. «Nous appliquons une stratégie du type “lame et rasoir”», explique Martina Gerken. «Les agriculteurs achètent le système de capteurs une seule fois, puis remplacent chaque année les cartouches consommables contenant les composants microfluidiques.» SOILMONITOR a mis au point une solution commercialisable pour l’agriculture de précision. Facile à utiliser et rentable, ce petit appareil permettra d’améliorer les rendements agricoles et contribuera à la protection de l’environnement.
