Des scientifiques américains ont découvert pourquoi les hydrogels n’ont pas l’effet désiré pour prévenir les sécheresses en rendant le sol transparent.
Des scientifiques de Princeton ont mis au point le « voir à travers le sol » pour observer comment les hydrogels se comportaient
Dans des recherches qui pourraient éventuellement aider les cultures à survivre à la sécheresse, les scientifiques de l’Université de Princeton ont découvert une raison clé pour laquelle le mélange de matériaux appelés hydrogels avec le sol s’est parfois avéré décevant pour les agriculteurs.
Les perles d’hydrogel, minuscules blobs en plastique qui peuvent absorber mille fois leur poids dans l’eau, semblent idéales pour servir de minuscules réservoirs souterrains d’eau. En théorie, à mesure que le sol sèche, les hydrogels libèrent de l’eau pour hydrater les racines des plantes, allégeant ainsi les sécheresses, conservant l’eau et augmentant les rendements des cultures.
Pourtant, le mélange d’hydrogels dans les champs des agriculteurs a eu des résultats inesty. Les scientifiques ont eu du mal à expliquer ces performances inégales en grande partie parce que le sol – opaque – a contrecarré les tentatives d’observation, d’analyse et, en fin de compte, d’amélioration des comportements hydrogel.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs de Princeton ont démontré une plate-forme expérimentale qui permet aux scientifiques d’étudier les fonctionnements cachés des hydrogels dans les sols, ainsi que d’autres environnements comprimés et confinés.
La plate-forme repose sur deux ingrédients : un milieu granulaire transparent (à savoir un emballage de perles de verre) comme support de sol, et de l’eau dopée à un produit chimique appelé thiocyanate d’ammonium. Le produit chimique modifie la façon dont l’eau plie la lumière, compensant les effets déformants que les perles de verre rondes auraient normalement. Le résultat est que les chercheurs peuvent voir directement à travers à un glob hydrogel coloré au milieu du faux sol.
« Une spécialité de mon laboratoire est de trouver le bon produit chimique dans les bonnes concentrations pour changer les propriétés optiques des fluides », a déclaré Sujit Datta, professeur adjoint de génie chimique et biologique à Princeton et auteur principal de l’étude paru dans la revue Science Advances.
« Cette capacité permet la visualisation 3D des flux de fluides et d’autres processus qui se produisent dans des médias normalement inaccessibles et opaques, tels que le sol et les roches. »
Les scientifiques ont utilisé la configuration pour démontrer que la quantité d’eau stockée par les hydrogels est contrôlée par un équilibre entre la force appliquée pendant que l’hydrogel gonfle avec l’eau et la force de confinement du sol environnant.
Par conséquent, les hydrogels plus doux absorbent de grandes quantités d’eau lorsqu’ils sont mélangés à des couches superficielles de sol, mais ne fonctionnent pas aussi bien dans les couches plus profondes du sol, où ils éprouvent une pression plus grande. Au lieu de cela, les hydrogels qui ont été synthétisés pour avoir plus de liens croisés internes, et par conséquent sont plus rigides et peuvent exercer une plus grande force sur le sol comme ils absorbent l’eau, serait plus efficace dans les couches plus profondes. Datta a déclaré que, guidés par ces résultats, les ingénieurs seront désormais en mesure de mener d’autres expériences pour adapter la chimie des hydrogels à des cultures et des conditions de sol spécifiques.
« Nos résultats fournissent des lignes directrices pour la conception d’hydrogels qui peuvent absorber de façon optimale l’eau en fonction du sol dans laquelle ils sont censés être utilisés, ce qui pourrait aider à répondre à la demande croissante de nourriture et d’eau », a déclaré M. Datta.
