Les nanotechnologies pourraient provoquer d’énormes changements en agriculture
M Cynthia Goh, University of Toronto
Les nanotechnologies peuvent sembler relever de la science-fiction, mais elles existent depuis plusieurs décennies. Les approches nanotechnologiques ont trouvé des applications concrètes dans de nombreux domaines, que ce soit pour des matériaux composites dans l’industrie du textile ou en agriculture.
L’agriculture est une des plus vieilles inventions humaines et les nanotechnologies y apportent des innovations qui pourraient améliorer considérablement l’efficacité de notre approvisionnement alimentaire et réduire l’impact environnemental de sa production.
L’agriculture entraîne un coût que les principaux intéressés ne connaissent que trop bien. Elle requiert des quantités importantes d’eau, de terre et de carburant. Les engrais et les pesticides sont nécessaires pour obtenir des rendements élevés, mais leur utilisation a des effets néfastes sur l’environnement, même si des agriculteurs tentent d’en diminuer l’impact à l’aide de nouvelles technologies.
Des objets minuscules
La nanotechnologie est la science des objets de quelques nanomètres – des milliardièmes de mètre – de diamètre. À cette taille, les objets acquièrent des propriétés uniques. Ainsi, la surface d’un essaim de particules nanométriques est immense par rapport à celle d’un seul gros objet de même masse.
En faisant varier la taille et les autres caractéristiques des objets nanométriques, nous avons une capacité inégalée de créer des surfaces de précision aux propriétés définies sur mesure.
Un aperçu de la science des nanotechnologies.
Utilisation des particules
La méthode pour appliquer des produits chimiques consiste à dissoudre les ingrédients actifs dans de l’eau, puis à pulvériser le mélange sur les cultures. Comme les ingrédients ne se mélangent pas facilement, le processus est peu efficace et nécessite de grandes quantités d’eau.
Pour renforcer l’efficacité des engrais et des pesticides et en diminuer l’impact environnemental, les agriculteurs ont besoin que les produits atteignent les plants et soient absorbés exactement là où ils sont nécessaires – dans les racines ou les feuilles, par exemple. Idéalement, ils utiliseraient juste ce qu’il faut de produits chimiques pour améliorer le rendement et protéger leurs cultures des attaques ou des maladies, ce qui éviterait le gaspillage.
Les systèmes nanométriques sur mesure ont recours à la chimie de précision pour assurer une distribution très efficace des engrais et des pesticides. Les ingrédients actifs sont encapsulés d’une manière semblable à ce qui se passe avec l’administration ciblée de médicaments. La technique d’encapsulation peut également servir à augmenter la dissolution dans l’eau, réduisant ainsi la quantité de produits nécessaire.
Les nanotechnologies peuvent servir à distribuer des pesticides avec précision. Les nanopaquets de Vive Crop Protection ont été appliqués sur des betteraves à sucre, des pommes de terre et du maïs. Shutterstock
Applications actuelles
La société pharmaceutique Starpharma s’est lancée dans cette entreprise il y a quelques années en créant une division chargée d’appliquer ses innovations nanotechnologiques au secteur agricole. L’entreprise a depuis vendu son activité agrochimique.
Psigryph est une autre entreprise innovante dans le domaine des nanotechnologies en agriculture. Sa technologie utilise des nanostructures biodégradables dérivées de l’extrait de cerises de Montmorency pour administrer des molécules bioactives à travers les membranes cellulaires des plantes, des animaux et des humains.
Dans mon laboratoire, nous travaillons depuis des années en nanosciences, et je suis fière de voir que notre compréhension de l’encapsulation de polymères à l’échelle nanométrique trouve des applications en agriculture. Un de nos anciens étudiants, Darren Anderson, est PDG de Vive Crop Protection, qui a été nommée parmi les meilleures entreprises en croissance du Canada. On y suspend des pesticides chimiques et biologiques dans des « nanopaquets » – des sortes de capsules de polymères incroyablement petites – pour qu’ils atteignent facilement leur cible. Les ingrédients peuvent être contrôlés et dirigés avec précision lorsqu’ils sont appliqués sur les cultures.
Et l’équipement ?
L’un des avantages de ces innovations nanotechnologiques est qu’elles ne nécessitent aucun nouvel équipement, ce qui constitue un gros atout dans le secteur agricole qui connaît des difficultés sur le plan financier. Il suffit aux agriculteurs de mélanger les produits avec moins d’eau et de carburant pour obtenir un gain d’efficacité.
Parmi les autres usages agricoles des nanotechnologies, citons les produits de santé animale, les matériaux d’emballage alimentaire et les nanobiocapteurs qui servent à détecter les agents pathogènes, les toxines et les métaux lourds dans le sol. Il ne serait pas surprenant de voir l’utilisation de ces nouvelles applications généralisée dans un avenir proche.
Le gain de productivité qu’offrent les nouvelles technologies est essentiel pour les agriculteurs et très important pour le reste d’entre nous, car la population de la terre continue de croître et les effets des changements climatiques deviennent de plus en plus manifestes. Les agriculteurs devront faire plus avec moins.
Et quelques milliardièmes de mètre, c’est moins, cela ne fait aucun doute. Grâce à la nanotechnologie, l’agriculture mondiale est sur le point de réaliser de grandes choses.
M Cynthia Goh, Professor, Chemistry, University of Toronto
La version originale de cet article a été publiée sur La Conversation.
