Résumé :
Face aux défis de la désertification croissante des terres à l'échelle mondiale et de la réduction continue des terres agricoles, une équipe de recherche de Suisse et des Émirats arabes unis a proposé une solution créative : rendre le sable « vivant ». La recherche a été menée conjointement par le Laboratoire fédéral suisse pour la science et la technologie des matériaux (Empa) et l'Université Khalifa d'Abu Dhabi. Les chercheurs espèrent qu’en introduisant des micro-organismes spécifiques, le sable du désert, à l’origine stérile et meuble et presque impropre à la production agricole, pourra être transformé en une nouvelle matrice capable de retenir l’eau, de résister à l’érosion et de soutenir la croissance des plantes. L'équipe de recherche appelle cette technologie « Living Sand ».
Plus de 90 % des terres des Émirats arabes unis sont couvertes de désert et les terres disponibles pour la production agricole représentent moins de 5 % de la superficie totale. Actuellement, le pays ne peut produire qu’environ 10 à 15 % de ses besoins alimentaires, le reste étant fortement dépendant des importations. Les chercheurs soulignent que ce problème n’est pas propre au Moyen-Orient. Avec le changement climatique mondial, la dégradation des forêts et la surexploitation des terres, de plus en plus de régions sont confrontées aux mêmes défis de dégradation des terres et de désertification.
Les terres sablonneuses traditionnelles ne conviennent pas à la culture agricole. Il est difficile pour les grains de sable de former une structure stable entre eux, ce qui rend le sol sensible à l’érosion éolienne et hydrique. Dans le même temps, le sable manque de nutriments organiques et ne peut pas soutenir la croissance microbienne et végétale pendant longtemps. Ce qui est plus grave, c'est que l'eau s'écoule rapidement des espaces entre les grains de sable, ce qui rend l'efficacité de l'irrigation extrêmement faible.
Pour résoudre ces problèmes, l'équipe de recherche a introduit des bactéries et des champignons spécifiques dans l'environnement sableux. Ces micro-organismes sont capables de sécréter des molécules naturelles à longue chaîne appelées biopolymères et de former de vastes réseaux de microfibres. Ces fibres s'intercaleront entre les grains de sable comme une colle naturelle, reliant les grains de sable initialement indépendants pour former une structure globale plus stable.
Le responsable de la recherche a déclaré que du point de vue de la science des matériaux, cela équivaut en fait à créer un matériau composite naturel composé de grains de sable et de fibres biologiques. Les images microscopiques montrent que les réseaux de fibres produits par des microbes enveloppent et relient les grains de sable individuels, conférant au sable meuble une résistance structurelle sans précédent.
Afin de vérifier son effet, les chercheurs ont utilisé pour des tests des échantillons de sable de laboratoire et des échantillons de sable collectés dans de véritables dunes de sable à Abu Dhabi. Les résultats ont montré que la résistance mécanique des échantillons traités avec des bactéries était considérablement améliorée et que leur résistance à l'érosion était bien supérieure à celle du sable ordinaire.
Plus important encore, les performances de rétention d'eau ont également été considérablement améliorées. Les données expérimentales ont montré que le taux de pénétration de l'eau était réduit d'environ six fois dans le sable traité avec des bactéries. Cela signifie que l’eau d’irrigation qui autrement s’écoulerait rapidement peut rester plus longtemps dans le substrat, créant ainsi les conditions nécessaires à la croissance future des plantes.
L'équipe de recherche a également développé une deuxième amélioration. Ils ont utilisé des bactéries qui produisent de la nanocellulose pour créer des couches ultra-fines de biofibres et ont combiné ces matériaux en alternance avec des couches de sable pour créer une structure semblable à un tissu. Par rapport à la première option, cette structure en couches peut encore améliorer la stabilité et la capacité de rétention d’eau du sable.
Les résultats des tests montrent qu'après l'adoption de la structure en couches de nanocellulose, le taux de pénétration de l'eau diminue de 28 fois de manière étonnante. Par rapport au sable ordinaire, sa capacité de stockage d’eau a été grandement améliorée. Cependant, les chercheurs ont également souligné que le cycle de fabrication actuel de cette méthode est long et qu’il reste encore place à l’amélioration de l’efficacité.
La croissance microbienne elle-même nécessite une source de nutriments. À cet égard, l’équipe de recherche estime qu’il n’existe aucun obstacle difficile à résoudre. Parce que les sources de carbone et les sucres nécessaires aux bactéries et aux champignons peuvent provenir directement de composants disponibles dans les déchets agricoles ou les déchets organiques, formant ainsi un modèle de recyclage relativement peu coûteux.
Les chercheurs soulignent que le « sable vivant » n'est encore que la première étape dans la transformation du désert en terre arable. L’objectif principal n’est pas de créer immédiatement des terres agricoles complètes, mais de doter d’abord le sable de la capacité de retenir l’humidité et de favoriser la croissance d’un plus grand nombre de micro-organismes. Une fois qu’un écosystème microbien stable est formé, il est possible d’introduire davantage de plantes et d’autres matières organiques pour améliorer progressivement la qualité du sol.
Alors que de plus en plus de régions du monde sont confrontées à des problèmes de dégradation des terres, cette nouvelle technologie qui utilise des micro-organismes naturels pour transformer les déserts a reçu une grande attention. Même s'il reste encore du chemin à parcourir avant des applications agricoles à grande échelle, l'équipe de recherche estime qu'en injectant de la « vie » dans le sable, les zones désertiques pourraient offrir de nouvelles possibilités de développement agricole à l'avenir.
Commentaires