De temps en temps, le soleil libère de puissantes éruptions et éjections de masse coronale qui projettent du plasma et des particules énergétiques dans l’espace. Sur la Terre primitive, cette activité solaire a entraîné des cascades de réactions chimiques atmosphériques qui ont peut-être contribué à former les éléments constitutifs de la vie. Plus récemment, les scientifiques ont découvert que l’application contrôlée de plasma sur les graines peut déclencher une activité similaire, les rendant plus rapides à pousser et plus résistantes. Des chercheurs de l’Université de Nagoya et de l’Université de Kyushu au Japon ont compilé une revue complète de ce nouveau domaine appelé « Agriculture par plasma » une solution durable potentielle pour remédier à la pénurie alimentaire mondiale.
Le mot plasma évoque un enfer chaud et ionisé qui constitue le quatrième état de la matière. Mais le plasma utilisé ici est différent. En appliquant une tension électrique élevée à l’air ou à tout gaz, les électrons d’une infime fraction de ses molécules sont arrachés et gagnent des énergies très élevées. Ces électrons qui se déplacent rapidement peuvent effectivement imiter le comportement du plasma même si la majeure partie du gaz reste à température ambiante.
Ce plasma à basse température peut à son tour être appliqué directement aux graines sans les brûler. L’utilisation excessive de produits chimiques et la modification génétique des plantes sont sources de préoccupations pour de nombreuses personnes. À la place, l’agriculture par plasma peut offrir des rendements agricoles tout aussi élevés sans intrusion.
« Le plasma à basse température est une alternative aux cultures génétiquement modifiées », a déclaré Kenji Ishikawa, professeur au Centre de sciences du plasma à basse température de l’Université de Nagoya.
Dans une revue publiée dans le Journal of Advanced Research, Ishikawa et ses collaborateurs de l’Université de Kyushu synthétisent les données de plus de 30 espèces de cultures et constatent que dans plus des deux tiers des études rapportées, des traitements au plasma bien ajustés augmentent la vigueur ou le rendement des graines, tandis que les cas restants montrent des effets neutres, voire négatifs lorsque la dose n’est pas correctement contrôlée.
Cependant, pour faire passer cette technologie du laboratoire à la ferme, une compréhension plus approfondie des processus physiques et biochimiques par lesquels le plasma à basse température agit est nécessaire. Pour cette raison, cette revue résume également l’état actuel des connaissances sur comment et pourquoi le traitement au plasma fonctionne.
Puissance du plasma pour des semences plus robustes
Le plasma à basse température fonctionne principalement en laissant ses électrons énergétiques entrer en collision avec les molécules d’air. Cela excite l’oxygène et l’azote présents dans l’air et brise leurs liaisons, générant des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote (RONS) telles que les radicaux hydroxyles, les nitrates, les nitrites, les peroxydes et les superoxydes. Les RONS sont extrêmement instables — ils déclenchent plusieurs cascades d’activité chimique dans les systèmes vivants. Trop de ces espèces peuvent endommager les cellules et les tissus. Mais en quantités juste appropriées, les RONS agissent comme des molécules de signalisation dans les cellules, conduisant à une germination plus rapide et à une croissance accrue des graines.
C’est pourquoi il est crucial de cibler la chimie bénéfique des RONS induites par le plasma pour déterminer la durée et l’intensité de ces traitements au plasma.
Les voies actuellement étudiées comprennent les modifications de l’enveloppe et de la surface des graines, l’inactivation des agents pathogènes de surface, l’amélioration de la croissance induite par les phytohormones et une absorption accrue de l’eau et des nutriments. Les auteurs de la revue constatent que bon nombre de ces processus sont interconnectés et agissent ensemble pour accroître la valeur agricole du plasma.
La voie qui enthousiasme le plus Ishikawa est la modification épigénétique. « Si vous considérez l’ADN comme un système d’exploitation avec des programmes codés, l’épigénétique détermine quels programmes sont exécutés et lesquels ne le sont pas », note Ishikawa. Cela diffère de la modification génétique qui introduit des changements dans les programmes eux-mêmes, avec des risques potentiels. Des études montrent que les changements épigénétiques induits par le plasma entraînent une expression positive des gènes végétaux impliqués dans la germination, la tolérance au stress et le métabolisme.
Un engrais écologique
Une autre façon dont le plasma à basse température peut aider les agriculteurs est de traiter l’eau et le sol plutôt que seulement les graines. L’air est riche en azote, un élément vital pour la croissance des plantes. Mais la triple liaison notoirement difficile à briser dans une molécule d’azote rend difficile son utilisation directe par les plantes. Par conséquent, l’azote doit d’abord être « fixé » par les microbes, la foudre, ou artificiellement dans des réacteurs Haber-Bosch gourmands en énergie et fortement émetteurs. Le plasma à basse température offre une alternative : ses décharges électriques peuvent convertir l’azote en ammoniac, nitrites et nitrates dans de l’eau activée par le plasma qui peut être utilisée comme engrais alimenté par l’électricité à la place des combustibles fossiles.
Ces derniers temps, la production alimentaire mondiale a été soumise à un stress considérable en raison de l’évolution des conditions météorologiques et du besoin croissant de nourrir des populations diverses. Le Centre de sciences du plasma à basse température de l’Université de Nagoya réunit des physiciens, des biochimistes et des agriculteurs pour aider à trouver des solutions durables à ce problème.
Article : Sunlight to Plasma: Mimicking nature’s light for smarter agriculture and crop production – Journal : Journal of Advanced Research – Méthode : Literature review
Source : Nagoya U.
