Les épinards sont riches en fer, en antioxydants, en vitamines et en minéraux. Ils sont excellents pour la santé. Et avec une dose de nanotubes de carbone en plus, ils pourraient devenir aussi d’excellents détecteurs d’explosifs ! © Frédérique Voisin-Demery, Flickr, CC by 2.0
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Des scientifiques ont transformé des épinards en capteurs de pollution

ActualitéClassé sous :technologie , nanobionique végétale , pollution des sols

Des chercheurs du MIT sont parvenus à transformer des épinards en capteurs contre la pollution des eaux souterraines. En cas d'alerte, l'épinard change de couleur, et une caméra infrarouge déclenche l'envoi d'un e-mail aux chercheurs. À terme, la plante pourrait être utilisée pour prévenir les sécheresses et donc le changement climatique.

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Cela fait désormais quatre ans que le Massachusetts Institute of Technology (MIT) travaille sur des épinards « bioniques » et ils sont désormais connectés, au point d'envoyer des... e-mails ! Au départ, l'idée était d'incorporer des nanotubes de carbone dans les feuilles afin de permettre de détecter la présence d'explosifs dans le sol. En clair, les feuilles se transforment en capteur et, aujourd'hui, les recherches vont encore plus loin.

Ainsi, les épinards ne se contentent plus de détecter des traces d'explosifs puisqu'ils sont désormais « programmés » pour prévenir de la pollution des sols. « Les plantes sont très respectueuses de l'environnement. Elles savent qu'il y aura une sécheresse bien avant nous, explique à Euronews, Michael Strano, qui a dirigé la recherche. Elles peuvent détecter des petits changements dans les propriétés du sol et du potentiel hydrique. Si nous exploitons ces voies de signalisation chimique, il y a une mine d'informations à utiliser. »

Les nanoparticules de dimension inférieure à 10 nm sont de taille proportionnelle aux protéines et autres macromolécules qui composent les plantes vivantes. © Nature

Les épinards ont de nombreuses vertus

Concrètement, pour cette expérience, les nanotubes de carbone présents dans leurs feuilles émettent un signal fluorescent en présence d'oxyde nitrique (monoxyde d'azote), un polluant. Ce signal est détectable par des caméras infrarouges, et il déclenche l'envoi d'un e-mail d'alerte aux chercheurs. « Il s'agit d'une nouvelle démonstration de la façon dont nous avons surmonté la barrière de la communication entre la plante et l'Homme », poursuit ce professeur.

Le but, à terme, est d'utiliser ces plantes pour alerter sur la pollution des eaux souterraines, mais aussi pour prévenir d'une sécheresse et donc des changements climatiques. Mais, en matière d'environnement et d'énergie durable, les épinards ont aussi d'autres vertus puisqu'une université américaine les utilise aussi comme catalyseur pour optimiser les performances des batteries métal-air et les piles à combustible, plus écologiques et durables que nos batteries Lithium-ion actuelles.

Pour en savoir plus

La détection des explosifs améliorée grâce à des épinards bioniques ?

Les épinards remplaceront-ils bientôt les chiens comme renifleurs de bombes ? C'est en tout cas ce que promet une étude menée par des chercheurs américains du Massachusetts Institute of Technology (MIT). En dopant des feuilles d'épinards aux nanotubes de carbone, ils ont créé une plante bionique capable de détecter des explosifs.

Publié le 03/11/2016 par Nathalie Mayer

Les épinards sont sans doute parmi les « superaliments » les plus connus. Tout le monde le sait, ils sont excellents pour la santé. Bientôt, les épinards pourront peut-être même nous sauver la vie. Comment ? Grâce à l'une des premières applications de la nanobionique végétale. Des chercheurs américains du Massachusetts Institute of Technology (MIT) sont en effet parvenus à incorporer des nanotubes de carbone à des feuilles d'épinards. De quoi leur permettre de détecter des explosifs et de transmettre l'information à un smartphone.

Rappelons que l'objectif de la nanobionique végétale est d'introduire dans une plante, des nanoparticules qui lui ajouteront des fonctions qu'elle ne présente pas naturellement. Il y a deux ans, l'équipe du MIT avait déjà imaginé une plante nanobionique dont les capacités de photosynthèse étaient décuplées.

Partant d'une observation basique, les chercheurs ont travaillé sur une idée nouvelle. « Les végétaux sont particulièrement intéressants lorsqu'il s'agit de surveiller l'environnement, car ils sont en communication étroite et permanente avec celui-ci. Grâce à leur réseau racinaire et à leur capacité à charrier les eaux souterraines du sol jusqu'à leurs feuilles, ils constituent de bons candidats analystes chimiques », explique Michael Strano, professeur d'ingénierie chimique au MIT.

En intégrant des nanotubes de carbone dans des feuilles d’épinards, des ingénieurs du MIT ont transformé ces plantes en capteurs capables de détecter des explosifs et de relayer ces informations à un smartphone. © Christine Daniloff, MIT

Des épinards renforcés de nanotubes de carbone

Ici donc, les « épinards 2.0 » ont été spécialement imaginés pour détecter des composés nitroaromatiques tels ceux que l'on trouve traditionnellement au cœur des mines et dans la plupart des explosifs. Les chercheurs du MIT espèrent pouvoir étendre leurs capacités de détection à des polluants ou à des précurseurs de conditions climatiques particulières (sécheresse, etc.). Ils ont en effet déjà développé des nanotubes de carbone capables de détecter, notamment, du gaz sarin.

Ici, les chercheurs du MIT ont utilisé la technique dite « de l'infusion vasculaire » (application d'une solution de nanoparticules) pour incorporer des nanotubes de carbone aux feuilles. Les composés nitroaromatiques ont, dès lors, un pouvoir étonnant sur ces épinards 2.0. Lorsque ces plantes absorbent naturellement des eaux souterraines contaminées, les molécules cibles se fixent à des polymères qui entourent les nanotubes de carbone. Ceux-ci, sous l'effet d'une lumière laser, rendent alors les feuilles des épinards fluorescentes dans le domaine du proche infrarouge. Enregistré par une caméra appropriée, ce signal peut être transmis sans fil à un smartphone distant. Le tout en moins de 10 minutes !

Ce type de capteur pourrait également renseigner les botanistes sur le fonctionnement interne des plantes. Leur permettre de surveiller mieux leur santé ou d'optimiser les processus de synthèse de composés rares, comme ceux que produit la pervenche de Madagascar et qui sont utilisés pour la fabrication de médicaments contre le cancer« C'est vraiment presque comme si nous pouvions communiquer avec les plantes », s'enthousiasme Min Hao Wong, un étudiant du MIT qui vient de lancer une start-up avec dans l'idée d'exploiter cette technologie innovante.

Des concentrations de TNT détectées grâce à un polymère

La détection des explosifs est un sujet propice aux recherches scientifiques. En 2005, Aimée Rose et ses collègues du Massachusetts Institute of Technology (MIT) avaient présenté dans la revue Nature un nouveau système de détection des matériaux explosifs, fondé sur un polymère de semiconducteur organique (SOP).

Le polymère de semiconducteur organique (SOP) est un type de composé qui émet un rayonnement sous forme d'excitons lorsqu'il est excité par une lumière laser ultraviolette. Or, les dérivés polynitrés des cycles aromatiques, comme le TNT ou le DNT, sont déficients en électrons ; ils sont donc attirés vers le SOP riche en électrons avec qui ils interagissent, provoquant un arrêt de l'émission d'énergie mesurable par des capteurs.

En déterminant les variations d'émission d'énergie du polymère, les chercheurs sont ainsi parvenus à détecter des concentrations de DNT et de TNT jusqu'à respectivement 100 et 5 parties par milliard. La technique, totalement réversible, ne requiert qu'une intensité dix fois inférieure à celles des dispositifs antérieurs (avec polymères fluorescents) pour une sensibilité 30 fois supérieure et présente ainsi moins de risques de dommage optique pour les éléments organiques.

Elle semble par ailleurs suffisamment spécifique pour envisager une application pratique puisqu'aucune interférence ou réponse positive n'a été observée pour d'autres molécules aromatiques comme le benzène ou le naphtalène. Les précédents systèmes mis au point par l'équipe ont été commercialisés par la société Nomadics (Oklahoma).

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