Si vous allez 脿 l'茅picerie 脿 Montr茅al, vous ach猫terez probablement des produits frais. Disons que vous achetez un paquet de fraises Driscoll. Vous ne vous en rendez peut-锚tre pas compte, mais ces fraises ont 茅t茅 cultiv茅es en Californie et ont d没 parcourir plus de 4 500 km pour arriver jusqu'脿 vous, polluant l'environnement 脿 chaque kilom猫tre.
Outre la pollution par les combustibles fossiles caus茅e par le transport des fruits, il faut 茅galement tenir compte de la grande quantit茅 d'eau douce n茅cessaire aux cultures. 脌 l'茅chelle mondiale, 70 % de l'eau douce est destin茅e au secteur agricole, en raison de m茅thodes d'irrigation non durables. La culture hydroponique et d'autres pratiques agricoles en circuit ferm茅 utilisent jusqu'脿 10 fois moins d'eau que les m茅thodes agricoles traditionnelles et repr茅sentent une alternative plus durable pour l'avenir de l'agriculture.
Pour Minh Tran, fondateur d'Ikei, une entreprise d茅riv茅e de 平特五不中, l'agriculture 脿 base d'eau recycl茅e est la solution 脿 cette d茅pendance 脿 l'茅gard d'approvisionnements alimentaires non durables. Elle permet de cultiver les aliments 脿 proximit茅 de l'endroit o霉 ils sont consomm茅s, sans avoir 脿 les transporter sur de longues distances. Le dispositif de son entreprise promet d'aider 脿 rendre l'agriculture hydraulique cyclique plus efficace et plus durable en augmentant les rendements et en r茅duisant les d茅chets. Avec son cofondateur, le professeur Thomas Szkopek, du d茅partement de g茅nie 茅lectrique et informatique, et avec le soutien du Fonds d'innovation de 平特五不中, ils s'efforcent de commercialiser leur invention.
Comment fonctionne l'hydroponie ?
La culture hydroponique est un type d'agriculture qui utilise des solutions nutritives 脿 base d'eau pour cultiver des plantes, 茅liminant ainsi le besoin de sol et de grandes 茅tendues de terre. Dans le contexte actuel d'ins茅curit茅 alimentaire li茅e au changement climatique, l'agriculture hydroponique repr茅sente une solution rentable pour nourrir durablement les g茅n茅rations futures avec des aliments riches en nutriments. Le march茅 de l'agriculture hydroponique conna卯t une croissance rapide, avec un revenu mondial estim茅 脿 12,1 milliards de dollars en 2022, qui devrait atteindre 25,1 milliards de dollars d'ici 脿 2027.
Plus localement, l'entreprise montr茅alaise Lufa Farms cultive des produits hydroponiques sur les toits de la ville, pour un chiffre d'affaires estim茅 脿 22 millions de dollars en 2023. Les fermes hydroponiques ne sont pas une utopie : elles sont d茅j脿 en train de changer notre fa莽on de manger.
L'agriculture hydroponique pr茅sente de nombreux avantages par rapport aux formes traditionnelles d'agriculture. D'un point de vue 茅conomique, l'agriculture hydroponique augmente le rendement des cultures, tout en r茅duisant les co没ts d'entretien et le gaspillage de nutriments.
D'un point de vue environnemental, elle pr茅serve la terre et l'eau, 茅limine le besoin de pesticides et r茅duit les 茅missions. Mais malgr茅 ses avantages impressionnants, la culture hydroponique n'est pas sans probl猫mes.
"L'une des principales sources d'inefficacit茅 dans l'agriculture 脿 cycle d'eau est le d茅s茅quilibre des nutriments : au fur et 脿 mesure que la plante pousse, elle consomme certains nutriments plut么t que d'autres", explique M. Tran. "Au bout de quelques cycles de croissance, ce probl猫me peut devenir suffisamment grave pour que le rendement de la culture tombe 脿 z茅ro.鈥�
"脌 ce stade, l'agriculteur rince le syst猫me pour d茅marrer une nouvelle culture, gaspillant ainsi l'eau et les nutriments restants dans le syst猫me", a-t-il ajout茅.
C'est apr猫s s'锚tre entretenu avec un agriculteur hydroponique au sujet des difficult茅s rencontr茅es par ce secteur 茅mergent que Minh Tran a commenc茅 脿 r茅fl茅chir 脿 l'application de sa technologie dans le contexte agricole. Les avanc茅es technologiques de son 茅quipe pourraient 锚tre utilis茅es dans un appareil qui mesurerait facilement et 脿 peu de frais les nutriments de la solution de culture.
L'un des principaux obstacles 脿 la croissance de la culture hydroponique est le co没t 茅lev茅 et la difficult茅 d'utilisation des capteurs ion-nutriments utilis茅s pour mesurer la concentration de nutriments dans les solutions d'eau utilis茅es pour la culture des produits. Les options actuelles pour les agriculteurs qui cherchent 脿 mesurer les nutriments dans leur milieu de culture sont limit茅es et co没teuses. Les analyses de laboratoire sont pr茅cises, mais leur co没t et leur d茅lai d'ex茅cution sont 茅lev茅s. Il existe 茅galement des capteurs 脿 茅lectrodes ioniques s茅lectives remplies de liquide, mais d'apr猫s l'exp茅rience des agriculteurs qui les ont utilis茅s, ces capteurs sont tr猫s co没teux, ont une dur茅e de conservation courte et n茅cessitent des comp茅tences sp茅cifiques pour 锚tre utilis茅s.
"Les techniques actuelles de mesure des ions sont con莽ues pour 锚tre utilis茅es en laboratoire, ce qui implique des d茅penses importantes en termes d'茅quipement ou la n茅cessit茅 de faire appel 脿 un technicien qualifi茅 pour les utiliser. 脌 l'heure actuelle, il n'existe pas de solution suffisamment bon march茅 et fiable pour qu'un non-sp茅cialiste de l'茅lectrochimie puisse l'utiliser dans une exploitation agricole", a expliqu茅 M. Szkopek.
"Notre invention vise 脿 combler cette lacune par la mise au point d'un capteur 脿 contact solide tr猫s facile 脿 utiliser pour les agriculteurs et fonctionnant avec une intervention technique minimale", a-t-il ajout茅.
Alignement des 茅toiles technologiques
Les capteurs d'ions traditionnels sont constitu茅s de deux 茅lectrodes, une 茅lectrode s茅lective d'ions et une 茅lectrode de r茅f茅rence, et fonctionnent en mesurant le potentiel 茅lectrique entre les deux.
En am茅liorant les deux 茅lectrodes respectives, le nouveau dispositif produit par Ikei a une r茅solution nettement plus 茅lev茅e, une dur茅e de vie plus longue, est moins cher 脿 fabriquer et plus facile 脿 entretenir.
L'茅lectrode s茅lective d'ions traditionnelle de l'appareil de mesure est remplac茅e dans le mod猫le d'Ikei par une 茅lectrode de graph猫ne brevet茅e. Le laboratoire de M. Szkopek travaille depuis longtemps 脿 la mise au point de capteurs 脿 base de graph猫ne.
"L'une des 茅lectrodes est une 茅lectrode 脿 base de graph猫ne, constitu茅e d'une seule couche d'atomes de carbone, que nous sommes en mesure de rendre extr锚mement sensible 脿 diff茅rents ions et 脿 diff茅rents nutriments", explique Szkopek.
Au moment o霉 le laboratoire de Szkopek perfectionnait l'茅lectrode de graph猫ne, son doctorant Minh Tran travaillait 脿 l'am茅lioration de l'autre partie du syst猫me de mesure : l'茅lectrode de r茅f茅rence. Les 茅lectrodes de r茅f茅rence traditionnelles sont remplies de liquide et doivent 锚tre remplac茅es fr茅quemment en raison de leur courte dur茅e de vie.
"Apr猫s avoir discut茅 avec de nombreuses personnes au sujet des 茅lectrodes de r茅f茅rence, je me suis donn茅 pour mission de d茅velopper une 茅lectrode de r茅f茅rence compacte et peu co没teuse 脿 fabriquer. C'est gr芒ce 脿 de nombreuses journ茅es et nuits pass茅es au laboratoire 脿 tenter de r茅p茅ter des exp茅riences et des travaux que nous avons mis au point l'茅lectrode de r茅f茅rence 脿 r茅servoir solide. L'茅lectrode ne contient pas de liquide et sa dur茅e de vie est donc beaucoup plus longue que celle des 茅lectrodes de r茅f茅rence ordinaires", explique M. Tran.
Les avanc茅es technologiques des deux 茅lectrodes se sont combin茅es de mani猫re fortuite et ont pouss茅 M. Tran 脿 chercher une application potentielle. Comme il l'explique, "j'ai vu les 茅toiles s'aligner et j'ai r茅alis茅 que si l'on combinait ces deux inventions, on pourrait vraiment faire quelque chose".
"Avec l'茅lectrode de r茅f茅rence imperm茅able 脿 l'environnement et l'茅lectrode de graph猫ne que nous avons con莽ue pour 锚tre sensible 脿 une cible sp茅cifique, nous pouvons commencer 脿 r茅fl茅chir 脿 la fabrication de syst猫mes de capteurs utiles pour des applications telles que l'agriculture 脿 base d'eau cyclique", a ajout茅 M. Szkopek.
Les FIM : Les technologies propres et au-del脿
Le projet d'Ikei est soutenu par le Fonds d'innovation de 平特五不中 alors qu'il passe du laboratoire 脿 l'espace commercial. "Les FIM ont tr猫s g茅n茅reusement soutenu Ikei pour l'aider 脿 r茅aliser les exp茅riences qui nous permettront de savoir comment ces capteurs fonctionneront dans un environnement agricole r茅el et quels sont les probl猫mes que nous devons r茅soudre avant que cela ne se produise", a fait remarquer M. Szkopek.
"C'est une 茅tape tr猫s importante que de passer de quelque chose qui fonctionne en laboratoire 脿 quelque chose qui fonctionne dans le monde r茅el, et cette transition est incroyablement difficile 脿 faire parce qu'il y a tellement d'inconnues", a-t-il ajout茅.
Ikei a re莽u 脿 la fois le prix de l'茅tape de d茅couverte, d'une valeur de 25 000 $, et le prix suppl茅mentaire Cleantech, d'une valeur de 40 000 $, parrain茅 par Marc Boghossian, un ancien 茅l猫ve de 平特五不中. En plus du prix, Ikei a re莽u son propre comit茅 consultatif de recherche (CCR) du FIM pour faciliter la transition du laboratoire au march茅. Des experts des secteurs de l'agriculture et de la restauration, ainsi que de la communaut茅 des investisseurs, ont contribu茅 脿 donner leur avis sur la mani猫re de d茅velopper Ikei.
"Si tout se passe bien avec l'agriculture 脿 base d'eau, nous voulons 茅tendre nos activit茅s 脿 d'autres applications. L'une des autres applications que nous pourrions explorer est la gestion des eaux us茅es, qui peut 锚tre utilis茅e dans de nombreux pays 脿 travers le monde pour s'assurer que l'eau est d'une qualit茅 d茅cente avant d'锚tre rejet茅e dans l'environnement", a conclu M. Tran.
