Les résidus d'açaí deviennent des nanofertilisants pour le maïs et le sorgho.

Des chercheurs d'Embrapa et de l'Université fédérale du Ceará (UFC) ont mis au point un nanofertilisant à base de graines d'açaï, capable de stimuler la croissance du maïs et du sorgho. Lors d'essais expérimentaux, l'application de faibles doses de ce produit (10 milligrammes par litre) a augmenté la croissance relative des plants de maïs de 24 % et celle du sorgho de 164 %. Le volume racinaire a également progressé, respectivement de 23 % et 59 %, par rapport aux témoins non traités.

La graine d'açaï est un sous-produit sous-exploité dans l'industrie agroalimentaire. Pour chaque tonne de fruit utilisée pour l'extraction de la pulpe, environ 700 kilogrammes de graines sont générés, généralement jetés ou utilisés comme combustible dans les chaudières.

Les variétés de maïs BRS-Gorutuba et de sorgho 2502 ont été utilisées lors des essais ; toutes deux ont un cycle de production court et sont recommandées pour les cultures en régions semi-arides. Le système racinaire développé, notamment chez le sorgho, permet aux plantes d’explorer le sol plus efficacement, favorisant ainsi leur survie.

Ce nouvel engrais nanométrique est produit à partir de poudre de graines d'açaï par un procédé appelé synthèse hydrothermale. Il en résulte des nanoparticules fluorescentes, connues sous le nom de points quantiques de carbone, d'une taille d'environ quatre nanomètres.

Ces particules pénètrent très efficacement dans les tissus foliaires. À l'intérieur de la plante, en plus de fournir des nutriments minéraux essentiels, elles agissent comme des antennes qui captent le rayonnement ultraviolet et émettent, à partir de celui-ci, une lumière bleue capable de stimuler le système photochimique de la plante et d'accroître l'efficacité de la photosynthèse. 

Le chercheur Cláudio Carvalho, d'Embrapa Agroindústria Tropical (CE), explique que, grâce à la taille réduite de leurs particules, les nanofertilisants pénètrent efficacement dans les tissus végétaux et délivrent les nutriments directement au niveau cellulaire, augmentant ainsi l'absorption par rapport aux engrais foliaires classiques. Ils participent également aux processus de transfert d'énergie intracellulaire et fournissent des composés bioactifs capables de stimuler l'activité d'enzymes, notamment celles impliquées dans la réponse au stress oxydatif.

Carvalho ajoute que les nanofertilisants permettent d'obtenir de meilleurs résultats avec des doses plus faibles, réduisant ainsi les coûts d'application et les impacts environnementaux potentiels. « Comparés aux engrais conventionnels, les nanofertilisants entraînent généralement moins de ruissellement et une moindre contamination des sols et des cours d'eau, ce qui les rend potentiellement plus durables », conclut-il.

Transformer les déchets en richesse

« Malgré le nombre limité d’études sur l’utilisation à petite échelle des graines d’açaï comme biochar, pour la production de bioénergie ou le développement de matériaux composites, ce résidu s’accumule généralement dans les centres urbains des régions productrices et dans les grandes villes », explique le chercheur.

Il explique que la graine d'açaï est un véritable « kit de survie naturel » contenant les nutriments essentiels à la plante pour s'implanter dans des environnements hostiles. Cette richesse fait du noyau d'açaï le précurseur idéal pour les nanofertilisants. « C'est une solution idéale qui valorise la biomasse et, simultanément, restitue une partie des nutriments minéraux, notamment les oligo-éléments, aux zones de production, permettant ainsi de réduire l'utilisation d'engrais », précise-t-il.

Selon le scientifique, l'équipe prévoit de tester le produit sur d'autres espèces comme les haricots, les patates douces, les courges, les légumes, ainsi que sur des jeunes plants de palmier açaï. « Une fois le processus de production finalisé et industrialisé, ce nanofertilisant pourrait constituer une solution efficace et sûre pour enrichir le système de production en nutriments, que ce soit pour la culture du palmier açaï, les pépinières, la culture sous abri ou d'autres applications », ajoute-t-il. 

« Au Brésil, d’importantes quantités de déchets agro-industriels sont générées, notamment en Amazonie, qui représente une matière première abondante et bon marché », observe le professeur Pierre Fechine (photo ci-dessous), coordinateur du Laboratoire du Groupe de Chimie des Matériaux Avancés (GQMat) à l’UFC, partenaire de ce projet. Il ajoute qu’il sera également nécessaire de poursuivre les études réglementaires et de sécurité en vue d’une utilisation agricole à grande échelle.

Progrès scientifiques 

Les résultats ont été publiés dans l'article « Nanopigments à base de carbone dérivés de résidus de graines d'açaï : propriétés optiques et performances biofonctionnelles modulables », paru dans la revue internationale Dyes and Pigments. « Nous avons démontré qu'un résidu habituellement jeté peut être transformé en un matériau intelligent, capable d'interagir avec les systèmes biologiques et de produire des effets mesurables sur la croissance des plantes », explique le professeur.

Il explique qu'avant d'atteindre le producteur rural, certains défis restent à relever. Le principal consiste à maintenir la qualité et la reproductibilité du matériau lors du passage de l'échelle du laboratoire à l'échelle industrielle. « Au laboratoire, nous travaillons avec de petites quantités et un contrôle rigoureux des conditions de synthèse. En usine, il est indispensable de garantir que chaque lot possède les mêmes propriétés chimiques, optiques et biologiques », précise-t-il. Un autre défi est l'optimisation des coûts de production, notamment la consommation d'énergie, la purification du matériau et la logistique de collecte de la biomasse. 

Pourquoi étudier les points quantiques de carbone ?

Les points quantiques de carbone sont des nanoparticules extrêmement petites, des milliers de fois plus petites qu'un cheveu humain. Malgré leur taille minuscule, ils possèdent des propriétés très particulières, notamment la capacité d'absorber et d'émettre de la lumière. 

Ils ont été découverts par hasard au début des années 2000 lors d'études sur les nanotubes de carbone. Depuis, ils suscitent un vif intérêt scientifique car ils sont relativement faciles à produire, peu toxiques et peuvent être obtenus à partir de matériaux naturels et de déchets organiques. 

Aujourd'hui, les points quantiques de carbone sont étudiés pour leurs applications dans les capteurs chimiques, le diagnostic médical, la bio-imagerie, les cellules solaires, les LED, le traitement de l'eau et l'agriculture. En agriculture, ils peuvent stimuler la croissance des plantes, améliorer l'efficacité de l'utilisation de la lumière par ces dernières et faciliter le transport des nutriments, contribuant ainsi à des systèmes de production plus efficaces et durables.

Dans le cadre des travaux menés par Embrapa et l'UFC, de la poudre de graines d'açaï, riche en carbone et en minéraux, a été placée dans un environnement hostile, à l'intérieur de réacteurs à haute pression, et soumise à des températures élevées pendant plusieurs heures – un procédé appelé synthèse hydrothermale. Dans ces conditions, les molécules organiques de la graine se décomposent et se réorganisent en points quantiques de carbone et en d'autres substances ayant une activité biologique chez les plantes, comme des précurseurs d'hormones végétales.