L'utilisation excessive des terres, la déforestation et le changement climatique entraînent une désertification accrue dans de nombreuses régions du monde. Une fois amorcé, le processus déclenche souvent une réaction en chaîne : La perte de nutriments dans le sol entraîne une raréfaction de la végétation, ce qui expose davantage la terre à l'érosion par le vent et l'eau.

Transformer un désert en sol fertile nécessite énormément de ressources, notamment de l'eau, qui est un bien précieux dans les régions désertiques. Des chercheurs de l'Empa et de la « Khalifa University of Science and Technology » d'Abu Dhabi ont étudié une première étape inédite qui pourrait simplifier l'amélioration des sols dans les déserts de sable : Ils ont insufflé de la vie dans le sable.

Le sable est un sol particulièrement exigeant pour l'agriculture. Il ne contient pas de nutriments organiques susceptibles de fournir une base de vie aux micro-organismes ou aux plantes. Les grains de sable ne tiennent pas ensemble, ce qui rend les sols sablonneux particulièrement vulnérables à l'érosion. Et le sable permet à l'eau de s'infiltrer rapidement, ce qui rend le besoin d'irrigation très élevé.

Les chercheurs du laboratoire « Cellulose and Wood Materials » de l'Empa, en collaboration avec leurs collègues d'Abu Dhabi, ont relevé tous ces défis d'un coup. Ils ont ajouté au sable certaines bactéries et champignons qui forment des structures en réseau entre les grains de sable et leur confèrent ainsi une plus grande cohésion. Ils ont publié leurs résultats dans la revue spécialisée « Carbohydrate Polymers ».


Les biopolymères comme liant naturel

Ces réseaux microbiens sont basés sur ce que l'on appelle des biopolymères : des molécules naturelles constituées de longues chaînes, à l'instar de nos matières plastiques. Les micro-organismes forment de longues fibres de biopolymères qui traversent le sable. « Il en résulte une sorte de matériau composite naturel », explique Gustav Nyström, directeur du laboratoire « Cellulose and Wood Materials » et co-auteur de l'étude.

Pour tester leur approche, les chercheurs ont mélangé des échantillons de sable d'Abu Dhabi avec différents micro-organismes dans une solution nutritive et ont ensuite contrôlé leur résistance mécanique et leur perméabilité à l'eau. Résultat : les échantillons mélangés à des bactéries étaient nettement plus résistants que le sable pur et laissaient l'eau s'infiltrer jusqu'à six fois plus lentement.

Outre les essais au cours desquels les microbes ont fait leur travail directement dans les échantillons de sable, les chercheurs ont suivi une deuxième approche. Ils ont demandé aux micro-organismes – en l'occurrence des bactéries produisant de la nanocellulose – de fabriquer des géotextiles. Les bactéries ont produit en laboratoire des tapis de cellulose que les chercheurs ont ensuite assemblés avec le sable pour former des structures en couches. Ce processus, plus intensif en main-d'œuvre, a donné les meilleurs résultats en termes de stabilité et de perméabilité à l'eau. Cette dernière était même 28 fois plus lente avec les échantillons stratifiés.


Point de départ de la croissance

Même avec des biopolymères, le sable n'est pas trop stable – mais il ne doit pas l'être non plus. « Cette approche nous permet d'introduire une première matière organique et de l'eau dans le sable et de le stabiliser quelque peu », explique Gustav Nyström. « Dans l'idéal, cela permet à d'autres micro-organismes et plantes de se développer et de lancer ainsi le processus par lequel le sol devient plus stable et plus fertile ». Blaise Tardy, professeur à la « Khalifa University » et co-auteur de l'étude, ajoute : « L'utilisation de tels micro-organismes n'est pas de la science-fiction : le désert est là, et les nutriments sont facilement disponibles aux Émirats arabes unis, par exemple le sucre issu des déchets alimentaires et les nutriments complexes provenant des déchets verts urbains ».

Les essais de sable en laboratoire n'étaient que la première étape, avertissent les chercheurs. Il s'agit maintenant d'utiliser les biopolymères dans des études contrôlées sur le terrain ou dans des serres, afin de voir quelle influence ils ont sur la croissance des plantes et quel est le potentiel de cette technologie pour l'agriculture. Les scientifiques spécialisés dans les matériaux de l'Empa laissent cette tâche à d'autres chercheurs issus de domaines spécialisés.