Samedi-sciences (190) : des roses équipées d’un circuit électronique biocompatible

Des chercheurs suédois ont créé des circuits électroniques dans la tige et les feuilles d'une rose © Université de Linköping Des chercheurs suédois ont créé des circuits électroniques dans la tige et les feuilles d'une rose © Université de Linköping

Des chercheurs suédois ont équipé une rose d’un circuit électronique flexible, constitué de molécules organiques qui conduisent le courant en laissant la fleur intacte. Dans l’avenir, un tel système pourrait servir à détecter l’état physiologique et la maturation de la plante, voire à produire de l’électricité à partir d’arbres ou d’arbustes, non pas en les faisant brûler, mais en utilisant directement l’énergie chimique de la photosynthèse.

L’équipe de Magnus Berggren, spécialiste de science des matériaux à l’université de Linköping, à Norrköping, en Suède, a étudié l’électronique flexible, dont les composants sont faits de matériaux organiques souples. Ces matériaux, qui peuvent être compatibles avec les tissus vivants, font l’objet de nombreuses recherches visant à les utiliser pour diagnostiquer ou traiter des maladies. « L’électronique organique est en plein boom dans le domaine des applications médicales », explique Berggren dans la revue américaine Science.

Il y a une quinzaine d’années, un collègue de Magnus Berggren, spécialiste de biologie végétale, s’est demandé s’il serait possible d’installer des circuits électroniques dans un arbre afin de suivre en direct les processus biochimiques qui s’y déroulent. Dans un premier temps, Berggren n’a pas pris ce projet au sérieux. Mais il y a deux ans, lui et ses collègues ont décidé d’y regarder de plus près.

Les chercheurs ont tenté d’utiliser l’architecture et la biologie d’une plante pour assembler des circuits électroniques de l’intérieur. Ils ont dissout des polymères – molécules organiques – dans de l’eau. Puis ils ont placé des roses de l’espèce Rosa floribunda dans cette eau, soit avec leur racine, soit coupées à la base de la tige. L’idée était d’amener les molécules organiques à remonter le long de la tige et à s’assembler pour former des sortes de fils électriques dans le xylème, l’ensemble de canaux qui conduisent la sève.

Au début, la manip a échoué régulièrement. Berggren et ses collègues ont essayé plus d’une dizaine de polymères, mais soit les molécules s’accumulaient pour boucher la base de la tige, soit elles pénétraient dans les canaux mais sans s’assembler entre elles. Finalement, l’opération a réussi avec un composé organique appelé PEDOT-S :H, comme l’exposent les chercheurs dans un article publié le 20 novembre.

Ce composé est un polymère, une chaîne de molécules organiques capables de conduire l’électricité. Le long de la chaîne se trouvent des « bras » portant chacun un sulfure associé à un atome d’hydrogène. Lorsque le polymère entre en contact avec la plante, il est aspiré dans les canaux, les atomes d’hydrogène se détachent des bras courts, puis les sulfures se lient entre eux. Il se forme ainsi des sortes de fils électriques qui peuvent atteindre dix centimètres de long.

Après avoir fabriqué ces fils, les chercheurs ont alors rajouté sur la tige de petites pièces électroniques pour créer l’équivalent de commutateurs permettant d’interrompre le courant ou de le laisser passer. Ils ont aussi produit un assemblage de points lumineux sur une feuille, dont les couleurs varient selon le voltage du courant.

Il est encore difficile de prévoir si ces recherches déboucheront réellement sur des applications pratiques. L’alliance de l’électronique et du végétal peut sembler contre nature, mais elle ouvre des perspectives intéressantes. Berggren et ses collègues observent que « de nombreuses questions sur la biologie des plantes sont depuis longtemps sans réponse du fait du manque de technologies qui permettent de réguler précisément leurs fonctions localement et in vivo. »

La régulation artificielle des plantes existe déjà : elle peut être opérée par l’adjonction d’engrais ou d’autres produits chimiques. Mais ce n’est pas une méthode très fine, et elle recourt à des produits polluants. D’autre part, les techniques du génie génétique, qui produisent des plantes manipulées, modifient leur métabolisme. Mais elles ne permettent pas d’enregistrer ou de réguler finement des fonctions physiologiques comme pourraient le faire les techniques électroniques. De plus, les OGM sont controversés dans de nombreux pays, notamment la Suède, et tout particulièrement la France, comme le savent les lecteurs de Mediapart.

L’électronique organique pourrait être un moyen plus subtil et moins intrusif d’agir artificiellement sur les fonctions végétales. Berggren et ses collègues imaginent, par exemple, de placer quelques capteurs sur des plantes dans un champ, afin de détecter le début de la floraison et de programmer au mieux l’arrosage et l’ajout de fertiliseurs. Autre possibilité : avancer ou retarder artificiellement la floraison pour protéger les plantes d’intempéries – ce qui pourrait se révéler utile avec l’aggravation du changement climatique. Une application plus lointaine serait d’exploiter l’énergie de la photosynthèse pour produire de l’électricité à partir des plantes, sans les détruire.

Ceux qui pensent que les plantes doivent pousser toutes seules et de manière entièrement naturelle ne seront sans doute pas convaincus de l’intérêt de telles recherches. Pourtant, à peu près aucune des plantes exploitées par l’homme pour son alimentation ou à d’autres fins n’est vraiment naturelle, à commencer par les roses de jardin qu'ont utilisées Berggren et ses collègues.

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