Des capteurs en papier pour la chaîne alimentaire

Alors que la population mondiale ne cesse de croître, la pression est forte sur l’ensemble de la chaîne alimentaire. Au départ de cette chaîne, les agriculteurs sont en quête perpétuelle de croissance et de rendement améliorés pour leur production. Pour cela, ils comptent sur des systèmes de mesure des cultures, également à même de surveiller la fraîcheur du stock collecté. Les capteurs en question s’appuient majoritairement sur les valeurs d’humidité et de température relevées dans les serres et dans les champs.

Actuellement, ces capteurs sont fabriqués par des méthodes d’impression par jet d’aérosol, par jet d’encre, par gravure ou encore par sérigraphie (dépôt d’encre à travers un écran). Mais la nature liquide de ces techniques ne permet pas l’usage de matériaux biodégradables, et ce sont finalement des plastiques qui sont employés. Comment parvenir à allier performance, rentabilité et biocompatibilité ?

Des électrodes en argent à même le papier

À la recherche d’appareils de mesure plus respectueux de l’environnement, des chercheurs de l’université d’Auburn en Alabama (États-Unis) se sont tournés vers le papier. En effet, ses fibres de cellulose forment une surface poreuse à la fois biodégradable et abondante. Le résultat de leurs travaux est paru le 21 janvier 2025 dans le Journal of Laser Applications. Le premier auteur de l’étude, Suman Jaiswal, et ses collègues ont développé leurs capteurs imprimés sur papier par la technique de nanofabrication additive à sec, et ce sur quatre types de papier non enduit issus du commerce. Des électrodes en argent interdigitées, c’est-à-dire reliées entre elles à la manière des doigts de deux mains entrecroisées, ont ainsi été imprimées sur des substrats à la solubilité et à l’épaisseur variées. Ces électrodes conductrices jouent le rôle de conducteur et de résistance, nécessaires pour capter aussi bien l’humidité que la température du milieu.

Quand le papier absorbe la vapeur d’eau, la capacité – la quantité de charges électriques portées par le condensateur – change. La mesure de cette valeur permet ensuite de remonter à l’humidité relative de l’environnement. Du côté de la température, son augmentation se traduit par un gain de résistivité au niveau des conducteurs électriques. Afin de s’assurer de la fiabilité de leur invention, Suman Jaiswal et son équipe ont testé la capacité d’absorption d’humidité ainsi que la réponse des électrodes aux variations de température. Il en est ressorti des mesures précises pour des niveaux d’humidité relative allant de 20 à 90 %, et pour des valeurs de température se trouvant entre 25 et 50°C. À l’avenir, chaque capteur pourra être utilisé jusqu’à deux fois avant d’être éliminé par biodégradation, en toute sécurité. Un bond en avant vers une agriculture plus intelligente dans sa gestion des cultures et de leur stockage.