L'État de Caroline du Nord joue un rôle essentiel dans la gestion de l'industrie agricole mondiale
Date publiée:RALEIGH – Le phosphore est essentiel à tous les êtres vivants, l’un des éléments constitutifs de l’ADN et de la monnaie énergétique des cellules.
L’approvisionnement alimentaire dépend des engrais phosphorés, mais leur utilisation est inefficace et non durable : des gisements de phosphate non renouvelables sont exploités, et seuls 20% du phosphore utilisé dans le système alimentaire parviennent à l’alimentation humaine.
Une partie importante du phosphore s'infiltre dans les sols et l'eau douce, devenant un contaminant qui tue les animaux, favorise la prolifération d'algues et élargit les zones mortes côtières. Déséquilibré, cet élément vital peut mettre fin à la vie.
Le Science et technologies pour la durabilité du phosphore (STEPS) Center s’efforce de découvrir et de développer des moyens de recycler le phosphore, de rendre notre système alimentaire plus efficace et de protéger l’environnement des déchets. Basé à NC State et récompensé par la National Science Foundation, le STEPS Center a été lancé en octobre 2021 après quatre ans de préparation. Cela contribue déjà à la compréhension mondiale de la durabilité du phosphore.
"Cela a été très engageant et enrichissant parce que nous avions cette vision pour STEPS, et maintenant nous passons par la mise en œuvre", a déclaré Ross Sozzani, co-directeur adjoint du centre et chercheur à la NC State University et professeur de biologie végétale et microbienne. "C'est excitant de voir les choses se mettre en place."
EXPLOREZ LE CENTRE STEPS
Basé à NC State, le STEPS Center est composé de plusieurs institutions chargées d'étudier des solutions durables à l'utilisation du phosphore.
Dirigé par NC State et basé sur Centennial Campus, STEPS comprend huit institutions supplémentaires à travers le pays : Appalachian State University, Arizona State University, Marquette University, North Carolina A&T State University, RTI International, University of Florida, University of Illinois at Urbana. -Champaign et l'Université de Caroline du Nord à Greensboro. Le centre a été attribué pendant la pandémie de COVID-19, au milieu du semestre d'automne et avant l'achèvement de la construction de son siège, le bâtiment des sciences végétales.
"Nous avons atterri dans l'un des centres les plus prestigieux décernés par la National Science Foundation dans des conditions vraiment difficiles", a déclaré Jacob Jones, directeur du STEPS Center et professeur émérite de Kobe Steel en science et ingénierie des matériaux à NC State. « Mais l'engagement et la collaboration de l'équipe lors du lancement du centre ont dépassé mes attentes. Nous avons des gens qui interagissent physiquement et virtuellement avec le centre. Après avoir travaillé là-dessus pendant quatre ans, c'était plutôt excitant.
Parce que la durabilité du phosphore est une question complexe, STEPS s’appuie sur la diversité des compétences et des sujets. Les recherches du centre se concentrent sur la recherche fondamentale exploratoire inspirée par l'utilisation, qui va de l'échelle moléculaire et matérielle à la manière dont les humains interagissent avec la technologie, en passant par les impacts économiques et sociaux mondiaux de la durabilité du phosphore.
L'un des domaines d'intervention du centre est l'informatique de convergence, qui implique de collecter une quantité importante d'informations, de fusionner divers ensembles de données et d'utiliser des algorithmes d'apprentissage automatique pour éclairer les prochaines étapes de la recherche. L'informatique de convergence utilise la science des données pour évaluer et prédire de nouveaux matériaux, technologies et stratégies. Au STEPS, les chercheurs utilisent ces stratégies pour étudier la capture du phosphore ainsi que la décomposition et la modification des composés du phosphore. Le centre créera et diffusera de nouvelles connaissances sur la durabilité du phosphore.
"L'objectif n'est pas de créer et de déployer des solutions technologiques uniques", a déclaré Jones. « Nous voulons créer un certain nombre de découvertes et de développements fondamentaux qui aideront l’ensemble de la communauté scientifique du phosphore à progresser. »
Le centre a une durée de fonctionnement de cinq ans, avec la possibilité de le renouveler pour cinq ans supplémentaires. Les partenariats externes sont particulièrement importants pour que le centre puisse continuer à faire des découvertes même après la fin du prix.
« Nous découvrons actuellement de nouvelles connaissances sur la durabilité du phosphore, et nous le ferons au cours de la dixième année », a déclaré Jones.
DES RECHERCHES COUVRANT DES SUJETS ET DES ÉCHELLES
D’ici 25 ans, STEPS espère contribuer à réduire la dépendance humaine aux phosphates extraits d’ici 25% et à réduire les pertes de sources ponctuelles et diffuses de phosphore dans les sols et les ressources en eau d’ici 25%.
Trois thèmes fondent STEPS : l’échelle des matériaux, l’échelle humaine-technologique et l’échelle régionale et mondiale. Les domaines spécifiques comprennent, sans toutefois s'y limiter, la chimie, la physique, les sciences animales, la bio-ingénierie, l'écologie, la sociologie et les politiques publiques.
« Nos chercheurs entreprennent divers travaux : ils sont assis devant des microscopes pour observer les particules, se rendent dans des installations de traitement des eaux usées pour collecter des échantillons, utilisent des laboratoires de chimie humide pour synthétiser de nouveaux matériaux, simulent des molécules biologiques à l'aide de techniques informatiques et examinent des cartes spatiales de la façon dont le phosphore est présent. distribués à travers les États-Unis – juste pour quelques exemples », a déclaré Sozzani.
Nous souhaitons créer un certain nombre de découvertes et de développements fondamentaux qui feront avancer l’ensemble de la communauté scientifique du phosphore.
Le premier axe de recherche du centre, à l'échelle des matériaux, est de découvrir et de développer de nouveaux matériaux inorganiques, organiques et bio-inspirés pour libérer, capter et récupérer le phosphore et les espèces contenant du phosphore tant dans les liquides que dans les solides. Des exemples de projets de recherche en cours comprennent les transformations chimiques et biologiques du phosphore non réactif, la récupération du phosphore à l'aide d'ions chargés positivement et l'avancement de l'analyse du phosphore.
Le deuxième thème de recherche, à l'échelle humaine et technologique, évalue la viabilité des technologies de récupération du phosphore à partir de flux de déchets complexes, optimise les propriétés des sols et améliore la bioaccessibilité des phosphates récupérés. Les projets de recherche en cours comprennent le développement de nouveaux composés du phosphore pour en faire un engrais durable, l'examen des mécanismes génétiques du phosphore végétal et le contrôle du phosphore existant dans les sols.
Le troisième thème de recherche, à l’échelle régionale et mondiale, consiste à utiliser une approche systémique pour évaluer comment l’intervention humaine, l’intervention politique et l’adoption de technologies pourraient affecter la durabilité du phosphore à différentes échelles selon divers scénarios alternatifs de changements socioéconomiques, politiques et environnementaux. Certains projets de recherche en cours impliquent la création d'un budget et d'une carte nationaux du phosphore, l'établissement de données et d'outils de référence afin de simuler les flux de phosphore et l'évaluation des perceptions et des besoins des parties prenantes dans la recherche sur la durabilité du phosphore.
DIVERSITÉ DE PENSÉE ET D'ACTION
Trouver des solutions à un problème aussi complexe nécessite une collaboration entre chercheurs de différents domaines et d’horizons différents. L'informatique de convergence et les trois thèmes de recherche soulignent l'engagement du centre envers la recherche interdisciplinaire. Même son siège, le Bâtiment des Sciences Végétales, favorise une culture d’interdisciplinarité.
« Le bâtiment des sciences végétales nous permet de rassembler, dans un emplacement central, de nombreux professeurs, étudiants et post-doctorants, et offre un espace intersectionnel pour un projet très vaste et complexe », a déclaré Jones. Et c'est bénéfique d'être dans un foyer avec d'autres projets interdisciplinaires. « Tout le monde dans le bâtiment peut apprendre de nos expériences. De même, nous pouvons apprendre des autres projets du bâtiment.
"La connexion de plusieurs disciplines est un élément essentiel de l'entreprise de recherche de NC State", a déclaré Genevieve Garland, vice-chancelière associée aux opérations de recherche et aux communications et chef de cabinet du Bureau de la recherche et de l'innovation. Garland dirige l'unité de recherche interdisciplinaire du bureau. « Nos chercheurs rassemblent différentes compétences et expertises pour résoudre des problèmes de manière véritablement dynamique. En favorisant les initiatives interdisciplinaires, NC State crée des solutions holistiques et globales à des problèmes mondiaux complexes.
Au-delà des projets et des sujets de recherche, STEPS a un objectif ambitieux en matière de diversité : son objectif d'élargissement de la participation est d'avoir plus de 501 TP3T d'individus impliqués issus de groupes sous-représentés. La diversité des cultures, des perspectives et des expériences mène à des recherches originales et innovantes. Cet objectif nécessite de tirer parti de tout ce que NC State a à offrir en termes de recrutement de diplômés, de sensibilisation aux communautés mal desservies et d'alignement des visions de la diversité du STEPS Center et de NC State.
"L'université croit vraiment de tout cœur à la diversité et à l'interdisciplinarité, et il s'agit d'un excellent partenariat entre STEPS et NC State", a déclaré Jones. « Nous avons cet objectif d’élargir la participation parce que nous savons qu’apporter des expériences et des perspectives diverses favorise l’innovation. »
Pendant au moins quatre années supplémentaires, STEPS continuera de promouvoir la diversité, en appliquant la recherche sur la convergence et en faisant progresser la durabilité du phosphore. Ce faisant, le centre préparera les étudiants à travailler sur des problèmes complexes et interdisciplinaires et à découvrir les connaissances fondamentales pour créer un environnement plus sûr et plus sain pour tous.
Source originale de l’article : WRAL