Projets des détectives du climat 2022-2023
Titre du projet : InNovarAction : Changement climatique, qualité de l'air et économie agricole locale
L'équipe : InNovarAzione
ITI OMAR Novara Italie 7 Âge de l'élève : 14-15 ans, 16-17 ans
Est-il possible de créer un matériau super-absorbant pour l'agriculture afin de faire face à la sécheresse ?
Est-il possible de créer un matériau super-assorbant pour l'agriculture et d'aller plus loin dans la sécurité ?
Les changements climatiques et environnementaux ont un impact particulier sur l'eau. Sur les 7,7 milliards d'habitants de la planète, environ 3 milliards vivent dans des zones arides. Ces dernières, prises ensemble, couvrent 46,2% de la surface terrestre. Compte tenu des changements climatiques en cours, des longues périodes de sécheresse et de l'augmentation des zones désertiques, il est nécessaire de pouvoir étudier de nouveaux matériaux pour capter et stocker l'eau dans l'air. Dans le Piémont, l'été 2022 a connu une température moyenne de 20,7°C, avec une anomalie de température positive de 3,1°C par rapport à la moyenne 1971-2000, et a été la deuxième saison estivale la plus chaude dans la distribution historique des 65 dernières années après l'été exceptionnel de 2003. L'utilisation d'images satellites (indices NDMI, NDVI, OTCI), traitées avec des techniques avancées d'intelligence artificielle, nous a permis d'établir qu'environ 3 000 hectares de rizières ont été perdus dans la province de Novara, ce qui représente 10% de la surface totale de riz dans la région de Novara. Notre projet visait à construire un prototype permettant de capter l'humidité de l'air et de la transformer en eau. L'objectif principal était la réalisation d'un produit super-absorbant à faible coût, stable, régénérable et surtout obtenu à partir de matières premières vertes. Le gel est principalement composé de deux ingrédients bon marché et courants : la cellulose, qui provient des parois végétales des plantes, et la gomme de konjac, un épaississant utilisé en cuisine. La gomme de konjac, grâce à sa structure poreuse, capte l'humidité de l'air tandis que la cellulose, chauffée par le soleil, libère l'eau captée grâce à ses qualités hydrofuges. Les temps de synthèse sont réduits car le gel, une fois lyophilisé dans un moule, peut être décollé et utilisé immédiatement.
Les changements climatiques et environnementaux affectent particulièrement l'eau. Sur les 7,7 millions d'habitants de la planète, environ 3 millions vivent dans des zones arides. Ces derniers, réunis, représentent 46,2% des terres émergées. Compte tenu des changements climatiques en cours, des longues périodes de froid et de l'augmentation des zones désertiques, il est nécessaire d'étudier de nouveaux matériaux pour la fabrication et l'imprégnation de l'eau présente dans l'air. Dans le Piémont, l'année 2022 a connu une température moyenne de 20,7°C, avec une anomalie termique positive de 3,1°C par rapport à la moyenne de la période 1971-2000, et c'est la deuxième saison estivale la plus calme dans la répartition historique des 65 dernières années, après l'éclipse de 2003. L'utilisation d'images satellitaires (indices NDMI, NDVI, OTCI), élaborées à l'aide de techniques avancées d'intelligence artificielle, a permis de stabiliser que dans la province de Novara, environ 3 000 hectares sont encore en danger, ce qui représente 10% de la surface totale en danger de Novarese. Notre projet vise à réaliser un prototype permettant de capturer l'humidité présente dans l'air et de la transformer en eau. L'objectif principal était la réalisation d'un produit super-absorbant à faible coût, stable, rigoureux et surtout utilisable avec des matériaux écologiques de première qualité. Le gel est composé principalement de deux ingrédients économiques et communs : la cellulose, issue des parties végétales des plantes, et la gomme de konjac, un additif utilisé dans la cuisine. La gomme de konjac, grâce à sa structure poreuse, capture l'humidité de l'air, tandis que la cellulose, lorsqu'elle est scalpée avec la sole, rilascia l'eau capturée grâce à ses qualités hydrophobes. Les délais de péremption sont réduits car le gel, une fois filtré dans un timbre, peut être stocké et utilisé immédiatement.
Mesure de l'absorption de la vapeur d'eau : Avant de mesurer l'absorption de vapeur d'eau, tous les échantillons ont été séchés dans un four à 90 °C pendant au moins 2 heures. Les échantillons de polymère super hygroscopique (SHPF) séchés ont été placés dans des flacons, puis scellés dans un système d'humidité contrôlée (séchoir ou micro-serre). L'humidité relative dans la chambre d'essai a été stabilisée à la valeur souhaitée à l'aide d'une solution sursaturée d'un sel spécifique. L'humidité relative de ~15% et ~30% a été obtenue en utilisant des solutions sursaturées de LiCl et de CH3CO2K, respectivement. Un hygromètre et une sonde thermométrique ont été utilisés pour contrôler l'humidité relative et la température dans la chambre. A l'aide d'une microbalance, nous avons ensuite observé les variations de poids pendant les phases d'absorption et de désorption ; une lampe IR a été utilisée pour la désorption contrôlée. Les résultats expérimentaux obtenus permettent de déduire que les concentrations optimales des réactifs sont les suivantes : KGM 4,6% poids et HPC 1% poids.
- Les polymères peuvent effectuer plus de 10 cycles d'absorption-désorption par jour.
- L'eau absorbée peut être libérée rapidement à des températures de chauffage solaire de 30 °C.
- L'absorption d'eau diminue avec l'augmentation de la teneur en HPC
- La gomme de konjac et l'hydroxypropylcellulose sont des biomasses renouvelables et peu coûteuses
- L'épaisseur de polymère la plus faible absorbe 0,64 g∙g -1 d'eau à 15% par H.R.
Misura dell'assorbimento del vapore acqueo : Avant la mesure de l'absorption de la vapeur d'eau, tous les échantillons sont placés dans des flacons à 90 °C pendant environ 2 heures. Les échantillons de polymères super igroscopiques (SHPF) placés dans les flacons sont introduits à l'intérieur des flacons et ensuite placés dans un système à humidité contrôlée (essiccatore ou micro-serra). L'umidità relativa inella camera di prova è stata stabilizzata al valore desiderato con una soluzione sovra-satura di un sale specifico. L'umidità relativa del ~15% e del ~30% sono realizzate utilizzando rispettivamente soluzioni super-sature di LiCl e CH3CO2K. Pour le contrôle de l'humidité relative et de la température dans la caméra, on a utilisé un igromètre et une sonde thermométrique. Au moyen d'une microbilancie, nous avons ensuite observé les variations de poids pendant les phases d'absorption et de désorption. Une lampe IR a été utilisée pour contrôler la désorption. Dai risultati sperimentali ottenuti si deduce che le concentrazioni ottimali dei reagenti sono : KGM 4,6% poids et HPC 1% poids.
- Les polimères peuvent faire plus de 10 cycles d'absorption-désorption par jour.
- L'acqua assorbita può essere rilasciata in tempi brevi con temperature di riscaldamento solare di 30 °C.
- L'absorption d'eau diminue avec l'augmentation de la teneur en HPC
- La gomme de konjac et l'idrossipropilcellulose sont des biomasses renouvelables et à faible coût
- La dose la plus faible de polimère correspond à 0,64 g∙g -1 d'eau pour le 15% de H.R.
L'analyse des données satellitaires, les enquêtes de l'Arpa Piemonte et les études menées par l'Agence nationale du riz montrent clairement que le changement climatique en cours, la pénurie d'eau et l'augmentation de la pollution atmosphérique compromettent la production et la qualité du riz dans la région de Novara. Notre action concrète consiste à créer une rizière expérimentale d'un mètre carré à l'intérieur de la pelouse de notre école. Le sol de la rizière sera traité avec le gel super-absorbant à base de gomme koniac et d'hydroxy-propyl-cellulose, en expérimentant la variété de riz Prometheus 81, qui a un système racinaire beaucoup plus développé et peut donc pousser plus profondément. De cette manière, la plante peut atteindre des couches de sol qui ne seraient normalement pas explorées par d'autres variétés de riz au système racinaire horizontal.
L'analyse des données satellitaires, des relevés de l'Arpa Piemonte et des études réalisées par l'Entente nationale sur les risques montre que les changements climatiques en cours, la carence en eau et l'augmentation du taux d'humidité de l'air compromettent la production et la qualité des risques sur le territoire de Novarese. Notre action concrète prévoit la réalisation d'une station expérimentale d'un quadrat de métro à l'intérieur de l'enceinte de notre école. Le sol de la station sera traité avec un gel super absorbant à base de gomme de koniac et d'idrossi-propil-cellulose, afin d'expérimenter la variété de risque prometeo 81 qui possède un aspect radical beaucoup plus développé et qui peut donc se développer davantage en profondeur, la pianta, in questo modo, può raggiungere strati del suolo che normalmente non verrebbero esplorati da altre varietà di riso con un sistema radicale di tipo orizzontale.
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Ce projet a été traduit automatiquement en anglais.
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