L’open source se salit avec l’impression 3D
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L’open source a touché de nombreuses disciplines scientifiques, mais un domaine où il manque est la science du sol. Jusqu’à récemment, vous ne pouviez le trouver que dans les supports pédagogiques. Une équipe de l’Université de Lorraine, INRAE en France et Western University au Canada apporter l’open source à la communauté des sciences du sol.
Les expériences en sciences du sol ont eu un impact significatif grâce aux avancées technologiques développées au cours des dernières décennies. Cependant, le soutien à ces expériences a évolué très lentement et la science du sol a littéralement langui dans la boue. Les chercheurs prélèvent encore des échantillons de sol de manière «traditionnelle» dans des champs spécifiques. À cette fin, les chercheurs agricoles déterminent à l’avance quelles zones pourraient contenir le sol le plus approprié pour une expérience. Cette méthode conduit à de nombreuses approximations et paramètres non contrôlés, ce qui complique considérablement l’analyse des résultats. Ainsi, certaines études nécessitent des répétitions identiques. L’impression 3D offre une excellente opportunité pour répondre à ce besoin.
La modélisation d’une structure poreuse pour la pédologie doit tenir compte d’une combinaison de spécifications (nature du matériau, porosité et emplacement de substances spécifiques ou d’organismes vivants). De plus, l’utilisation d’une approche de conception technique améliore le processus de modélisation, et ceux-ci deviennent des modèles personnalisables et reproductibles, certaines des propriétés fondamentales de la science open source. Les principales caractéristiques du modèle sont identifiées et étudiées en fonction de la complexité des phénomènes spécifiques du sol. Avec cette modélisation, vous pouvez obtenir une approche de conception pour définir un processus de fabrication.
L’un des principaux défis pour soutenir cette approche de conception est de développer un logiciel qui permet aux pédologues de créer des modèles de sol en fonction de leurs besoins en termes de structure du sol. Ce logiciel devrait être dédié à la recherche scientifique et promouvoir le partage et l’échange de données au sein d’une communauté internationale.
La reproduction numérique d’échantillons de sol aide les universitaires et les chercheurs à mener des réseaux de recherche reproductibles et participatifs qui aident à mieux comprendre les paramètres spécifiques du sol. L’un des défis les plus critiques pour la modélisation des sols est la fabrication d’une structure de sol. Jusqu’à présent, la méthode la plus répandue pour reproduire des structures de sol poreux consiste à utiliser la tomographie aux rayons X pour balayer un échantillon réel. Ce processus est coûteux et prend du temps et ne fournit pas facilement une approche de personnalisation. Une nouvelle approche open source permet à tout pédologue de concevoir une structure de sol poreux. Il est basé sur des modèles mathématiques plutôt que sur les échantillons sales eux-mêmes, ce qui permet aux chercheurs de concevoir et de paramétrer leurs échantillons en fonction des expériences souhaitées.
Développer une chaîne d’outils open source à l’aide d’un Script Lua, dans le Glace SL slicer avec une interface graphique permet aux chercheurs de créer et de configurer leurs modèles numériques de sol, appelés monolithes. Fait sans utiliser d’algorithmes de maillage ou de fichiers STereoLithography (STL) car ceux-ci réduisent la résolution du modèle.
Les exemples de monolithes sont fabriqués en acide polylactique en utilisant technologie de fabrication de filaments fusionnés open source avec une épaisseur de couche de 0,20, 0,12 et 0,08 mm. Les images générées à partir du découpage du modèle numérique sont analysées en open source ImageJ Logiciel. ImageJ fournit des informations sur la forme géométrique interne (porosité, tortuosité, distribution granulométrique et conductivités hydrauliques). Les résultats montrent que le script développé permet de concevoir des modèles numériques reproductibles qui imitent les structures du sol avec des tailles de pores et de grains définis dans une plage allant du sable grossier (de 1 mm de diamètre) au gravier fin (jusqu’à 12 mm de diamètre).
Les échantillons générés à l’aide du script développé devraient augmenter la reproductibilité et être plus accessibles en raison des méthodes open source et peu coûteuses impliquées.
Vous pouvez lire l’étude complète en libre accès ici : Script Open Source pour la conception et l’impression 3D de structures poreuses pour la science du sol de Romain Bedell, Alaa Hassan, Anne-Julie Tinet, Javier Arrieta-Escobar, Delphine Derrien, Marie-France Dignac, Vincent Boly, Stéphanie Ouvrard et Joshua M. Pearce 2021, publié dans Les technologies 9, non. 3 : 67.
