Les plantes se constituent une réserve d’eau dans le sol

Sascha Oswald de l’Institut des sciences de la terre et de l’environnement de l’université de Potsdam explique que « la question de savoir comment les plantes absorbent l’eau est non seulement importante pour le développement de nouvelles espèces de plantes économes en eau, mais aussi pour l’amélioration des modèles climatiques. En effet plus de la moitié de l’eau qui tombe sur la terre par le billet des précipitations est absorbée par les plantes et retourne dans l’atmosphère après les avoir traversées. » Le but d’un projet de recherche pour lequel il travaille avec plusieurs collèges est de montrer plus précisément ce qui se passe à l’endroit où la plante absorbe l’eau par la racine. « Les plantes absorbent l’eau présente dans le sol par les racines les plus fines, ayant quelques millimètres de diamètre – les racines plus épaisses servent alors de canalisations qui transportent l’eau. Ahmad Moradi de la University of California Davis explique : « Nous voulons comprendre la distribution de l’eau autour de ces racines. »

Les neutrons montrent la teneur en eau sans perturber les plantes

Ahmad Moradi explique le défi technique comme suit : « Ici les processus déterminants ont lieu à une échelle de quelques millimètres. Pour ne pas passer à côté de l’essentiel, nous avons par conséquent besoin d’une technique qui montre les détails plus petits qu’un millimètre et qui peut être utilisée sans avoir à extraire la plante du sol. » Les chercheurs ont trouvé la méthode idéale avec l’imagerie neutronique à l’Institut Paul Scherrer. À l’aide de neutrons, ils y ont pu réaliser des images des plantes ainsi que de la terre environnante. Grâce à ces particules, il est possible de voir à l’intérieur de différents objets à l’instar des rayons X, mais des aspects supplémentaires peuvent également êtres imagé. En effet les neutrons génèrent des images particulièrement précises de l’eau, alors que le métal ou le sable sont pratiquement transparents pour eux. « Les racines sont composées à 90% d’eau. Si on veut les examiner ou examiner le mouvement de l’eau dans le sol, les neutrons constituent un bien meilleur outil que les rayons X », souligne Ahmad Moradi.

Les chercheurs ont ainsi pu établir une image tridimensionnelle précise de la distribution de l’eau autour de des racines et déterminer la quantité d’eau présente à différents endroits dans le sol. « Pour ces mesures, l’option microscopie de l’installation a été utilisée, ce qui a permis de générer des images avec une résolution de 20 pixels par millimètre. Nous avons alors pu visualiser l’eau avec une précision suffisante. » explique Eberhard Lehmann, dont le groupe exploite les installations au PSI. « Nous avons trois sites de mesure où nous pouvons générer des images avec des neutrons – chacun d’entre eux ayant des propriétés différentes, ce qui nous a permis de tester différentes options pour l’expérience. Un grand avantage des installations du PSI est que celles-ci fonctionnent 24 heures sur 24, ce qui permet d’observer les plantes sur un cycle nycthéméral complet. » En Suisse, le PSI est la seule installation à disposer de neutrons pour la recherche.

Davantage d’eau au niveau des racines

Les résultats montrent que le sol contient environ 30% plus d’eau dans une zone de quelques millimètres autour de la racine que dans le reste du sol. On sait depuis longtemps que la racine modifie nettement son environnement immédiat. Par rapport aux autres zones, cette zone appelée rhizosphère contient bien plus de microorganismes et la concentration en métaux utiles y est plus basse parce que la plante y puise les ions métalliques. C’est à peu près ainsi qu’on s’imaginait la situation avec l’eau jusqu’à présent – c’est-à-dire que la concentration en eau était moins importante à proximité de la racine qu’a plus grande distance de celle-ci, parce que la racine puise de l’eau dans le sol et ne la restitue que par la suite. Les expériences réfutent désormais cette théorie, et ce pour les trois espèces de plantes examinées, à savoir le maïs, les lupins et les pois chiches.

Des réserves d’eau pour les temps difficiles

« Dans un premier temps, nous ne pouvions faire que des suppositions concernant la question de savoir comment la concentration en eau augmentait autour des racines. C’est probablement une substance colloïdale rejetée par la racine qui en est responsable. Cette substance peut fixer 10 000 fois son poids net en eau. La plante pourrait ainsi se constituer une réserve pour de courtes périodes de sécheresse. » explique Andrea Carminati, spécialiste en physique du sol à l’université de Göttingen. Même si cette réserve ne suffit pas à couvrir de longues périodes de sécheresse, elle pourrait aider à surmonter une période allant jusqu’à 12 heures au cours de laquelle la plante serait sinon privée de tout apport d’eau. Sascha Oswald complète cette explication comme suit: « Si on pense à l’application pratique de ces résultats, ils pourraient aider à cultiver des plantes qui résistent mieux à des périodes de sécheresse. On pourrait également apprendre à irriguer les plantes de manière à ce qu’elles ne subissent aucun dégât induit par la sécheresse.

Le projet

Le projet de recherche est conduit par des chercheurs du centre Helmholtz de recherche environnementale – UFZ, de la University of California Davis, de l’université de Potsdam et de l’université de Göttingen, qui ont par le passé travaillé ensemble à l’UFZ. Les expériences présentées ont été réalisées à l’Institut Paul Scherrer PSI (Villigen, Suisse) et encadrée par des scientifiques du PSI.

Texte : Paul Piwnicki

À propos du PSI

L’Institut Paul Scherrer développe, construit et exploite de grandes installations de recherche complexes et les met à disposition de la communauté nationale et internationale. Les principales recherches de l’Institut sont centrées dans le domaine matière et matériaux, energie et environnement, santé. Avec 1400 collaborateurs et un budget annuel d’environ 300 millions CHF, le PSI est le plus grand centre de recherche de Suisse.