Sécheresse : et si le sol détenait les réponses ?

Qu’elles mesurent quelques centimètres ou plus de 100 mètres, les plantes semblent fermer leurs pores au même seuil de tension. Une découverte de Mathieu Javaux, professeur et chercheur à l’UCLouvain, et ses collaborateurs qui révèle comment le sol impose ses lois à la végétation. Grâce au partage de connaissances et à un modèle mathématique, la découverte de cette potentielle limite universelle de -1,3MPa enrichit nos connaissances sur les végétaux et pourrait bien ouvrir des perspectives sur comment adapter l’agriculture aux sécheresses à venir.

Les plantes et le sol : une relation sous tension

Comme nous, les plantes transpirent. Elles perdent de l’eau par des petits trous à la surface de leurs feuilles appelés stomates. Ces pores servent à capter le CO₂, dont les plantes ont besoin pour grandir.

Pour pouvoir récolter ce gaz, les stomates doivent donc s’ouvrir et, de ce fait, perdent de l’eau. « Cette perte peut expliquer pourquoi 500 litres d’eau sont nécessaires pour produire 1 kg de blé », nous explique Mathieu Javaux, professeur à la Faculté des bioingénieurs (AGRO - UCLouvain) et chercheur au Earth and Life Institute. Néanmoins, cette transpiration n’est pas du gaspillage : elle fait circuler la sève, permet de prélever les nutriments du sol et refroidit la plante.  La transpiration alimente aussi le cycle de l’eau continental. En effet, « à l’échelle des continents, le flux par transpiration représente 60 % des précipitations totales », nous révèle-t-il.

Seulement, la problématique est que si la plante perd trop d’eau, elle risque la déshydratation. D’où la question de départ : quand les stomates se ferment-ils ?

Chez les plantes, l’eau circule des racines jusqu’aux feuilles à travers un réseau de vaisseaux appelé xylème. Cette colonne continue est soumise à une tension importante due à la transpiration, comme si la plante aspirait l’eau vers le haut à travers une paille géante. 

Cependant, la régulation de cette tension demeure complexe. Si elle devient trop forte, le risque d’embolie apparaît. En effet, des bulles d’air peuvent se former dans le xylème, interrompant la circulation de l’eau. 

Sans eau, la plante se dessèche et finit par mourir. C’est pourquoi la régulation de cette tension est vitale et pose une seconde question : qu’est-ce qui détermine la tension de fermeture des stomates ?

L’histoire d’une potentielle limite universelle

Afin de répondre à ces questions, Mathieu Javaux, Tim Brodribb (Université de Tasmanie) et l’équipe d’Andrea Carminati (ETH Zurich) ont regroupé toutes les données existantes de tension lors de la fermeture des stomates. Ces mesures avaient été partagées par divers laboratoires sur 19 variétés différentes. En parallèle, un modèle mathématique a également été utilisé pour simuler le comportement de l’eau dans le sol et la plante. 

Résultat : le seuil de -1,3 mégapascals (MPa) est apparu comme une constante à partir de laquelle les stomates commencent à se fermer, peu importe le type de plante. Pourquoi cette limite universelle ? Ce n’est pas un hasard, elle découle des lois d’hydraulique des sols : au-delà de cette tension, extraire l’eau du sol devient beaucoup moins efficace pour la plante.

Mais alors, pourquoi certaines plantes résistent-elles mieux à la sécheresse ?

Le seuil de -1,3 MPa marquerait le début de la fermeture des stomates, pas leur fermeture totale. En effet, certaines plantes peuvent fermer leurs stomates rapidement et d’autres les gardent ouverts plus longtemps. Ces deux stratégies ont leurs avantages et inconvénients. 

D’un côté, fermer rapidement les stomates permet une meilleure survie en conditions arides au détriment de la croissance. De l’autre côté, garder les stomates ouverts plus longtemps permet une meilleure croissance mais une vulnérabilité en cas de sécheresse. D’autres facteurs entrent également en jeu comme la taille des racines, la surface des feuilles et la résistance à l’embolie.

Ces résultats ont été publiés en janvier dans la revue internationale Science et découlent de la mise en commun de résultats de nombreux laboratoires. Ceci prouvant, une fois de plus, l’importance du partage des connaissances, notamment dans le contexte du changement climatique.