Les plantes, sensibles à leur environnement et capables de s'y adapter en mouvements

Les scientifiques ont établi récemment que les plantes sont capables de percevoir leur environnement, et de s'y situer, et qu'elles ont la capacité de réagir aux modifications de cet environnement. Les chercheurs INRAE s'intéressent notamment à l'effet du vent sur les plantes. Comment le perçoivent-elles, et quelles capacités mobilisent-elles pour réagir ? Le vent, et notamment les épisodes de tempêtes qui risquent de se multiplier dans le contexte du changement climatique, ont des répercussions sur les cultures (problème de verse) et les forêts (problème de casse, mais aussi de verse et de qualité des bois produits). Les nouvelles connaissances sur le fonctionnement des plantes ouvrent des pistes à la communauté agronomique et forestière, qui se mobilise pour mitiger les effets du changement climatique sur les cultures et les forêts.


Se tenir debout face au vent et à la gravité tout en déployant son feuillage pour capter la lumière est un grand challenge pour une plante. En effet son feuillage est aussi une masse à porter et une voilure tendue au vent. De plus pour ne pas s'affaisser sous son propre poids, sa tige doit être suffisamment rigide. Mais alors elle devient un bras de levier qui amplifie la force liée à la prise au vent ! Et tout cela varie continûment au cours de la croissance de la plante ! Heureusement, la sélection naturelle depuis la conquête de la terre ferme par les plantes leur à conféré une double capacité:

- La capacité de sentir les vents un peu inhabituels afin de mesurer son degré d'exposition au vent et le niveau de risque subi, afin le cas échéant de se renforcer: c'est une stratégie de résistance adaptée à la situation.

- La capacité à sentir des inclinaisons qui dirent et à les corriger: c'est une stratégie de contrôle postural et de résilience en cas d'accident de verse.

Commençons par le contrôle postural et la résistance à la verse. À chaque instant, les plantes effectuent des mouvements imperceptibles qui leur permettent de se maintenir debout. Nous ne sommes pas conscients de ces mouvements, trop lents pour nous, même si une plante qu'on incline peut parfois se redresser en quelques heures.

C'est la combinaison de la perception de la gravité par les plantes et leur perception de leur propre forme (proprioception) qui permet aux plantes de rester droites contre vents et gravité. Si nous pouvions voir les mouvements des plantes, nous les verrions en permanence maintenir leur équilibre et leur posture. C'est ce processus "sensori-moteur" qui permet aux agriculteurs d'avoir des champs de blés dressés, et aux forestiers de récolter des troncs droits. Ce contrôle postural est rendu possible par des mouvements actifs (appelés gravitropisme), sous l'effet moteur de la croissance différentielle ou de bois de réaction. La réussite de ce contrôle postural est très importante pour la plante, mais aussi pour ses usages agronomiques (récupération des verses des céréales) ou forestiers (défauts de forme des troncs et de qualité du bois).

Les chercheurs INRAE participent à la compréhension des mécanismes en jeu, et contribuent à les décrypter. Ils ont par exemple démontré que si les plantes oscillent fortement dans le vent, elles ne confondent pas ce balancement avec une perte de verticalité. Ils ont aussi découvert l'extrême précision leur permettant de percevoir ces inclinaisons, grâce à un système composé de cellules contenant des grains d'amidon (statolithes). Ces résultats ouvrent des perspectives en agronomie, mais aussi dans le domaine du biomimétisme pour la mise au point de capteurs de position de haute précision.

La perception du vent et la modification de la croissance et de la forme de la plante est l'autre série de découvertes faite par l'équipe de Bruno Moulia. La plante sent quand elle ploie sous le vent et enclenche alors une réponse dite de thigmomorphogénèse par laquelle elle réduit sa croissance en hauteur, augmente la croissance en diamètre de ses tiges, modifie les propriétés mécaniques de ses tissus constitutifs et accentue son ancrage racinaire. Ces réponses mobilisent de la signalisation à longue distance au sein de la plante dont les scientifiques ont montré qu'elle utilise un canal original dans le vivant, basé sur des surpressions hydrauliques dans leur système vasculaire.

Évidemment cette capacité à répondre au vent est d'autant plus cruciale que la plante est grande ; elle est donc vitale pour les arbres. Les scientifiques ont combiné les dernières connaissances sur les réponses des plantes au vent avec celles sur les réponses à la lumière pour construire un modèle de développement d'arbre. Les arbres virtuels sont capables d'intercepter la lumière, de répartir les produits de la photosynthèse entre organes, d'initier des branches, mais aussi de produire des graines qui germent après être tombées. Surtout, le modèle inclut deux découvertes récentes: la localisation des nouvelles branches qui bourgeonnent dépend de la lumière reçue et la croissance en diamètre des troncs et des branches est pilotée par la perception des déformations au vent (thigmomorphogénèse). En simulant virtuellement 200 000 ans de sélection naturelle dans des forêts virtuelles, ils ont pu montrer que la forme arborée a pu émerger de la seule combinaison de la réponse à la lumière et au vent.

Enfin, peut-être encore plus surprenant, il a été montré en conditions naturelles que les plantes sont capables de distinguer les vents courants des coups de vent inhabituels qui seuls indiquent l'exposition au risque de tempête ; ce grâce à une mémorisation et à un processus d'habituation, dont l'équipe étudie actuellement les mécanismes moléculaires.