La revue du projet

Le système vasculaire des plantes : une force écologique qui soulève des montagnes (d’eau), un pilier de l’évolution des êtres vivants, une source prometteuse de développement(s).

Ces plantes qui c(r)achent de l’eau
Antoine de Saint-Exupéry ne croyait probablement pas si bien dire, lorsqu’il écrivit : « Eau, tu n’as ni goût, ni couleur, ni arôme, on ne peut pas te définir, on te goûte, sans te connaître… » Saviez-vous que nous sommes entourés de colonnes d’eau qui coulent de bas en haut, semblant défier la gravité et pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres ? Cela paraît incroyable et pourtant il existe bel et bien, tout autour de nous, des colonnes aqueuses qui s’élèvent comme des cordes tractées vers le haut. Si vous ne les avez jamais remarquées, c’est probablement parce que ce phénomène se produit au sein du corps des plantes dites « vasculaires », c’est-à-dire pourvues de vaisseaux par lesquels circule l’eau puisée par les racines. Ces plantes sont celles les plus connues du grand public, telles que celles à fleurs, les arbres (qu’ils soient à fleurs ou non), ainsi que les fougères. Comme elles ont un système efficace de transport d’eau, elles sont particulièrement bien adaptées à la vie terrestre et donc très présentes à la surface de notre planète. Mais attention, toutes les plantes ne sont pas vasculaires : par exemple, les mousses ne le sont pas.

La « plomberie » : les deux réseaux
Comme nous, les plantes vasculaires sont des organismes vivants constitués de nombreuses cellules, elles-mêmes organisées en tissus, en organes et en systèmes. Comme nous, la plupart des plantes terrestres disposent d’un système de vaisseaux, mais l’analogie s’arrête là. En effet, les plantes ont un mode de vie bien différent du nôtre, et leur système vasculaire ressemble moins à nos circuits d’artères et de veines qu’à de la plomberie. Mais quelle plomberie ! Situé au centre de leur corps, ce système se compose de deux types de tuyaux formant deux réseaux parallèles.

Le réseau de la sève
Le premier réseau est un tissu appelé « phloème » et qui transporte ce que l’on appelle la « sève élaborée ». La sève élaborée, c’est celle à laquelle on pense lorsque l’on a les doigts qui collent après avoir cueilli des fleurs. Pourtant, ce n’est pas pour nous agacer que la sève élaborée colle, c’est parce qu’elle contient des sucres issus de la photosynthèse réalisée dans les feuilles, et qui doivent être répartis au sein de la plante pour en nourrir toutes les parties. Par conséquent, le phloème peut être vu comme un réseau fascinant de redistribution entre les différents organes végétaux. Pourtant, même s’il y aurait beaucoup à dire sur le phloème, le cœur de cet article est consacré à l’autre réseau vasculaire, qui permet aux plantes de transporter l’eau vers le haut.

Le réseau de l’eau
Ce second réseau s’appelle « xylème », du grec xylon qui signifie « bois ». C’est lui qui transporte l’eau et les minéraux puisés dans le sol par les racines jusqu’aux feuilles où de l’eau s’évapore par transpiration. En effet, les plantes vasculaires sont capables de transpirer, grâce à des cellules associées en couples, appelées « stomates », et capables d’ouvrir un espace entre elles, ou de le refermer, pour contrôler la quantité d’eau évaporée. La quantité d’évapotranspiration, au niveau des stomates, contrôle en grande partie la quantité d’eau qui circule dans le xylème. En effet, il existe une théorie (attribuée aux travaux de Josef Böhm en 1893, à ceux d’Henry H. Dixon et de John Joly en 1894 ainsi qu’à Eugen Askenasy en 1896), dite de la « cohésion-tension », qui analyse le phénomène. Elle explique que l’eau puisse circuler de bas en haut, sans qu’un cœur, ou quelque autre genre de moteur, ne lui fournisse de l’énergie pour s’élever. Cette théorie repose sur les propriétés de l’eau qui lui garantissent une forte cohésion dans un espace réduit, par exemple au sein des vaisseaux du xylème, dont le diamètre varie de quelques dixièmes de millimètre à quelques millièmes de millimètre seulement. Ainsi, lorsque de l’eau s’évapore depuis les feuilles des plantes, sa cohésion, dans l’espace étriqué des vaisseaux du xylème, génère une tension qui tire la colonne d’eau vers le haut, d’où le nom « théorie de la cohésion-tension ». Ces idées ont, bien sûr, été précisées et complexifiées depuis la fin du XIXe siècle, mais la cohésion de l’eau associée à l’évapotranspiration demeure la principale explication de son ascension au sein des plantes.

Le continuum
sol-plante-atmosphère
La quantité d’eau transportée dans un vaisseau du xylème pourrait nous sembler dérisoire en raison du diamètre minuscule où elle passe. Pourtant, multipliée par le nombre de vaisseaux dans une unique plante et par le nombre de plantes vasculaires sur Terre, il apparaît clairement que la quantité d’eau élevée par les plantes est réellement impressionnante. Ainsi, ces végétaux soulèvent-ils des montagnes d’eau qu’ils transfèrent depuis le sol jusque dans l’atmosphère, participant grandement au cycle de l’eau à travers ce que le scientifique T. H. van den Honert a décrit en 1948 comme le « continuum sol-plante-atmosphère ». Il va donc sans dire que le xylème des plantes est une force majeure de déplacement de l’eau, qui façonne notre environnement, notre écologie.

Les plantes vasculaires
et la vie sur terre
La vie a vraisemblablement commencé dans l’eau, puis l’évolution des êtres vivants leur a permis de coloniser l’immense majorité de la surface terrestre. Pourtant, l’étude des fossiles indique que les premières plantes terrestres – différentes sortes de mousses – étaient relativement mal adaptées pour supporter la sécheresse de ces milieux, comparés aux milieux aquatiques. Ainsi, ces plantes vivaient-elles généralement à proximité de points d’eau, jusqu’à ce que l’évolution les dote d’outils plus adaptés à la vie terrestre, tels que les racines et le système vasculaire. Ces nouvelles plantes purent alors croître en taille (comparez les mousses et les arbres, par exemple), en aires d’habitation et en diversité, au point que, de nos jours, les plantes vasculaires couvrent la majorité des surfaces terrestres et représentent plus de 90 % des espèces des plantes qui s’y trouvent. Cette colonisation des terres par les plantes vasculaires a provoqué d’énormes changements environnementaux, notamment la modification du taux d’oxygène dans l’atmosphère, elle a grandement contribué au développement d’autres formes de vie en milieux terrestres, comme les animaux (dont nous faisons partie). À ce titre, le système vasculaire des plantes peut être considéré comme un des piliers de l’évolution de la vie terrestre telle que nous la connaissons, et demeure un élément essentiel de son fonctionnement !

Le système vasculaire
des plantes comme source de développement
Le système que nous venons de présenter, en plus de son immense importance pour l’évolution de la vie et pour le fonctionnement de l’environnement, représente une source prometteuse de développement. En effet, le xylème, qui forme le bois chez les arbres, est une abondante source de biomasse, c’est-à-dire de matière vivante, produite de façon renouvelable grâce à la photosynthèse. Cette biomasse du xylème peut donc être vue comme une forme de stockage de l’énergie solaire captée par la photosynthèse. Il serait donc possible de produire des carburants, dits « biocarburants de deuxième génération », à partir du bois des arbres, de manière renouvelable, à condition de replanter au moins autant que ce qui est consommé et de préserver la biodiversité. D’autres produits tels que des huiles et des substituts pour les matières plastiques pourraient aussi être générés à partir de la biomasse du xylème. Enfin, des ingénieurs tentent depuis plusieurs années de reproduire la façon dont le xylème transporte l’eau sans apports d’énergie. Si cette stratégie aboutissait, la consommation d’énergie de nos sociétés, liée à l’acheminement de l’eau, s’en verrait grandement diminuée. n

*Sacha Escamez est biologiste.  Il est postdoctorant à l'université d’Umeå (Suède).

La Revue du projet, n° 62, décembre 2016