Rassemblés dans une collection unique en son genre, les systèmes racinaires de plus de 1 000 plantes peuvent désormais être consultés en ligne. La réapparition de ce recueil exceptionnel témoigne de l’engouement nouveau que suscitent les racines, longtemps méconnues, dans les études agronomiques.

A la découverte de 1002 plantes

À la croisée de l’art et de la botanique, le Wurzelatlas est le fruit d’un travail de recherche et de figuration titanesque. Pendant près de quarante ans, à partir des années 1960, quatre chercheurs autrichiens dirigés par la naturaliste Lore Kutschera (1917-2008) ont excavé et dessiné le système racinaire de 1 002 plantes différentes.

Cultivées ou sauvages, aromatiques ou du genre « mauvaises herbes », poussant dans les prairies, les marécages, les forêts, les sous-bois, de la famille des caryophyllaceae, des chénopodiacées, ou plus simplement de celle des betteraves, ces mille plantes ont été choisies pour leur partie invisible et restituent une à une l’immense et multiforme génie souterrain de la nature.

Sans relâche, même pendant leurs vacances, les quatre botanistes ont soigneusement dégagé et reconstitué, comme des archéologues, les dizaines, parfois centaines de ramifications très fragiles de chaque plante, pour ensuite les coucher à la plume et à l’encre sur le papier.

Allant de l’Acanthosicyos horridus, un melon sauvage qui pousse dans des régions désertiques de Namibie, jusqu’au Zygophyllum xanthoxylon, un petit arbuste succulent de Mongolie, le Wurzelatlas forme ainsi une synthèse des systèmes racinaires des plantes européennes communes, auxquelles ont été adjointes certaines espèces exotiques remarquables.

En plongeant dans l’extrême diversité des racines, ces grandes oubliées de la botanique, les curieux pourront découvrir des systèmes aussi différents que celui de la Carline acaule, un curieux chardon dont la plante ne mesure que quelques centimètres, mais dont les racines s’étendent jusqu’à 1 mètre 20 sous la terre ; ou celui de la ronce des tourbières (Rubus chamaemorus), qui colonise le sol par grosses arborescences horizontales, creusant elles-mêmes à la verticale…

Redécouverte et publication

Les mille fiches de l’atlas des systèmes racinaires ont été redécouvertes en 2006 par Klaas Metselaar, spécialiste de la physique des sols et chercheur à l’université de Wageningen, aux Pays-Bas, alors que tout laissait croire qu’elles allaient tomber dans l’oubli.

« Quand j’ai découvert cet atlas, j’ai eu le souffle coupé, a expliqué le scientifique néerlandais au journal Le Monde. Les dessins originaux m’ont émerveillé, plus encore quand j’ai réalisé le travail qu’ils ont représenté. »

L’atlas sommeillait dans un institut de botanique à Klagenfurt, une ville de 100 000 habitants au sud de l’Autriche, non loin de la frontière avec la Slovénie. Après la découverte, des écologistes et des physiciens des sols ont trouvé les financements nécessaires à la numérisation de l’ensemble des dessins en haute qualité.

Scannés à Vienne, ceux-ci sont désormais hébergés par le site de l’université de Wageningen. Chacun dispose d’une légende codée par Klaas Metselaar.

Vers une meilleure compréhension des racines

Depuis une dizaine d’années, les systèmes racinaires suscitent un engouement croissant dans les études agronomiques, qui ont multiplié les découvertes.

Très légères et fragiles, les racines n’en assurent pas moins deux fonctions vitales de la plante : l’ancrage dans le sol et le captage de l’eau et des minéraux qui complètent les sucres produits par la photosynthèse. 

Extrêmement plastiques, elles sont aussi capables d’adapter leur croissance en suivant les évolutions de leur environnement. Les quantités d’eau, de nutriments, de bactéries, la présence de plantes concurrentes, la nature du sol et des roches, dure ou poreuse, sont autant d’éléments qui influeront sur l’architecture des racines.

Un stress hydrique, par exemple, entraînera souvent un développement plus important des racines à la verticale et une réduction des élans latéraux.

Autre réaction naturelle : en 2017, une équipe de chercheurs du CEA, du CNRS et du Leibniz Institute of Plant Biochemistry (Allemagne) ont découvert qu’une carence en phosphate dans le sol inhibe le développement de la racine principale des plantes, tout en stimulant celui de leurs racines latérales.

Ce mécanisme permet aux végétaux d’explorer davantage les couches superficielles du sol, là où se concentre le phosphate, l’un des trois éléments, avec l’azote et le potassium, indispensables à leur croissance. Une telle découverte pourrait aider les agronomes à sélectionner des plantes adaptées à des sols pauvres en phosphate, afin de limiter les épandages d’engrais de synthèse.

Ainsi, dans un environnement riche en azote, potassium et phosphore, les plantes développent peu leurs racines, tandis que dans un environnement pauvre, elles ont tendance à les étendre. Dans un environnement non uniforme, enfin, les végétaux sont capables de percevoir les disparités en nutriments et de projeter une distribution racinaire inégale, c’est-à-dire ciblée, intelligente.

Une coopération naturelle

Mais comment se comportent les systèmes racinaires quand ils sont confrontés à la concurrence d’autres plantes convoitant les mêmes ressources ? C’est la question à laquelle ont essayé de répondre des scientifiques de plusieurs institutions américaines, brésiliennes et espagnoles dans une étude qui a fait la une du magazine Science en décembre 2020.

Menés par Ciro Cabal, de l’université de Princeton aux États-Unis, les chercheurs ont révélé que plus les plantes sont proches, plus elles évitent de confronter ou de superposer leur système racinaire avec celui de leurs voisines : face à la concurrence, elles vont concentrer leurs racines autour de la tige, mais créer un réseau plus dense que si elles étaient seules.

Selon les auteurs de l’étude, cette « ségrégation opportuniste » repose sur le coût que représente le développement d’une racine en fonction de la distance qui la sépare de la tige. Cela veut dire que les plantes ne vont pas étendre leurs réseaux sous-terrains si ceux-ci ne rapportent pas un minimum de nutriments, qui compenseront l’énergie dépensée.

Il en résulte une forme de coopération entre les végétaux concurrents, une coopération naturelle si l’on peut dire, car elle s’effectue sans communication directe, à priori.

Racines et champignons, l’alliance à l’origine de la vie

Il y a 450 à 500 millions d’années de cela, les premières plantes ayant colonisé l’espace terrestre n’avaient pas de systèmes racinaires, mais des sortes de tiges rampantes qui croissaient en surface, à même le sol.

Dès leur apparition, ces racines « émergées » ont accueilli des champignons dits « mycorhiziens », qui les ont aidées à capter les nutriments ou l’eau et ont accompagné leur conquête progressive des sous-sols.

Aujourd’hui, maillons essentiels du vivant, les mycorhiziens sont présents sur les racines de 90 à 95 % des espèces végétales. Comme l’écrit Florence Rosier, journaliste au Monde qui a consacré un long article sur ce sujet à la fin du mois de mai dernier :

« les filaments fongiques pénètrent dans la racine. Dans le cas des arbres, ils se faufilent entre les cellules des racines. Dans le cas des autres plantes, ils vont jusqu’à pénétrer dans ces cellules. »

De cette alliance, les végétaux et les champignons tirent un bénéfice propre. En accomplissant la photosynthèse, la plante expédie vers ses racines des sucres, dont une bonne partie est captée par les champignons.

En échange de cette précieuse alimentation, ceux-ci absorbent des minéraux et les restituent à la plante, ou s’insinuent « dans de minuscules anfractuosités pour y puiser de l’eau », également partagée, ou encore engendrent « des enzymes qui dégradent les produits organiques du sol », fournissant une nouvelle source de nutriments pour la plante.

Bref, les bénéfices de cette alliance aussi ancienne que la végétation sont inestimables. Sa compréhension montre que le système racinaire des plantes, qui constitue un tiers de la biomasse terrestre, ne pourrait exister sans son association intrinsèque avec les champignons, dont on ramasse parfois les organes sexuels, sans se douter de leur importance…