Les plantes ne souffrent pas en silence | Pour la Science
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Voici un constat de plus qui montre à quel point les plantes sont loin d’être passives et inertes contrairement aux idées reçues depuis l’Antiquité. Il y a plusieurs dizaines d’années, les biologistes avaient observé qu’en cas de manque d’eau, des bulles d’air se formaient dans le système vasculaire des plantes où circule la sève et produisaient un phénomène de cavitation. Cette dernière est à l’origine de vibrations acoustiques qu’il est possible d’enregistrer grâce à des micros placés au contact même des plantes. Itzhak Khait, de l’université de Tel-Aviv, en Israël, et ses collègues viennent de montrer que les plantes émettent aussi des sons détectables à distance – des sortes de « clics » très courts à des intervalles apparemment aléatoires – et que ceux-ci renseignent sur l’état physiologique de la plante. En condition de stress (déshydratation ou tige coupée), les plantes produisent entre 30 et 50 clics par heure alors qu’elles sont presque silencieuses en conditions favorables. En outre, les chercheurs sont capables de distinguer les sons émis par différentes espèces et selon les caractéristiques du stress.
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Itzhak Khait et ses collègues ont surtout étudié des plants de tabac (Nicotiana tabacum) et de tomate (Solanum lycopersicum). Ils ont d’abord capté pendant une heure les sons entre 20 et 150 kilohertz (kHz) en plaçant des microphones à 10 centimètres de la plante dans des petits caissons acoustiques, sans bruit de fond. Certaines plantes n’avaient pas été arrosées depuis cinq jours, d’autres avaient eu la tige coupée, d’autres enfin avaient été maintenues en bonne santé. Les biologistes ont détecté des sons dans le domaine des ultrasons, entre 20 et 100 kHz, inaudibles pour une oreille humaine (nous entendons jusqu’à environ 16 kHz, mais les chercheurs ont modifié un enregistrement pour le rendre audible par des humains) –, mais perceptibles par certains animaux comme les chauves-souris, les souris ou les papillons de nuit jusqu’à des distances de 3 à 5 mètres. Le volume est comparable à celui d’une conversation humaine.
Grâce à un premier algorithme d’apprentissage automatique – un SVM ou support vector machine –, les chercheurs ont classé ces sons selon les diverses espèces et les différents stress appliqués aux plantes. Ils ont ensuite reproduit l’expérience sous serre, en présence de bruits de fond comme ceux des climatiseurs et des appareils de maintenance qu’ils ont préalablement enregistrés dans la serre exempte de plantes. À partir de cette base de données de sons (plantes et bruits de fond), ils ont entraîné un second algorithme, un réseau de neurones convolutifs, ou CNN. Résultat : il reste possible d’identifier les sons émis selon les espèces, le type et le niveau de stress qu’elles subissent avec une précision de 84 %.
En suivant les sons produits par les plantes soumises à une déshydratation pendant plusieurs jours, Itzhak Khait et ses collègues ont constaté que la quantité de sons croît avant même que la plante ne soit déshydratée jusqu’à un maximum après cinq jours sans eau, avant de diminuer quand elle est desséchée. Sans conclure sur l’origine biophysique des sons émis, ils évoquent une forte corrélation entre le nombre de ces derniers et la transpiration de la plante par ses stomates, de petits orifices présents dans les feuilles chargés de réguler les échanges gazeux entre la plante et l’atmosphère. De même, ils supposent qu’une partie de ces sons est due au phénomène de cavitation dans la tige, mais de futurs travaux devront le confirmer. Et si leur étude ne permet pas de conclure que toutes les plantes font du bruit, ils constatent que c’est le cas pour le blé (Triticum aestivum), le maïs (Zea mays), le raisin (Vitis vinifera), un cactus (Mammillaria spinosissima) et un lamier (Lamium amplexicaule).
« Ce travail expérimental rigoureux a le mérite de soulever de nouvelles questions, constate Adelin Barbacci, chercheur à l’Inrae : quelles sont les causes biologiques, les mécanismes à l’origine de ces sons ? Quelle est la signature spectrale de chaque plante ? Est-ce que les plantes voisines perçoivent ces sons ? Sont-elles capables de les analyser aussi finement que les algorithmes d’apprentissage profond utilisés ici ? Des animaux comme des rongeurs, des chauves-souris, des insectes les entendent-ils et à quoi leur servent ces informations ? » En attendant, les auteurs proposent qu’elles soient exploitées par les agriculteurs ou les horticulteurs pour évaluer le besoin en eau.