Un arbre poussera toujours vers le haut. C'est rassurant. Oui mais pourquoi ? Photo archives AFP

"Dis maman, dis papa, pourquoi les fleurs elles poussent toujours vers le haut ?" En voilà une sacrée bonne question ! Pas pire que : "Dis, pourquoi le ciel est bleu ?". Ou encore que : "Dis, pourquoi la mer elle est salée ?". Mais pas plus facile non plus. Avouons-le, si nous soupçonnons que la gravité a quelque chose à voir dans l'histoire, la très grande majorité d'entre nous n'en sait finalement strictement rien.

Rien d'anormal à cela : la question est au fond tellement complexe qu'elle agite encore le monde des chercheurs. Même en ce début de XXIe siècle où l'on sait envoyer autour de la Terre des Thomas Pesquet (et les faire revenir en pleine forme) ou encore expédier des robots spatiaux sur Mars. La preuve : une étude scientifique française a récemment été publiée sur le sujet, le 30 avril 2018. De là à vous permettre de répondre à vos chères petites têtes brunes, blondes ou rousses... Allez, c'est parti, on s'accroche ! 

Comment les plantes ressentent-elles si précisément la gravité

Le secret des plantes, expliquent les scientifiques, réside dans leur extrême sensibilité à la gravité. Même pour les plus petites inclinaisons qu'elles subissent. Si l'on enterre un bulbe de tulipe ou de jacinthe à l'envers, si l'on incline artificiellement une plante ou un arbre ou s'ils sont bousculées naturellement par le vent, ils corrigeront toujours leur croissance pour pousser à nouveau à la verticale. Ca, ça va. On l'a tous observé. Mais comment la plante l'a-t-elle senti ? Comment ressent-elle si précisément la gravité ?

Réponse des chercheurs : grâce à ses « inclinomètres » naturels, des cellules remplies de grains d'amidon microscopiques, appelés statolithes. La position du tas de grains dans les cellules indique le bas et guide ainsi l'élongation de la plante dans la direction qui lui permet de revenir à la verticalité. 

Redressement d'un germe de blé initialement incliné et zoom une cellule montrant l'empilement de statolithes (micrograins d'amidon) à l'origine de la détection de la gravité par les plantes. Photo Yoel Forterre/Olivier Pouliquen/PNAS

Le paradoxe des statolithes

Le truc, c'est qu'a priori, en physique, un empilement de grains constitue un piètre inclinomètre : frottements et enchevêtrements limitent normalement l'écoulement des grains, ce qui rend le système inopérant en dessous d'un angle critique… Sauf justement chez les plantes, où les statolithes surprennent par leur précision. Un vrai paradoxe, digne de ceux dont les scientifiques raffolent. 

Comme un liquide

L'union faisant toujours la force, pour le résoudre, des chercheurs de l'Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (CNRS/Aix Marseille Université) et du  Laboratoire de Physique et physiologie intégratives de l'arbre en environnement fluctuant (Inra/Université Clermont Auvergne) se sont donc associés. Ils ont tout d'abord observé directement le mouvement des statolithes en réponse à une inclinaison et ont découvert que ces grains ne se comportent pas comme un milieu granulaire classique : ils se déplacent et coulent dans la cellule, quel que soit l'angle qu'on lui impose. Comme un liquide, la surface du tas de statolithes finit toujours par revenir vers l'horizontale. Oui mais alors, comment les cellules font elles pour « fluidifier » le tas de grains ? 

Agitation individuelle

Pour élucider l'origine de ce comportement, les chercheurs ont poursuivi leur étude en mettant au point un système analogue aux statolithes des cellules végétales, constitué de microbilles dans des cellules artificielles de même dimension. La comparaison entre les deux systèmes a permis de conclure que la fluidité globale des statolithes découle de leur agitation individuelle : grâce à ses moteurs moléculaires, la cellule brasse activement les grains, ce qui leur permet de ne pas rester bloqués les uns sur les autres et confère au système, sur le temps long, des propriétés proches de celles d'un liquide. Ce comportement est essentiel pour la plante, car il lui permet de ne pas avoir de seuil de sensation et de percevoir même les petites inclinaisons, sans être perturbée non plus par les agitations rapides liées au vent.

Comparaison entre une avalanche de statolithes après inclinaison de la cellule (haut) et un système biomimétique constitué de particules microscopiques (microbille de silice agitée par la température) immergées dans une cavité remplie d'eau. Dans les deux cas, la surface du tas retrouve l'horizontale à la fin de l'avalanche, contrairement à l'empilement de grains classiques. Photo Yoel Forterre/Olivier Pouliquen/Antoine Bérut/PNAS

Et voilà le mystère de la dynamique des statolithes élucidé (en partie) ! Facile, non ? Ces travaux ouvrent déjà la voie à des applications industrielles bio-inspirées comme le développement d'inclinomètres miniatures robustes, offrant une alternative aux gyroscopes ou accéléromètres utilisés aujourd'hui. Mais les scientifiques, insatiables, veulent encore comprendre "comment" la position des statolithes est détectée... Une véritable enquête policière... A suivre, donc.

Cathy Lafon

►A LIRE

• Pour lire l'étude "Gravisensors in plant cells behave like an active granular liquid" : cliquer ICI

►LIRE AUSSI 

• Les articles de Ma Planète sur la science et les recherches scientifiques : Cliquer ICI