Comment les plantes absorbent l'eau, des racines aux feuilles

Un grand arbre n’a ni cœur, ni pompe, ni muscle. Il fait pourtant monter chaque jour de l’ordre de 200 litres d’eau depuis le sol jusqu’à ses feuilles les plus hautes, parfois à plus de trente mètres. Comment une plante absorbe-t-elle l’eau, et surtout comment la fait-elle grimper ? La réponse tient en trois étapes : une entrée par des racines d’une finesse extrême, une traversée contrôlée jusqu’aux vaisseaux, et un moteur situé tout en haut, dans les feuilles. À la fin de cet article, vous saurez aussi pourquoi ce système si efficace a un talon d’Achille, que les sécheresses révèlent.

L’entrée : des poils invisibles à l’œil nu

L’eau n’entre pas par toute la racine. Elle pénètre surtout près de l’extrémité des jeunes racines, dans une zone couverte de poils absorbants. Chaque poil est le prolongement d’une seule cellule de la surface de la racine, si fin qu’on ne le distingue qu’à la loupe, sous la forme d’un duvet blanc. Leur nombre multiplie considérablement la surface de contact avec le sol : c’est ce chevelu, et non les grosses racines, qui boit.

L’eau y entre par osmose. Les cellules de la racine sont plus riches en sels minéraux et en sucres dissous que l’eau du sol ; or l’eau traverse spontanément une membrane pour aller du milieu le moins concentré vers le plus concentré. La plante n’a donc pas besoin de « tirer » à ce stade : c’est la chimie qui fait le travail.

La plupart des plantes ne travaillent pas seules. Les filaments de champignons associés à leurs racines, les mycorhizes, prolongent le réseau d’absorption bien au-delà de ce que les poils atteignent, en échange de sucres fournis par la plante. C’est l’une de ces alliances qui font dire que la biodiversité est d’abord un réseau d’interactions.

La traversée : un filtre avant les vaisseaux

Une fois absorbée, l’eau doit rejoindre le cœur de la racine, où se trouvent les vaisseaux conducteurs. Elle chemine en partie entre les cellules, dans leurs parois, et en partie à travers elles, de cellule en cellule. Avant d’atteindre les vaisseaux, elle bute sur une assise de cellules, l’endoderme, dont les parois sont imperméabilisées : pour passer, l’eau doit traverser une membrane vivante. Ce point de contrôle permet à la plante de trier les sels minéraux qu’elle laisse entrer.

Au-delà commence le xylème, un réseau de tubes microscopiques formés de cellules mortes, vidées de leur contenu et mises bout à bout. C’est dans ces conduits que circule la sève brute, cette eau chargée de sels minéraux qui monte des racines vers les feuilles. Dans le bois d’un arbre, ce sont les couches les plus récentes, sous l’écorce, qui assurent l’essentiel du transport.

Le moteur est en haut : la transpiration

Ce n’est pas la racine qui pousse l’eau vers le haut, c’est la feuille qui l’aspire. Sa surface est percée de minuscules pores, les stomates, par lesquels la plante échange des gaz avec l’air. Quand ils sont ouverts, l’eau s’évapore : c’est la transpiration. Chaque molécule qui s’échappe tire derrière elle la suivante, car les molécules d’eau adhèrent fortement les unes aux autres. Comme l’explique INRAE dans un dossier consacré aux arbres face à la sécheresse, la colonne d’eau qui relie les racines aux feuilles est tendue « comme une corde en tension ».

Les volumes sont impressionnants. Selon l’Office national des forêts, un arbre peut extraire environ 200 litres d’eau du sol par jour, et ce n’est pas un circuit fermé : l’essentiel de cette eau repart dans l’air par les feuilles. Seule une petite part sert à la croissance et à la photosynthèse. L’arbre fonctionne ainsi comme une mèche entre le sol et l’atmosphère, un maillon du cycle de l’eau qui relie le biotope et ses habitants dans le fonctionnement de tout écosystème.

Le point faible : quand la corde casse

Une corde tendue peut rompre. Lors d’une sécheresse sévère, décrit INRAE, la tension dans les vaisseaux augmente tant que de l’air finit par y pénétrer : une bulle se forme, la colonne d’eau se rompt, et le vaisseau devient inutilisable. On parle d’embolie, ou de cavitation. Si trop de vaisseaux sont touchés, les feuilles ne sont plus alimentées, se dessèchent, et l’arbre entier peut dépérir.

Toutes les espèces ne sont pas égales. L’ONF cite les saules parmi les plus sensibles, et les cyprès, adaptés aux climats chauds, parmi les plus résistants. Pour mesurer cette vulnérabilité, les chercheurs d’INRAE à Clermont-Ferrand ont mis au point en 2005 le Cavitron, une centrifugeuse qui simule la sécheresse sur un rameau en moins d’une heure. Face au manque d’eau, les arbres ferment leurs stomates, au prix d’une photosynthèse ralentie, et certains perdent leurs feuilles avant l’heure, sans passer par les couleurs d’un automne ordinaire.

Par une journée chaude, observez un arbre isolé à midi puis au coucher du soleil : le feuillage un peu affaissé du plein jour, qui se redresse le soir quand l’évaporation faiblit, vous montre en direct la corde qui se tend puis se relâche.