L’eau est la source de vie de tous les êtres vivants et elle est sans aucun doute vitale pour les plantes. L’eau est un pilier de la vie sur Terre et joue un rôle essentiel pour la santé des plantes, leur croissance, et leur survie.

La Journée mondiale de l’eau est une initiative internationale qui nous rappelle l’importance de l’eau mais aussi les menaces qui pèsent sur sa disponibilité. Le changement climatique, l’augmentation des températures, et les variations des schémas traditionnels de précipitations rendent la disponibilité de l’eau plus difficile pour les plantes. Cette journée est, pour nous, l’occasion de souligner le rôle essentiel que joue l’eau pour les plantes et l’importance de préserver cette ressource inestimable.

Quelles sont les fonctions essentielles de l’eau pour les plantes ?

Transport des nutriments

L’eau est le principal vecteur par lequel les plantes absorbent les nutriments et minéraux du sol. Elle va permettre de délivrer aux cellules végétales des plantes, les composés nécessaires à leur croissance et à leur développement.

Ce procédé commence au niveau des racines, là où l’eau et les minéraux dissous sont absorbés.

L’eau entre dans les cellules des plantes grâce à l’osmose, un procédé naturel dans lequel l’eau va circuler à travers une membrane semi-perméable. 

En parallèle, les nutriments essentiels sont absorbés grâce à des mécanismes de transport actif ou passif selon le gradient de concentration - c'est à dire la différence de concentration entre le sol et les racines de la plante. 

• Le transport passif se produit lorsque le sol a une concentration de nutriments plus élevée que celle des cellules végétales. Dans ce scénario, la plante n’a pas besoin de dépenser d’énergie : l’eau s’infiltre naturellement par osmose, et certains nutriments par diffusion. 
• En revanche, le transport actif est nécessaire lorsque le sol a une concentration de nutriments inférieure à celle des cellules végétales. Ce processus demande de l’énergie, car la plante utilise des “pompes” cellulaires spécialisées qui déplacent des nutriments essentiels comme le potassium et l’azote vers les racines. 

Ces deux mécanismes de transport permettent à la plante d'absorber les ressources nécessaires à sa croissance et à sa bonne santé, même dans des sols pauvres en nutriments.

Une fois à l'intérieur des racines, l'eau est transportée vers le haut de la plante à travers un tissu appelé le xylème. Ce mouvement se produit grâce à trois forces principales en jeu :

• La pression racinaire : au fur et à mesure que l'eau entre dans les racines, la pression interne la pousse vers le haut.
• L’action par capillarité : l'adhésion naturelle des molécules d'eau aux parois du xylème aide à tirer l'eau vers le haut.
• Le mouvement lié à la transpiration : lorsque les molécules d'eau sortent par les stomates (de minuscules pores situés sur les feuilles), elles entraînent les molécules d'eau voisines vers le haut, créant ainsi un flux continu des racines vers les feuilles.

Si vous voulez en savoir plus sur l'irrigation et la nutrition, n’hésitez pas à consulter notre dernier article sur la fertigation : https://www.orius.co/fr/blog/optimizing-plant-growth-the-power-of-fertigation

Photosynthèse

L'eau est indispensable à la photosynthèse — le processus vital grâce auquel les plantes convertissent la lumière en énergie et qui leur permet de croître, de prospérer et de produire de l'oxygène.

Contrairement à ce que l'on pense parfois, tout l'oxygène libéré par les plantes provient de la photolyse de l'eau pendant la photosynthèse et non du CO₂ absorbé.

Les molécules d'eau (H₂O) sont divisées en oxygène (O₂), protons (H⁺) et électrons (e⁻) par l'enzyme photosystème II (PSII).

Les électrons sont transférés à travers la chaîne de transport des électrons (CTE) pour générer l'ATP et NADPH, qui alimentent le cycle de Calvin.

L'expérience de Ruben et Kamen (1941) a confirmé ce phénomène (1). Ils ont utilisé de l'eau marquée avec l'isotope ¹⁸O (H₂¹⁸O) et du CO₂ contenant de l'oxygène normal (¹⁶O). Ils ont démontré que l'oxygène libéré lors de la photosynthèse contenait l'isotope ¹⁸O, prouvant ainsi qu'il provenait de l'eau.

Refroidissement par évapotranspiration

L'eau refroidit également les plantes par un processus appelé évapotranspiration.

Ce processus aide les plantes à réguler leur température et leur équilibre hydrique.

La transpiration a lieu dans les feuilles de la plante, au niveau des stomates, de petites ouvertures rétractables.

La transpiration des plantes est influencée par de multiples facteurs : la température extérieure, l'humidité ambiante, la lumière du soleil, la radiation atmosphérique, la vitesse du vent, les caractéristiques du sol, l'eau disponible, etc.

Si on prend l'exemple de l'humidité ambiante, plus l'air est sec, plus la quantité d'eau libérée par la plante est importante.

La plante va relâcher dans l'atmosphère une très grande proportion de l’eau absorbée.

Par exemple, un chêne adulte peut transpirer jusqu'à 1 000 litres d'eau par jour, un jusqu’à 75 litres d'eau par jour pour un bouleau (2).

Croissance et maintien de la structure de la plante

L'eau sous pression dans les cellules végétales, également connue sous le nom de pression de turgescence, est l'un des éléments clés qui permet aux plantes de maintenir leur forme et leur rigidité.

Cette pression est générée par l'absorption d'eau dans les cellules végétales, ce qui les fait se dilater et créer une pression interne contre la paroi cellulaire.

Cette pression est essentielle pour :

• la croissance cellulaire : la pression de turgescence est un facteur clé dans l'élongation et la division des cellules. Elle permet aux cellules végétales de s'étirer et de croître en taille, contribuant ainsi à la croissance globale de la plante.
• la rigidité et la forme de la plante : l'eau sous pression dans les cellules maintient la rigidité des tissus végétaux. Cela est particulièrement important pour les plantes non ligneuses et les tissus jeunes, qui dépendent de la pression de turgescence pour maintenir leur forme et leur structure.

Pourquoi les plantes expulsent-elles de l’eau sous forme de gouttelettes sur leurs feuilles ? 

Ce phénomène est appelé guttation. Il est principalement causé par une humidité excessive, entraînant un déséquilibre de la pression racinaire.

Lorsque la plante absorbe plus d’eau qu’elle ne peut en évacuer à cause d’une forte humidité ambiante et d’un sol récemment arrosé, la transpiration devient insuffisante. Cela provoque une augmentation de la pression racinaire. En conséquence, l’eau contenue dans les feuilles n’a pas le temps de s’évaporer et est expulsée sous forme de gouttelettes, un peu comme un trop-plein.

Si les plantes ne possédaient pas ce mécanisme de guttation, les jeunes tissus, où le taux de transpiration est plus faible, ne recevraient pas les nutriments essentiels transportés par l'eau. Le calcium, en particulier, qui est crucial pour la stabilité des parois cellulaires et les processus de signalisation, ne serait pas efficacement acheminé. La guttation permet aux plantes de maintenir l'homéostasie du calcium, un processus de régulation par lequel la plante équilibre les constantes de son environnement interne dans tous ses tissus.

La guttation est donc non seulement un signe du bon fonctionnement du système racinaire, mais aussi un processus crucial pour l’apport de nutriments non remobilisables—des éléments qui, une fois intégrés dans les tissus végétaux, ne peuvent pas être facilement redistribués vers d'autres parties de la plante, comme le calcium— qui sont essentiels à leur développement.

La guttation est différente de ce que l'on appelle la rosée. La rosée est un phénomène où l'humidité atmosphérique se condense sur des surfaces plus froides, généralement en raison du refroidissement nocturne. La rosée est de l'eau pure, tandis que la guttation, humidité sécrétée par la plante elle-même, peut contenir d'autres composés comme de la sève et des nutriments.

Quelles sont les conséquences d’un apport d’eau de mauvaise qualité ou en quantité inappropriée ?

Une quantité ou une qualité d'eau qui n’est pas adaptée aux besoins de la plante peut avoir des effets négatifs significatifs.

Pénurie d’eau (quantité insuffisante)

Lorsque les plantes reçoivent une quantité insuffisante d’eau, elles subissent un stress hydrique, ce qui peut entraver leur croissance, réduire leur rendement et, dans les cas extrêmes, entraîner leur mort. Un apport en eau insuffisant limite également la capacité de la plante à réaliser des processus essentiels tels que l’absorption des nutriments, la photosynthèse et la transpiration. Cela peut provoquer le flétrissement, la chute des feuilles, un ralentissement de la croissance et un développement médiocre des fleurs et des fruits.

Engorgement en eau (quantité excessive)

A l'inverse, un excès d'eau peut entraîner un engorgement du sol, le saturant d’eau et empêchant l’apport en oxygène nécessaire au bon fonctionnement des racines. L’engorgement est problématique surtout car il prive les racines d’oxygène, favorisant ainsi la pourriture racinaire, une réduction de l’absorption des nutriments et, à terme, la mort de la plante. Un sol trop humide crée également un environnement propice au développement de pathogènes nuisibles (champignons, bactéries) et accentue le stress subi par la plante.

Mauvaise qualité de l’eau

Si l’eau est contaminée par des polluants tels que des sels, des produits chimiques ou des métaux lourds, elle peut entraîner une toxicité hydrique. Un excès de sels, par exemple, peut provoquer un stress salin, empêchant les plantes d’absorber correctement l’eau en raison d’un déséquilibre osmotique. Cela réduit leur capacité de croissance et peut causer des brûlures foliaires, le flétrissement et des carences en nutriments. De plus, une eau contaminée peut introduire des micro-organismes nuisibles, susceptibles d’infecter les plantes et d’affecter leur qualité.

Quelle gestion de l’eau dans les cultures d’Orius ?

Chez Orius, nous connaissons la valeur précieuse de l'eau. Nous cultivons nos plantes dans des environnements contrôlés, où chaque goutte compte. L'eau et les nutriments sont gérés dans un système en circuit fermé.

L’eau issue de l'évapotranspiration des plantes est captée, recyclée et utilisée pour nourrir les plantes dans un cycle continu.

Ce procédé nous permet de capter 100 % de l'eau rejetée par les plantes et d’utiliser 95 à 98 % d’eau en moins que les méthodes agricoles conventionnelles.

Comme vous le savez peut-être, nous développons des méthodes et des systèmes de culture pour cultiver des plantes dans de futures bases spatiales, en collaboration avec le CNES. L'utilisation de l'eau est un enjeu crucial dans de tels environnements extrêmes. Dans le cadre de nos récentes expérimentations, nous avons cultivé du blé dans nos unités de culture. Celles-ci permettent une économie d’eau drastique par rapport à l'agriculture conventionnelle, réduisant l’utilisation d’eau de 95 %

• en moyenne, à l'échelle mondiale, 1 827 litres d'eau sont nécessaires pour produire 1 kg de blé (4).
• chez Orius, nous avons réussi à utiliser moins de 100 litres d'eau pour produire 1 kg de blé (5).

Nous utilisons deux principaux systèmes d'irrigation selon le type de plantes que nous cultivons ou les résultats souhaités sur ces cultures.

Ebb&Flow

Ebb&Flow est un système d'irrigation hydroponique, où les racines des plantes sont périodiquement immergées dans une solution nutritive, puis drainées, permettant aux plantes d'absorber les nutriments et l'oxygène. Le cycle d’immersion ("flow") et de drainage ("ebb") est répété à intervalles réguliers.

Aéroponie

L'aéroponie est une méthode d'irrigation où les racines des plantes sont suspendues dans l'air et brumisées avec de l'eau et des nutriments.

Dans ces systèmes, nous gérons l'eau (et les nutriments) de manière très précise grâce au Mixmaster, un système de dosage intelligent conçu pour une gestion de la fertigation en circuit fermé. Nous mesurons et délivrons exactement l'eau et les nutriments dont la plante a besoin. Cela permet à la fois de réduire le gaspillage des ressources mais aussi d’éviter toute pollution des eaux ou de l'air.

En plein champs, lorsque les cultures sont fertilisées avec de l'eau et des engrais, une part importante n'est pas utilisée par la plante. En général, plus de 50 % de l'azote apporté aux cultures n'est pas assimilé par les plantes (6). L’azote restant peut s'infiltrer dans le sol et atteindre les eaux souterraines ou s'évaporer dans l'air.

Le Mixmaster d'Orius permet également de personnaliser les recettes de nutriments en gérant le ratio des différents éléments délivrés aux cultures.

Nous pouvons ainsi adapter l'irrigation et la nutrition aux besoins spécifiques de la plante à chaque étape de son développement.

Vous voulez en savoir plus sur le Mixmaster? Téléchargez notre plaquette produit

Conclusion

L'eau joue un rôle central dans le développement des plantes. Ce n'est pas tant un "carburant" pour la plante, comme on pourrait le penser, mais plutôt un élément crucial qui permet une distribution efficace des nutriments dans toutes les parties de la plante. Elle régule également sa température, maintient sa structure et facilite la croissance de ses cellules. L'eau participe également au processus de photosynthèse, grâce auquel les plantes convertissent la lumière en énergie, leur permettant de croître et de prospérer tout en libérant de l'oxygène dans l'atmosphère.

Bibliographie

(1) Ruben, S., Randall, M., Kamen, M. & Hyde, J. L. Heavy Oxygen (O18) as a Tracer in the Study of Photosynthesis. Journal of the American Chemical Society 63, 877–879 (1941)

(2)https://www.onf.fr/vivre-la-foret/%2B/14a1::le-pouvoir-des-arbres-levapotranspiration.html#:~:text=La%20quantit%C3%A9%20d'eau%20rejet%C3%A9e,d'eau%20pour%20un%20bouleau. 

(3) Broughton, K. J. & Conaty, W. C. Understanding and Exploiting Transpiration Response to Vapor Pressure Deficit for Water Limited Environments. Front. Plant Sci. 13, (2022).

(4) Mekonnen, M. & Hoekstra, A. A global and high-resolution assessment of the green, blue and grey water footprint of wheat. Hydrology and Earth System Sciences 14, (2010).

(5) internal datas Orius

(6) Tilman 2002, Dobermann 2004