Mieux saisir l'effet de la pollution sur la croissance des plantes

Quel rôle joue la pollution atmosphérique dans la croissance des plantes? C’est la question à laquelle compte répondre une équipe interdisciplinaire de scientifiques de l’EPFL. Leur méthode? Planter de l’avoine dans des boîtes et mesurer l’effet de différentes conditions atmosphériques sur leur croissance. La pousse des plantes s’est déroulée dans le parc de la Fondation Bois-Chamblard, à Buchillon. La première partie de l’expérience vient de se terminer avec la récolte de l’avoine, d'échantillons du sol et leur congélation pour de futures analyses en laboratoire. 

Le projet a reçu le soutien de la Fondation Bois-Chamblard. Il réunit deux laboratoires de la Faculté de l’environnement naturel, architectural et construit (ENAC), le Laboratoire des processus atmosphériques et leurs impacts (LAPI) et le Laboratoire d’écologie végétale (PERL), sous la supervision du professeur honoraire Alexandre Buttler. 

Site expérimental

Concrètement, les scientifiques ont conçu et construit eux-mêmes 18 boîtes transparentes et fermées d’environ un mètre de haut sur 50 cm de large. Leur but: tester la croissance des plantes avec et sans l'influence des nutriments provenant du dépôt de la pollution au sol. Les plantes d’avoine plantées dans du sol naturel ont ainsi poussé soit dans des conditions atmosphériques contrôlées, avec une filtration des particules en continu et un arrosage uniquement à l’eau pure, soit elles ont pu se développer en étant exposées à l'air non filtré ou à l'eau de pluie ou aux deux. A noter que certaines boîtes n’ont reçu que du terreau, pour servir d’élément de contrôle. 

De gauche à droite: Andrea Arangio, Megan He, André Welti, Kalliopi Violaki, Athanasios Nenes. © Alain Herzog / EPFL

Le site idyllique a été transformé en site expérimental de pointe pour surveiller simultanément la composition de l'air à l'aide d'instruments permettant de collecter tous les gaz et particules qui contiennent les nutriments (azote, phosphore et fer) et d'autres espèces, ainsi que toutes les particules qui tombent sur le sol lorsqu'il ne pleut pas (dépôt sec) et lorsqu'il pleut (dépôt humide). La composition chimique de ces échantillons sera ensuite analysée en laboratoire. Ces informations, ainsi que les conditions météorologiques fournies par une station météorologique portable, permettent de mesurer le contenu en nutriments de la pollution et de comprendre d'où elle vient réellement. Les chercheurs analyseront également la composition du sol de la plante d'avoine et du sol environnant.

Phase de laboratoire

Maintenant que la récolte et l'échantillonnage atmosphérique sont terminés, la phase d'analyse a commencé. "Notre objectif est de voir quelle quantité de nutriments issus de la pollution est captée par les plantes pendant leur croissance, en particulier l'azote et le phosphore", explique Andrea Arangio, collaborateur scientifique au Laboratoire des processus atmosphériques et de leurs impacts (LAPI) de l'EPFL. "La pollution est généralement associée à des effets négatifs sur l'environnement, mais dans ce cas, elle peut fournir des nutriments qui peuvent en réalité favoriser la croissance des champs et des plantes", ajoute le professeur Athanasios Nenes, directeur du LAPI. 

Pollution fertile

Contrairement à ce que l’on pense, la pollution peut encore apporter d’autres avantages, comme l’explique Kalliopi Violaki, collaboratrice scientifique au LAPI: "En plus de fournir elle-même des nutriments, la pollution peut également interagir avec d'autres nutriments normalement "enfermés" dans des particules naturelles, comme le phosphore dans les particules de poussière transportées depuis le désert du Sahara, et les rendre beaucoup plus disponibles pour la plante." Et Athanasios Nenes de compléter: "Les niveaux d'acidité associés à la pollution régulent également la durée pendant laquelle l'azote atmosphérique, un nutriment clé, peut rester dans l'atmosphère et être transporté par les vents avant de tomber au sol". 

La récolte, avec Alexandre Buttler et Andrea Arangio. © Alain Herzog / EPFL

Comprendre la stratégie des plantes

L'activité humaine stimule déjà les cycles de nutriments tels que le carbone, l'azote, le phosphore, le fer et de nombreux autres éléments. Normalement, l'effet des macronutriments sur les plantes est testé en ajoutant artificiellement des engrais inorganiques. L’équipe de l’EPFL adopte une autre approche: «Dans notre expérience, nous voulons tester l'effet des macronutriments déjà présents dans l'atmosphère dans le processus naturel de "fertilisation" qui se produit à partir des activités humaines», explique Andrea Arangio. «L'idée est de comprendre la stratégie adoptée par les plantes lorsqu'elles reçoivent cette quantité supplémentaire de nutriments, de voir comment cela affecte l'environnement qui les entoure et, plus généralement, de comprendre l'effet rétroactif sur le fonctionnement des écosystèmes. Il s'agit d'un sujet très peu connu, mais qui peut se produire presque partout dans le monde.»