Quand la technologie s'inspire de la nature

Intelligence végétale – Et si on puisait dans l’incroyable pouvoir d’innovation des plantes des solutions pour demain!

Les technologies inspirées du biomimétisme ont beaucoup à gagner de la connaissance des plantes: elles constituent 85% de la biomasse terrestre.

Les technologies inspirées du biomimétisme ont beaucoup à gagner de la connaissance des plantes: elles constituent 85% de la biomasse terrestre. Image: Witthaya Prasongsin/Getty Images

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Des solutions techniques pour demain inspirées de l’étonnante ingéniosité des plantes. C’est ce que nous promet le biologiste italien Stefano Mancuso. À l’origine du concept d’intelligence végétale, le scientifique nous éclaire sur les étonnantes capacités des végétaux.

La mode est au biomimétisme, aux nouvelles technologies inspirées par la nature. Qu’est-ce que les plantes ont à offrir de spécifique par rapport aux animaux?
Beaucoup! Le biomimétisme est un sujet très important, cependant la plupart des laboratoires qui y travaillent s’inspirent des animaux. Or, ceux-ci ne constituent que 0,3% de la biomasse, alors que les plantes en constituent 85%. Le nombre de solutions que nous offre le monde végétal est incroyablement supérieur. De plus, les plantes sont extrêmement différentes de nous, et pas uniquement du point de vue de la matière. Habituellement, le biomimétisme relève de l’imitation de matière que l’on essaie de répliquer de façon synthétique. Avec les plantes, on peut aller bien plus loin que cela. Prenez la façon dont elles «s’organisent», elle est totalement différente de celle des animaux. Nous, animaux, nous possédons un cerveau qui contrôle nos organes. Il s’agit d’une organisation qu’on pourrait qualifier de pyramidale, hiérarchique. Chez les plantes, tout est diffusif, décentralisé, c’est bien plus moderne d’une certaine manière. Pour résumer, nous pouvons tout copier chez elles, la matière, l’organisation, leur façon de capter l’énergie. C’est un domaine encore très neuf.

Les plantes ont inspiré le terme «végétatif», mais en réalité on est très loin de cette idée…
On pense volontiers que les plantes ne sont pas des organismes sensibles. En réalité, c’est tout l’inverse. Les plantes sont nettement plus sensibles que les animaux. Pour une raison assez triviale d’ailleurs: elles ne peuvent pas fuir de l’endroit où elles sont nées. Elles doivent être sensibles, parce qu’elles doivent être prêtes lorsque quelque chose se passe. Nous savons aujourd’hui qu’une seule racine est capable de sentir au moins vingt paramètres chimiques et physiques, dont un grand nombre ne peut pas être capté par les animaux. Nous sommes, par exemple, incapables de percevoir un champ électrique ou magnétique, d’analyser des gradients chimiques. C’est une vérité scientifique, les plantes sont bien plus sensibles que les animaux.

Les plantes n’ont pas de cerveau, pourtant elles ont de la mémoire. Comment ça se passe?
Oui, c’est une chose très intéressante. Nous, les animaux, possédons un cerveau, mais aussi des organes spécifiques dédiés à des fonctions spécifiques. Chez les plantes vous ne trouvez pas de cerveau ni d’organes spécifiques, car ce seraient des points faibles. Imaginez une plante avec un cerveau, la première chenille venue qui mangerait un morceau de ce cerveau tuerait la plante. Dans le monde végétal, les fonctions ont été réparties à divers endroits du corps. Et les plantes sont très fortes, en effet, pour stocker des informations. Nous avons réalisé une expérience il y a quelques années qui nous a permis de démontrer que le mimosa pudique – une plante qui referme ses feuilles lorsqu’elles perçoivent un stimulus externe, par exemple si on la touche – est capable de se souvenir d’un stimulus particulier, identifié comme inoffensif, et de ne plus refermer ses feuilles lorsqu’elle y est exposée à répétition. Elle s’en souvient pendant deux mois au minimum.

Comment ça marche?
C’est probablement lié à l’épigénétique. C’est-à-dire à une transformation du code génétique qui n’a pas lieu au niveau des gènes mais dans la manière dont ceux-ci s’expriment. Disons que cette mémoire est une façon chimique de stocker une information. On ne sait toujours pas exactement comment fonctionne la mémoire, même chez les animaux…

Observer les plantes, c’est observer ce qui résulte de l’immobilité. Ça nous offre une nouvelle perspective?
À un certain stade de l’évolution du vivant, plantes et animaux ont pris des chemins différents. Les animaux ont pris l’option de se déplacer pour chercher de la nourriture et les plantes celle de rester à un endroit, enracinées, et d’utiliser l’énergie du soleil pour fonctionner. Alors forcément, du point de vue de la plante, la perspective est totalement différente. Nous, les animaux, nous utilisons le mouvement pour éviter les ennuis, nous considérons généralement que nous avons résolu un problème lorsque nous l’avons évité. Les plantes, qui ne peuvent pas bouger, sont contraintes de résoudre réellement le problème.

Les plantes ne se déplacent pas, mais elles bougent. Notamment sous l’effet de l’humidité, comme la pomme de pin.
Oui. Sans se déplacer d’un endroit à l’autre, elles bougent beaucoup. Il suffit de passer une vidéo en accéléré de n’importe quelle plante pour le voir. Ce qui est intéressant, c’est que ces mouvements se font sans consommer d’énergie. La pomme de pin en est un très joli exemple. Elle se ferme dans un environnement sec et elle s’ouvre dans un environnement humide. Les forces motrices de ce mouvement sont liées à la structure de la plante, à la nature de ses écailles (lire l’encadré). Certaines plantes sont faites de matières qui peuvent réagir à la lumière, à la température, etc. Il existe, par exemple, une semence, la graine d’érodium (ndlr: l’avoine sauvage), qui est capable de bouger au sol, de repérer un trou, d’y entrer et de creuser jusqu’à 20 centimètres, le tout sans consommer la moindre énergie.

Une graine qui agit comme un harpon à laquelle s’est même intéressée la recherche spatiale pour créer de nouvelles sondes, non?
Oui, c’est une graine à laquelle l’Agence spatiale européenne s’est intéressée. Au début, l’idée était d’imiter ce genre de mouvement. Imaginez un peu, si on était capable de créer quelque chose de similaire qui pourrait bouger et pénétrer dans le sol sans dépenser d’énergie. Mais nous avons fait beaucoup de recherche, et en fin de compte nous n’avons pas réussi à imiter ce qu’une seule toute petite graine est capable de faire…

Que pourrait-on imaginer à l’avenir, produire de l’énergie en s’inspirant des plantes?
Ce serait génial. Les plantes sont des expertes lorsqu’il s’agit de produire de l’énergie à partir du soleil. C’est d’ailleurs incroyable qu’en 2019 nous ne sachions toujours pas précisément comme marche la photosynthèse. Ça nous permettrait de l’imiter. Grâce au soleil, les plantes produisent du sucre et une fois que vous avez du sucre, vous pouvez produire de l’alcool et faire marcher votre voiture! Ce qui est étonnant c’est qu’il y ait si peu de laboratoires dans le monde qui travaillent à imiter ce phénomène, car si nous pouvions le faire, tous nos problèmes énergétiques seraient résolus instantanément. Aujourd’hui, nous brûlons des matières fossiles avec pour conséquence des émissions de CO2 qui participent au réchauffement climatique. La photosynthèse, elle, produit de l’énergie tout en captant le CO2. C’est précisément le processus inverse.

Certaines plantes imitent les autres de manière étonnante, comme la Boquilla trifoliata du Chili, qui laisse même penser qu’elle posséderait une sorte de faculté visuelle!
C’est un des plus mystérieux et des plus passionnants bio-organismes au monde. Nous parlons d’une plante qui est capable de modifier rapidement sa couleur, mais aussi sa forme, celle de ses feuilles. C’est une stratégie de survie. Imaginez que vous soyez une plante isolée, la probabilité d’être attaquée par un insecte sera plus faible si vous mêlez vos feuilles avec celles d’autres plantes en les imitant. La boquilla trifoliata réalise quelque chose d’unique, que l’on n’observe pas dans le règne animal. On ne sait pas de quelle manière elle le fait. Et, bien sûr, pour pouvoir imiter quelque chose, il faudrait en avoir un modèle très précis. Mais son comportement suggère vraiment que les plantes peuvent voir. Une idée qu’avait déjà avancée le botaniste Gottlieb Haberlandt au début du XXe siècle – il estimait que les plantes disposent d’une sorte de faculté visuelle par le biais des cellules de leur épiderme.

Chaque année, on découvre environ 2000 nouvelles espèces de plantes, c’est incroyable…
En réalité nous connaissons probablement moins de 50% des espèces végétales vivant sur Terre et d’une certaine manière c’est très excitant de penser qu’il y a encore tant d’espèces à découvrir, mais d’un autre côté c’est assez triste de se dire que chaque jour des espèces disparaissent, certaines que nous ne connaissons même pas.


Pomme de pin: détecteur d'humidité

Elle ouvre ses écailles dans un environnement sec et les referme lorsque le taux d’humidité de l’air grimpe. Un mouvement qui évite notamment que ses graines soient libérées les jours pluvieux, car elles retomberaient alors trop près du conifère pour assurer une dispersion efficace. Cette action d’ouverture/fermeture s’effectue sans utiliser d’énergie interne.

Photo: iStock

C’est la nature même des écailles de la pomme de pin qui le permet. Leurs surfaces, interne et externe, réagissent différemment à l’humidité. Elles provoquent une dilatation ou une contraction qui n’est pas uniforme, générant une force motrice.

Figuier de barbarie: as de l’antigaspi

Comment survivre dans des zones arides sous des températures extrêmes? En éliminant tout gaspillage d’eau. Le figuier de Barbarie est un maître en la matière. Chez lui, la photosynthèse se passe à l’intérieur du tronc, ce qui lui permet de se passer de feuilles et de limiter ainsi l’évapotranspiration.

Photo: iStock

Pour éviter la perte de vapeur, il absorbe le CO2 de l’air la nuit plutôt que la journée. Mais il est aussi capable de puiser le peu d’eau présente dans son environnement là où il se trouve, dans l’air, grâce à ses épines très fines, parfaites pour emprisonner l’humidité atmosphérique.

Créé: 21.08.2019, 09h57

Le biologiste italien Stefano Mancuso étudie les étonnantes capacités des végétaux depuis des années. (Image: Pasco & co)

Bio

1965: Naissance à Catanzaro, en Italie.

2000: Il commence à enseigner à l’Université de Florence où il dirige le Laboratoire international de neurobiologie végétale depuis 2005.

2009: Pionnier, il démontre les extraordinaires capacités des cellules de l’extrême pointe des racines des plantes.

2013: Il publie «L’intelligence des plantes» qui connaît un succès dans
le monde entier.

Le saviez-vous?

On doit l’invention du velcro à l’ingénieur vaudois George de Mestral. De retour de la chasse, un jour de 1941, il s’arrête en pleine nature pour se reposer et s’attarde sur de petites boules qui adhèrent fermement à son pantalon et aux oreilles de son chien. Ce sont les fruits de la bardane.

De Mestral observe au microscope leurs fines épines, ou plutôt leurs petits crochets élastiques, qui lui donnent l’idée d’un dispositif réversible de fermeture rapide.

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À LIRE

«La révolution des plantes», Stefano Mancuso. Éditions Albin Michel.

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