Un milieu hétérogène
Et pourtant, le sol est un milieu paradoxal. Il est extrêmement hétérogène, constitué de particules minérales diverses et variées, de pores remplis d’air, d’eau et de matière organique en décomposition. À cette mosaïque s’ajoutent des contraintes physico-chimiques fortes, telles que les variations de pH, de température, d’exposition aux ultraviolets, de teneur en oxygène ou en nutriments. C’est probablement cette complexité qui fait du sol l’habitat qui abrite le plus d’espèces (59 % ± 15 %) présentes sur Terre, chacune devant faire preuve d’originalité pour s’adapter à tous les types de sols [Anthony et al., 2023].
Un gramme de sol peut contenir de 100 000 à un million d’espèces différentes, pour un total d’1 milliard d’individus.
Les microorganismes, définis comme « des organismes vivants invisibles à l’oeil nu », gagnent haut la main la médaille d’or de la biodiversité au sein de cet écosystème puisqu’un gramme de sol peut contenir 100 000 à un million d’espèces différentes, pour un total d’1 milliard d’individus ! Pour faire face aux conditions hétérogènes du sol, les microorganismes ont développé d’extraordinaires capacités d’adaptation. Certains tolèrent des milieux pauvres en oxygène, d’autres respirent en utilisant des formes d’azote ou de soufre, d’autres prospèrent dans des zones riches en nutriments, la plupart ont développé des capacités de dégradation originales, leur permettant de se multiplier et survivre à ces conditions spécifiques.
Hotspost : les micro-habitats
La distribution des microorganismes dans le sol n’est pas homogène et ils se concentrent dans des zones particulières, appelées « hotspots ». Ces micro-habitats, très actifs biologiquement, sont de véritables centres névralgiques de la vie du sol. On y observe une forte densité microbienne et une intense activité métabolique. Ainsi, les microorganismes se structurent en communautés à travers la formation d’agrégats. Ce sont des assemblages de particules minérales, liées entre elles par de la matière organique et par des bactéries produisant des mucilages, polysaccharides jouant le rôle de « ciment ». De longs filaments de moisissures, appelés hyphes, viennent ensuite entourer ces microstructures afin de les stabiliser et de favoriser la rétention d’eau du sol.
Les biofilms, moteurs de fonctions biologiques
Les bactéries ont également développé une capacité singulière au sein des écosystèmes complexes : celle de s’attacher durablement à une surface. Ce phénomène, connu sous le nom de formation de biofilm, joue un rôle fondamental dans le maintien des microorganismes au sein des micro-habitats [Wu et al., 2019]. Le biofilm correspond à une organisation tridimensionnelle structurée de communautés microbiennes. Il se forme lorsque des bactéries, après s’être fixées à une surface, s’enrobent dans une matrice protectrice de substances extracellulaires, favorisant ainsi les échanges, la coopération et la stabilité des espèces microbiennes.
La rhizosphère : source d’énergie
Les microorganismes interagissent également avec d’autres organismes vivants, en particulier les végétaux, et plus spécifiquement au niveau des racines, dans une zone du sol appelée rhizosphère. Ce micro-environnement constitue un véritable hotspot biologique, où les racines sécrètent des exsudats composés de molécules organiques complexes, notamment des glucides et des protéines, fournissant au sol des sources de nutriments facilement assimilables. Par ailleurs, l’activité racinaire modifie la structure physique du sol et améliore son aération, créant ainsi des conditions favorables au développement et à l’activité des communautés microbiennes. Dégradation des composés par les communautés microbiennes Toutes ces interactions favorisent l’apparition de nouvelles capacités biologiques, en particulier l’expression d’enzymes capables de dégrader des macromolécules végétales comme la cellulose, l’hémicellulose ou encore la lignine, ou bien des composés organiques d’origine anthropique et généralement considérés comme toxiques pour l’homme. C’est précisément cette organisation microbienne complexe, qui pourrait s’apparenter à une forme d’intelligence collective qui est mise à profit soit dans des procédés industrialisés, soit dans des processus de notre quotidien.
La bioremédiation
Considérons tout d’abord l’exemple de la bioremédiation. Cette approche biologique vise la réhabilitation des sols contaminés et est largement mise en oeuvre par les acteurs industriels pour la dépollution de terres affectées par des composés d’origine anthropique. Elle repose soit sur la stimulation des microorganismes naturellement présents dans les sols pollués, soit sur l’introduction de consortiums de microorganismes capables de biodégrader les polluants, généralement issus de milieux déjà contaminés. Le principe est de laisser ces microorganismes utiliser leur capacité métabolique pour assurer la dégradation des polluants en substances non toxiques [Koshlaf, 2017]. À titre d’exemple, de nombreux microorganismes ont acquis la capacité d’utiliser les hydrocarbures comme source d’énergie, permettant ainsi une dépollution biologique efficace des sols contaminés.
Le compostage
Intéressons-nous maintenant au compostage. Un compost n’est rien d’autre qu’un hotspot artificiel, créé par l’accumulation de déchets organiques. Épluchures de fruits et de légumes, feuilles mortes, croûtes de fromage, restes de repas et tontes de gazon (en petite quantité) apportent une grande diversité de substrats et de nutriments. Rapidement, les microorganismes colonisent ces matières, s’organisent en communautés et déclenchent une intense activité enzymatique. On y retrouve entre autres des bactéries et moisissures cellulolytiques, qui transforment la cellulose en glucose. Quelques gestes sont à préconiser pour favoriser l’activité biologique du compost : assurer une bonne circulation de l’air en retournant son compost tous les deux mois et en y ajoutant des déchets un peu grossiers (morceaux de cartons non imprimés ou coquilles d’oeufs) et apporter un peu d’humidité pendant les périodes sèches par arrosage léger de la surface [Ademe, 2024]. En dégradant les résidus végétaux, les microorganismes transforment la matière organique brute en humus stable, riche et fertile. Ainsi, le compost devient naturellement un hotspot microbien, reproduisant à petite échelle les processus à l’oeuvre dans les sols naturels.En conclusion, la compréhension de la biodiversité microbienne des sols et de son fonctionnement représente un levier essentiel pour l’amélioration des pratiques de bioremédiation et de compostage et, plus largement, pour une gestion durable de sols. Elle permet également de mieux reconnaître, respecter et préserver cette composante invisible mais déterminante du vivant. Loin d’être un milieu désordonné, le sol constitue un réseau coopératif hautement structuré, une forme d’intelligence collective discrète mais essentielle au maintien des écosystèmes et à la fertilité durable de notre planète.
Mag Intersections : le magazine de la recherche et de l'innovation à l'Université Perpignan Via Domitia.
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