Comment les gouttes de pluie aident les plantes à se reproduire

Au fur et à mesure de l’évolution, les plantes ont acquis une myriade de moyens pour assurer leur descendance et étendre les territoires sur lesquels pousser. Certaines sont aidées par le vent, d’autres par les oiseaux ou les pollinisateurs, et d’autres encore par...des gouttes de pluie. C’est sur ce dernier mécanisme que se sont penchés Ana Bratu et ses collègues du LadHyX dans un article publié par la revue PNAS.

L'hépatique des fontaines comme modèle

Au cœur de ce mécanisme, de petites « corbeilles » de quelques millimètres de diamètres, présentes sur ces plantes du groupe des bryophytes, mais qui se retrouvent également chez des champignons et chez les herbes. « Ce sont des organismes très éloignés du point de vue de l’évolution, mais qui développent des structures similaires, possiblement parce que celles-ci se révèlent efficaces. On parle de convergence évolutive » explique Ana Bratu. Mais quels sont les détails de ce mécanisme ? Les scientifiques avaient très peu étudié cette question lors que la chercheuse a commencé sa thèse il y a trois ans sous la direction d’Arezki Boudaoud. 

Comme modèle de référence, les chercheurs ont utilisé la plante Marchantia polymorpha, aussi appelée hépatique des fontaines (elle pousse essentiellement en milieu humide). Le principe de sa reproduction (asexuée) est simple : au centre des petites corbeilles (dont l’intérieur est de forme conique) se trouve des « propagules », c’est-à-dire des unités de reproductions de la plante, sorte de mini-clones. Lorsque la pluie tombe, les gouttes expulsent les propagules qui se dispersent alors au loin.

Mais comprendre ces mécanismes en détails s’avère complexe. L’observation attentive des gouttes de pluie tombant sur une corbeille de la plante montre que l’eau ressort de la corbeille sous la forme d’un jet unidirectionnel, a priori utile pour la dispersion des propagules. « C’est très différent de ce qui se passe lorsqu’une goutte tombe sur une surface plane. La dynamique de l’impact d’une goutte sur une surface concave comme ces corbeilles était encore peu connue d’un point de vue mécanique des fluides » souligne la doctorante.

Des expériences réalisées grâce à l'impression 3D

Pour contrôler finement les paramètres en jeu (angle et diamètre des structures, taille des gouttes d’eau, lieu d’impact de la goutte), l’équipe de LadHyX a reconstitué ces corbeilles par impression 3D afin de mener des expériences. En parallèle, un modèle cinématique a été construit pour trouver des explications au mécanisme.

Lorsque qu’une goutte tombe sur une des parois, un jet d’eau repart du côté opposé. L’explication des chercheurs : après l’impact, l’eau se répartie de chaque côté de la parois coniques en suivant les géodésiques (c’est-à-dire les chemins les plus courts). Ces trajectoires se rejoignent au point diamétralement opposé. Les particules d’eau collisionnent, ce qui produit le jet.