Les croûtes biologiques du sol pour inverser la désertification

Les croûtes biologiques du sol - de fines couches vivantes d’organismes qui se développent à la surface des sols désertiques - peuvent être cultivées artificiellement pour freiner l’avancée des déserts. On les surnomme souvent la « peau vivante » du désert.

Dans la nature, ces croûtes se mettent en place le plus souvent en trois grandes étapes : d’abord des cyanobactéries simples, puis des lichens, et enfin un stade mûr où les mousses deviennent dominantes.

Désormais, des chercheurs ont mis au point une approche visant à inverser la désertification, en transformant du sable en sol fertile.

Le principe consiste à utiliser des microbes élevés en laboratoire pour lier le sable désertique meuble en une pellicule mince et stable, difficile à emporter par le vent.

En renforçant ainsi la surface, les équipes de restauration gagnent du temps pour installer arbustes et graminées, avant que les vents violents et la chaleur du désert ne détruisent les jeunes plants.

Croûte biologique du sol

Sur des damiers de paille déployés dans le nord-ouest de la Chine, une pellicule sombre s’est étalée sur le sable traité et est restée en place après les tempêtes de poussière saisonnières.

En suivant ces parcelles à travers les épisodes de chaleur, puis le gel, l’Académie chinoise des sciences (CAS) a mesuré la rapidité avec laquelle cette pellicule se solidifiait.

Lors d’essais menés près du désert du Taklamakan, au Xinjiang (nord-ouest de la Chine), les équipes de la CAS ont observé que ces croûtes stabilisaient le sable en 10 à 16 mois.

Malgré cette vitesse, les responsables ont privilégié la construction d’une base de sol d’abord, afin que les plantes implantées ensuite puissent tenir sans replantations constantes.

Cyanobactéries et croûte du sol

Bien avant l’apparition des forêts, les cyanobactéries - des bactéries alimentées par la lumière et capables de survivre dans des conditions extrêmes - seraient apparues il y a environ 3,5 milliards d’années.

En utilisant la lumière du soleil et l’air, de nombreuses souches captent le dioxyde de carbone dans leurs cellules, puis rejettent une partie des produits sous forme de matière organique simple.

Dans les sols désertiques pauvres en apports fertilisants, certaines espèces réalisent aussi la fixation de l’azote : elles transforment l’azote gazeux en nutriments assimilables par les plantes, au bénéfice de la communauté microbienne de la croûte.

Une fois installée, cette couche vivante attache les grains dispersés et offre aux premières plantes un support plus favorable pour s’enraciner.

Des sucres collants lient le sable

Au microscope, les croûtes biologiques du sol - ces minces couches vivantes en surface - révèlent un treillis de filaments bactériens enroulés autour des grains de sable.

Pour maintenir ce réseau, les cellules exsudent des sucres visqueux entre les grains ; ces substances se durcissent ensuite en une couche fine et cohésive.

La croûte agit comme une colle : elle maintient les grains de sable ensemble et contribue à empêcher l’implantation de plantes invasives.

En revanche, les pas, les pneus et un ratissage énergique peuvent briser la surface ; produire des croûtes à grande échelle exige donc aussi une protection durable.

Le carbone commence à s’accumuler

Au cours de la première année, la surface traitée a commencé à retenir les nutriments dans les 2,5 premiers centimètres (un pouce) du sol, au lieu de les laisser partir avec la poussière.

En se mélangeant à la poussière minérale transportée par le vent, les cellules mortes et les sucres relargués ont formé de la matière organique, ce qui a aidé à piéger l’azote et le phosphore.

À mesure que les nutriments se concentraient, davantage de microbes pouvaient s’en nourrir, et la communauté de la croûte devenait plus difficile à perturber.

Pour les semis, ce basculement offrait un meilleur point de départ, mais la survie dépendait toujours de l’arrivée des pluies au bon moment.

La croûte du sol retient l’eau

Après de courtes pluies, une zone couverte de croûte conservait l’humidité plus près de la surface, tandis que le sable nu voisin séchait rapidement.

Des pores irréguliers et des pigments sombres limitaient l’évaporation, car l’eau restait à l’ombre et piégée sous la fine couche.

Garder l’humidité ne serait-ce que quelques jours de plus peut aider les graminées et les arbustes à émettre des racines avant le retour de la chaleur.

Lors de longues périodes sans pluie, la croûte vivante peut entrer en dormance ; les résultats dépendent donc du climat et d’un calendrier d’intervention précis.

Lichens et mousses

Avec le temps, la croûte a évolué d’une dominance microbienne vers une couverture mixte incluant des lichens et de petites zones de mousse.

Les lichens ont apporté une surface plus résistante, et leur croissance lente a contribué à maintenir la croûte intacte pendant les vents forts et les nuits froides.

La mousse a ajouté de la hauteur et de l’ombre, permettant à de minuscules poches d’humidité de persister et offrant un abri à de nouveaux microbes.

Quand ces partenaires plus tardifs se sont installés, l’ensemble est devenu plus stable, mais les dommages ont aussi mis plus de temps à se réparer.

Suivre l’évolution des croûtes du sol sur 59 ans

Derrière les essais rapides d’aujourd’hui, la Chine dispose d’un historique qui a suivi la croissance des croûtes sur 59 ans de récupération des déserts.

À partir d’échantillons de croûte d’âges connus, l’équipe a comparé des sites laissés intacts à des parcelles traitées avec des cyanobactéries cultivées en laboratoire.

Les gains en nutriments variaient selon les microbes dominants, et l’ajout de cyanobactéries a raccourci un processus de plusieurs décennies à seulement quelques années.

Même dans les scénarios les plus favorables, il fallait toutefois attendre deux à trois ans pour obtenir une croûte mûre, capable de résister aux perturbations.

L’érosion chute rapidement

Le vent constitue l’épreuve la plus sévère : le sable nu échoue dès que les rafales se lèvent et emportent les grains.

Après pulvérisation de cyanobactéries, les grains liés restaient en place, car la croûte les connectait entre eux ; moins de particules étaient ainsi soulevées dans l’air.

Des tests en laboratoire, avec une croûte fabriquée, ont réduit de plus de 90% la perte de sol due au vent, dans des vents contrôlés.

Moins de sable en mouvement pourrait signifier moins de tempêtes de sable et des routes plus durables, mais la croûte doit résister à la circulation et à la pression du pâturage.

Limites sur le terrain

Étendre cette méthode au-delà de petites parcelles impose de décider où pulvériser les microbes, car toutes les dunes n’ont pas forcément besoin d’une croûte.

Les souches locales tolèrent souvent mieux la chaleur, la salinité et la sécheresse que des souches importées ; les équipes cultivent donc généralement des microbes provenant de déserts voisins.

Comme la désertification - la perte de couverture végétale qui rend les terres plus désertiques - a de nombreuses causes, les croûtes ne peuvent pas résoudre à elles seules le surpâturage ni une mauvaise gestion de l’eau.

Sans protection contre les véhicules et un piétinement important, une surface restaurée peut se désagréger, et la récupération peut prendre des années.

Avenir des croûtes biologiques du sol

Accélérer la formation des croûtes transforme la croissance microbienne en outil concret, reliant le contrôle du sable désertique à une restauration plus lente fondée sur les plantes.

Un suivi à long terme dira si la durabilité, les bénéfices et les effets secondaires se maintiennent dans des déserts et des climats différents.

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