Les algues du sol des champs de blé d’Europe centrale révélées par l’ADN

Les algues évoquent le plus souvent les lacs, les étangs ou les efflorescences dans l’océan - rarement le sol sous les champs de blé.

Pourtant, des chercheurs mettent en évidence que les terres agricoles abritent d’immenses communautés d’algues microscopiques, susceptibles de contribuer discrètement au bon état des sols et à leur productivité.

Dans les champs de blé d’Europe centrale, la couche supérieure - le premier centimètre - renferme en réalité une communauté photosynthétique riche de centaines d’espèces, restée jusqu’ici sans cartographie.

La vie invisible sous les cultures

Les algues ne se limitent pas aux milieux aquatiques : elles vivent aussi sur la terre ferme. Elles s’installent dans la fine couche de surface des parcelles, traversent la sécheresse et le froid, et réalisent la photosynthèse directement dans la terre.

Les algues du sol représenteraient environ six pour cent de l’ensemble de la photosynthèse à la surface des terres émergées. Dans certaines parcelles agricoles, elles peuvent compter pour plus d’un quart de la biomasse microbienne.

Pour savoir ce qui se trouve réellement dans ces sols, une équipe de l’Université de Göttingen, associée à l’Université de Kassel située à proximité, a entrepris un inventaire. Les chercheurs ont prélevé des échantillons dans des champs de blé en agriculture biologique exploités par Kassel tout au long de l’année 2024.

L’étude a été dirigée par le professeur Thomas Friedl, spécialiste des algues, qui étudie ces organismes depuis plusieurs décennies.

Selon Friedl, une part de la fertilité des terres agricoles pourrait dépendre de ce que ces algues accomplissent, presque invisiblement, à proximité immédiate de la surface.

Repérer les algues grâce à l’ADN

Jusqu’à cette étude, personne n’avait rassemblé un inventaire complet, fondé sur l’ADN, des algues présentes dans les terres agricoles d’Europe centrale.

Les dénombrer au microscope est une méthode longue, sujette aux erreurs, et qui laisse de côté tout ce qui ne se cultive pas en laboratoire - ce qui ne peut donner, au mieux, qu’une image partielle.

L’équipe de Friedl a donc eu recours au métabarcoding ADN : il s’agit de lire de courts « codes-barres » génétiques à partir de chaque échantillon afin d’identifier les organismes présents.

Cinq champs de blé biologiques ont été échantillonnés à trois reprises en 2024 : début mars, en juillet avant la récolte, puis en novembre après la récolte.

Les algues des champs évoluent au fil des saisons

Le résultat le plus inattendu tient à l’ampleur des changements observés d’une saison à l’autre. La plupart des autres microbes du sol restent globalement stables au cours de l’année.

Ici, la composition en algues s’est réorganisée de façon spectaculaire - un renouvellement qui n’apparaît pas dans la plupart des autres groupes microbiens déjà étudiés dans les sols agricoles.

En mars, alors que le froid persiste et que le sol nu est largement visible entre les jeunes plants de blé, ce sont des algues jaune-vert qui dominent.

En juillet, la situation s’inverse : les algues bleu-vert prennent le dessus. Leur proportion passe d’environ 10 % à près de trois quarts, un basculement complet en moins de quatre mois.

Les diatomées - un groupe bien connu d’algues unicellulaires davantage associé aux océans et aux lacs - ont également été détectées dans le sol des parcelles. Leur dynamique est différente : elles atteignent un maximum en mars, en même temps que les algues jaune-vert.

Les conditions hivernales favorisent la croissance des algues

Pendant les mois froids, les algues jaune-vert dominantes peuvent s’étendre sur le sol nu sous la forme d’un feutrage. Dans plusieurs champs échantillonnés en mars, ces « tapis » étaient visibles à l’œil nu, sans microscope.

En juillet, cette couverture avait presque disparu. À mesure que les températures montaient et que le couvert du blé se refermait au-dessus du sol, les algues bleu-vert et les algues vertes se sont installées à leur place.

Les chercheurs cherchent encore à établir si cette transition s’explique surtout par le réchauffement, par l’augmentation de l’ombre, ou par une combinaison des deux.

Les pratiques agricoles remodèlent la vie algale

L’agriculture biologique est souvent associée à une plus grande diversité microbienne, et l’équipe s’attendait à observer une tendance similaire chez les algues.

Or, ce sont les champs de blé en agriculture conventionnelle qui présentaient, au total, davantage de biomasse algale, ainsi qu’une diversité plus élevée d’algues jaune-vert et de diatomées. Les cyanobactéries font exception : leur diversité chutait fortement.

Ce compromis a des implications concrètes. Les cyanobactéries sont déjà utilisées comme engrais vivant dans des régions rizicoles d’Asie, où leur capacité de fixation de l’azote permet de réduire le recours aux intrants de synthèse.

D’autres travaux apparentés indiquent aussi que des cyanobactéries cultivées en laboratoire peuvent reconstituer, à partir de rien, un sol nu et dégradé.

Le choix de la culture modifie les écosystèmes du sol

L’équipe a également prélevé des échantillons dans deux champs de maïs cultivés en conventionnel, situés à proximité.

Le maïs n’interagit pas avec le sol comme le blé : tiges plus hautes, espacement plus large, davantage de lumière au niveau du sol, et un substrat plus salé et plus riche en azote en raison de l’usage d’engrais.

Dans ces conditions, les cyanobactéries diminuaient encore, tandis que les algues vertes prospéraient. Toutefois, au-delà des motifs mis en évidence, un résultat plus discret ressortait nettement.

Une part importante des algues observées en mars était toujours présente en juillet et en novembre, indépendamment de la culture ou du mode de conduite : un noyau stable, autour duquel s’organise un renouvellement saisonnier.

Un premier aperçu des algues du sol

Dix champs étudiés dans une seule région ne peuvent pas représenter l’agriculture européenne dans son ensemble.

D’autres types de sols, d’autres climats et d’autres rotations culturales peuvent orienter ces communautés d’algues d’une manière que ce cliché n’a pas captée, et les auteurs le reconnaissent clairement.

Une étude de suivi est déjà en cours, basée sur plus de 300 échantillons issus d’expériences de terrain menées sur le long terme.

« Jusqu’à présent, ni les chercheurs ni les agriculteurs ne savaient comment la conduite des cultures influence les algues dans leurs champs », a déclaré Miriam Athmann, agronome à l’Université de Kassel et coautrice de l’étude.

Les algues peuvent-elles aider les fermes de demain ?

Cet angle mort se réduit. Pour la première fois, la cartographie du microbiome d’un sol agricole d’Europe centrale inclut les algues aux côtés des bactéries et des champignons, sur lesquels se concentraient la plupart des inventaires.

Des centaines d’espèces vivent dans les 2,5 cm supérieurs des terres cultivées, et réagissent au choix de la culture, aux saisons et aux apports chimiques selon des motifs que les études centrées sur les bactéries n’avaient pas mis en évidence.

La question pratique, désormais, est de savoir si l’on peut orienter les agriculteurs vers des pratiques qui préservent les cyanobactéries déjà présentes dans leurs champs, plutôt que de les faire reculer.

Car il s’agit d’un film photosynthétique capable de fixer l’azote, de retenir l’eau et de nourrir le reste de la communauté du sol - une aide gratuite que la plupart des exploitations ne peuvent pas se permettre de perdre.