La racine

En botanique, la racine est l'organe souterrain d'une plante servant à la fixer au sol et à y puiser l'eau et les éléments nutritifs nécessaires à son développement. Prolongement de la tige vers le bas, elle en diffère par plusieurs caractères : sa structure interne, son géotropisme positif, la présence d'une coiffe terminale et de poils absorbants, l'absence de feuilles et de bourgeons. C'est ce dernier caractère qui la distingue fondamentalement de la tige.

Les racines sont souvent le siège de symbioses avec les bactéries et les champignons du sol, en particulier pour le métabolisme de l'azote. Les racines peuvent présenter des adaptations afin de faciliter le développement de la plante dans un environnement particulier (exemple des racines du palétuvier). Dans certains cas les racines servent aussi à stocker des nutriments (exemple du radis, la betterave, le navet, etc.). Certaines racines de plantes sont comestibles ou à usage médicinal, d'autres sont hautement toxiques.

Les racines sont les organes cibles des herbicides racinaires, qu'on emploie pour lutter contre les adventices.

Racines de pin sylvestre (Pinus sylvestris).

Racines-contreforts (fréquentes en forêt tropicale).

Tapis de racines de lierre (Hedera helix), et de graminées

Rôles de la racine

Racine déformée et sortie du sol.

La racine est un organe vital de la plante, qui se forme très tôt lors du développement de la plante, dès le début de la germination. Elle a plusieurs rôles au sein de la plante :

• ancrage au sol (sol plus ou moins meuble) ou sur une paroi ; selon la granulométrie du substrat, les racines ligneuses, dont le diamètre peut aller de quelques millimètres à plusieurs décimètres, se développent et se ramifient plus ou moins. L'aspect du système racinaire change généralement d'une espèce de plante à une autre : un chêne a des racines développées en profondeur, alors qu'un peuplier a un système racinaire de surface.
• fonction de tuteur. Certains végétaux développent des racines aériennes (situées au-dessus de la surface du sol) qui ont pour origine des méristèmes apicaux racinaires situés dans une partie plus haute de la plante qu'habituellement. Ces racines ont une fonction de tuteur en s'ancrant dans le sol de part et d'autre de la plante et en l'empêchant de se courber.
• absorption de l'eau et des nutriments du sol, et leur transport au reste de la plante pour sa croissance et aux feuilles pour la photosynthèse. Le transport est réalisé par l'évaporation foliaire tractante principalement (évapotranspiration), mais aussi par la pression racinaire due à l'absorption active d'eau (visible lors de la guttation au niveau des hydatodes foliaires).
• l'accumulation de réserves. Cette fonction a un rôle primordial dans les régions à climat saisonnier contrasté : pendant la saison défavorable, une partie de ces réserves est utilisée pour la respiration d'entretien des divers tissus ; pendant la saison favorable, le redémarrage de la croissance est facilité par la mobilisation de ces ressources qui sont essentiellement sous forme de glucides (sucres solubles et amidon stockés dans le parenchyme ligneux de l'aubier des branches et des racines), de lipides (surtout des triglycérides, comme dans le cas des Ailanthus sp.) et de protéines de réserve (albumines, globulines, prolamines stockées dans le phloème)².
• support d'associations symbiotiques complexes avec les micro-organismes (bactéries et champignons) qui vont, par exemple, aider à la solubilisation du phosphore, à la fixation de l'azote atmosphérique, au développement de racines secondaires.
• décolmatage du sol
• création de sol. Les molécules et enzymes sécrétés par les racines et leurs manchons symbiotiques contribuent à la formation du sol. Les racines de nombreux arbres sécrètent des acides organiques assez puissants pour ronger les pierres calcaires et en libérer le calcium et d'autres minéraux utiles pour les espèces qui produisent et exploitent l'humus.
• communication. Certaines espèces d'arbres peuvent anastomoser leurs racines à celles d'arbres de la même espèce et ainsi mettre en commun des ressources hydriques et nutritives. Ces anastomoses peuvent aider une souche ou un arbre gravement blessé à survivre et à mieux résister à l'érosion des sols, pentes et berges. Quand la connexion n'est pas directement physique, des communications via le tissu mycorhizien peuvent exister. L'anastomose ne doit pas être confondue avec la production d'un nouvel arbre (clone) à partir d'une racine.

On a découvert que des linéaires d'arbres, des bosquets, voire des parties importantes de forêts pouvaient être anastomosés, ce qui laisse supposer qu'il s'agit d'un avantage évolutif important, car l'anastomose est suspectée de pouvoir aussi - a priori - être l'occasion du passage rapide de pathogènes d'un arbre à l'autre lorsque l'un des arbres est infecté.

De nombreux arbres tropicaux ont des racines et contreforts solides leur permettant de pousser sur des milieux a priori hostiles

Dans toutes les forêts primaires les racines exploitent volontiers les nutriments du bois mort, ici au fur et à mesure de sa décomposition, qui facilite la mycorhization des radicelles

Les racines jouent un rôle majeur dans le maintien des berges

Pont naturel (Inde)

Racine et génie végétal

Le génie végétal utilise les racines pour fixer, dépollué ou décolmater certains sols ou sédiments.
Inversement, sur des digues étroites ou fragiles (sables, limons fins peu cohérents) l'action du vent sur les arbres ou la putréfaction des racines après la mort des arbres peuvent être des sources de dégradation de la digue.

Une meilleure connaissance de l'autécologie d'une essence forestière peut aider le forestier et l'agrosylviculture ou un pépiniériste à mieux « installer chaque essence à sa place » dont en fonction de ses capacités d'enracinement de chaque essence.

Structure de la racine

Morphologie

La jeune racine présente, en partant de son extrémité (cf. schéma à gauche), une zone embryonnaire qui constitue le pôle de croissance, protégée par une coiffe conique composée de cellules subérifiées se renouvelant constamment. Cette coiffe, par la sécrétion de polyosides, a un rôle lubrifiant afin de permettre une meilleure pénétration de la racine dans le sol. Au sein de la coiffe, des cellules spécifiques, les statocytes, sont impliquées dans la perception de la gravité grâce à leurs statolithe. Suit une zone d'allongement limitée à quelques millimètres, suivie par une zone pilifère (ou assise pilifère). Dans cette dernière zone, chaque poil absorbant (ou trichoblaste, ou poil racinaire) est constitué d'une seule cellule très allongée à grande vacuole, dont les parois nues permettent l'absorption de l'eau et des sels minéraux par osmose. La présence de ces nombreux poils permet d'augmenter considérablement la surface d'absorption de la racine. Ces poils meurent très vite et sont remplacés par d'autres au fur et à mesure de la croissance de la racine, ce qui fait que la zone pilifère est globalement toujours de la même taille. La zone suivante est une couche de cellules enrichies en subérine appelée assise subéreuse. Les racines secondaires issues du péricycle situé autour du faisceau conducteur, permettent d'accroître l'étendue du tissu racinaire. Leur morphologie est comparable à celle de la racine principale. Les plus fines racines secondaires sont appelées les radicelles et comportent généralement beaucoup de poils absorbants.

Les racines fines représentent moins de 10 % de la masse totale d'un arbre mais forment un chevelu racinaire (appelé aussi tapis racinaire) qui correspond à 90 % de sa longueur. Les arbres dans les sols riches peuvent développer plusieurs millions d'extrémités de ces racines fines par mètre carré et sur 30 cm de profondeur.

Chez les plantes ligneuses coexistent deux types de racines (phénomène connu sous le nom d'hétérorhizie, caractéristique des arbres à ectomycorhizes) : les macrorhizes (littéralement « racines longues ») qui sont des racines secondaires de structure, assurant l’ancrage mécanique et explorant le sol sur de grandes distances ; les brachyrhizes (littéralement « racines courtes »), analogues à des feuilles souterraines, ces racines primaires absorbent l’eau et les sels minéraux du sol et sont le siège de la symbiose ectomycorhizienne.

Types de racines spécialisées

Sur sol sableux, les résineux étalent parfois largement leurs racines traçantes

Planche botanique de quatre types de racines par Émile Deyrolle : dahlia, lentilles d'eau, lierre et moutarde.

• racines pivot ; chez certaines plantes, une partie des racines s'enfoncent verticalement, assurant la stabilité de la plante.
• racines adventives : ce sont des racines qui apparaissent le long d'une tige, spécialement dans les entre-nœuds ;
• racines-crampons : sorte de racines adventives qui permettent à la plante de s'accrocher à son support (lierre) ;
• racines aériennes : développées par les plantes épiphytes pour absorber l'humidité atmosphérique ;
• racines internes : ce sont des racines adventives qui peuvent se développer à l'intérieur du tronc creux d'un arbre vivant, qui vont prélever l'humus produit là par des organismes saproxylophages (si cet humus est assez humide). L'arbre peut alors paradoxalement croître vers son centre et restaurer une écorce interne. À ne pas confondre avec certains champignons qui peuvent tapisser les cavités du bois et qui ont une forme rappelant celle des racines.
• racines tubérisées (en tubercule) : adaptation à l'accumulation de réserves, généralement d'amidon ou d'inuline, dans les différents tissus des racines (exemple de la ficaire, du dahlia, de la betterave sucrière) ;
• racines succulentes : adaptées au stockage de l'eau ;
• racines-échasses : ce sont des racines adventives, plus ou moins arquées, ancrées dans le sol. Cette structure est typique de certains palétuviers poussant dans les mangroves (ex : Rhizophora spp.). Cette structure a généralement une fonction stabilisatrice pour des espèces poussant sur des sols meubles (ex : Pandanus spp.) ou d'étai pour le tronc ou les branches (ex: figuier banian). Les racines-échasses peuvent parfois être garnies d'épines comme chez le palmier Socratea exorrhiza).
• racines contreforts : ce sont des empattements racinaires remontant le long du tronc et stabilisant les arbres. Cette structure est souvent présente chez les espèces poussant sur des sols meubles (ex : Pterocarpus officinalis, fromager...).
• pneumatophores : racines verticales qui émergent de l'eau et permettent d'assurer les échanges gazeux chez certains arbres des marécages et de la mangrove (exemple : cyprès chauve, Taxodium distichum);
• racines-suçoirs : observées chez les plantes parasites comme le gui (Viscum album, Loranthacées).

Racines échasses du palétuvier

D'autres espèces tropicales poussent sur des échasses, ici garnies d'épines, hors de zones inondées, pour des raisons évolutives non élucidées (Guyane)

Racines pneumatophores de Taxodium ascendens

Racines-contreforts de fromager

Différentes formes de racines

La racine peut avoir différents aspects : grêle (1), filiforme, pivot (2);(3) et fasciculée (4) pour les herbes. Elles peuvent aussi former un caudex comme chez le baobab.

Ramification

Système racinaire d'un manguier vivant, dégagé par l'érosion d'une berge

On distingue deux grands types de racines :

• la racine pivotante : une racine principale, issue de la croissance de la radicule de la plantule, se développe et se ramifie en racines latérales, d'ordre inférieur ;
• les racines latérales (secondaires, tertiaires, etc.), qui peuvent dans certains cas prendre beaucoup d'importance par rapport au pivot central (système racinaire fasciculé illustré précédemment, rencontré par exemple chez les Poacées).

Une fois la racine principale formée, les racines secondaires sont créées à partir d'un tissu spécialisé de la racine, le péricycle. Ce tissu forme une masse de cellules méristématiques qui se différencient et prolifèrent vers l'extérieur de la racine, pour former une racine secondaire. De nouveaux faisceaux conducteurs de sève se forment ensuite dans cette nouvelle racine.

En outre, des racines adventives peuvent apparaître sur les tiges, soit aux nœuds, soit aux entre-nœuds, voire sur les feuilles (ce qui permet de multiplier les bégonias par des boutures de fragments de feuilles). Les tiges souterraines émettent des racines adventives, de même que les tiges rampantes appelées stolons (exemple du fraisier).

On distingue trois grands types de systèmes racinaires :

• système racinaire pivotant : développement prédominant de la racine principale, par la dimension de sa « balle » (largeur et profondeur), système fréquent chez les dicotylédones ;
• système racinaire fasciculé (en cœur) : racines adventives disposées en faisceau à la base de la tige (poireau, plantain) ou racines latérales de même « balle » que la racine principale et non ramifiées (Poacées), système fréquent chez les Monocotylédones ;
• système racinaire traçant : racine principale peu développée, racines latérales à extension horizontale et à faible profondeur (peupliers, résineux qui adoptent ce système lors de conditions édaphiques et climatiques difficiles)

L'expression « l'arbre cache la forêt » s'applique aussi à la partie aérienne (tronc et houppier) de l'arbre mais parce que le système racinaire (racines principales, racines secondaires et radicelles) est invisible, son importance est toujours sous-estimée. La portion visible ne représente que la partie émergée car le système racinaire chez les arbres se développe en moyenne — ordre de grandeur à relativiser car il existe une grande variabilité — sur 100 m² et prospecte un volume de 100 m³ (chiffre à multiplier par 10 pour un chêne âgé en sol non contraignant). Le système racinaire constitue 20 % de la biomasse totale de l'arbre. Chez les plantes terrestres, ce système représente un tiers de la biomasse totale. Les champignons mycorhiziens qui existent chez environ 90 % des plantes vasculaires (par provocation, il est tentant avec ce chiffre de dire que « les plantes, dans leur état naturel, ont des mycorhizes plutôt que des racines ») développent un mycélium racinaire représentant jusqu'à 30 % de la biomasse racinaire. Chez un pin taeda de 48 ans d'âge, la répartition de la biomasse est la suivante : tronc 62,4 % ; branches 15,2 % ; feuillage 2,4 % ; racines pivotantes 11 % ; racines latérales 6,8 % ; racines fines 2,2 %.

Les études sur le système racinaire des plantes non ligneuses donnent également des résultats insoupçonnés. Ainsi, « un pied d'avoine sans concurrence produirait environ 86 kilomètres de racines au cours d'une seule saison, alors qu'un pied normal n'en élabore à peine qu'un kilomètre ». Un seul plant de seigle « produit 14 millions de racines en quatre mois, soit 500 kilomètres, à un rythme qui peut atteindre 5 kilomètres par jour ».

Une idée reçue veut que le système racinaire soit limité à l'espace défini par la projection au sol du houppier, les racines couvrant la même surface au sol que le houppier. En réalité, la majorité des racines tapissent le sol plutôt qu'elles ne le pénètrent et certaines racines horizontales s'étendent jusqu'à des longueurs égales à trois fois la hauteur de l'arbre. L'évolution du système racinaire va généralement d'un cône renversé étroit et profond à un cône renversé à la base très large et peu profond. Le rapport du diamètre du houppier au diamètre de la surface explorée par les racines est en moyenne de l'ordre de 1/2, celui des surfaces respectives varie de 1 à 5.

Anatomie

La racine peut présenter deux types successifs de structure : la structure primaire (Fig.1) chez les jeunes plantules, et la structure secondaire (Fig.2) chez les plantes plus âgées mais uniquement chez les dicotylédones et les gymnospermes.

Structure primaire

Il s'agit de la structure anatomique des jeunes racines. Sur une coupe transversale (dans le sens de la largeur : voir Fig.1 ci-dessus) d'une telle racine, on distingue deux zones :

• l'écorce : distincte de ce que l'on appelle également l'écorce dans le langage courant, cette partie est constituée du rhizoderme qui porte d'abord les poils absorbants de la racine (ou assise pilifère) puis une couche de cellules subérisées (l'assise subéreuse, lorsque la racine vieillit), et du parenchyme cortical, qui assure le transport des éléments absorbés jusqu'au centre de la racine pour leur transport à travers toute la plante. La dernière couche de cellules de ce parenchyme est épaissie et forme une sorte de barrière de contrôle des molécules circulant dans la racine, c'est l'endoderme.

• le cylindre central : c'est ici que se trouvent les tissus de transport de la sève, de la racine vers le reste de la plante. Il est composé tout d'abord du péricycle, une couche de cellules à partir de laquelle vont se former les ramifications de la racine. Viennent ensuite les deux types de tissus conducteurs, le xylème (ou bois) qui conduit la sève brute vers les feuilles et le phloème (ou liber) qui redistribue la sève élaborée dans toute la plante. Ces deux types de tissus, issus d'une couche intermédiaire de procambium, sont disposés en cercle, alternativement. Enfin, au centre de la racine, la moelle, composée de parenchyme médullaire, n'a pas de fonction particulière (si ce n'est un rôle de réserve).

Structure secondaire

Fig. 2 : structure secondaire d'une racine complète

Cette structure ne se met en place que chez les plantes pluriannuelles (mais pas chez les monocotylédones). C'est l'apparition d'un cambium continu, qui apparait d'abord, en coupe, sous une forme étoilée, qui devient progressivement circulaire avec la croissance de la racine en épaisseur. Le cambium vasculaire (ou assise libéro-ligneuse) va créer les tissus de conduction secondaires que sont le xylème II et le phloème II. Le phellogène (situé vers la périphérie de la racine (ou assise subéro-phellodermique), crée quant à lui une couche externe de suber (ou liège) ainsi qu'une couche plus interne de phelloderme, toutes deux assurant la protection de la racine.

Croissance racinaire

Germination d'une graine de litchi.

La croissance racinaire est une fonction du méristème apical localisé dans la zone d'élongation (cf. Morphologie). Les cellules méristématiques se divisent plus ou moins de façon continue, et produisent d'autres méristèmes, les cellules de la coiffe et des cellules souches indifférenciées. Ces dernières vont devenir les tissus primaires de la racine.

Les racines vont généralement croître dans toute direction présentant les bonnes conditions en air, nutriments, et eau pour satisfaire aux besoins de la plante. Les racines ne pousseront pas dans un sol sec. Avec le temps, si les conditions sont favorables, les racines peuvent casser fondations, conduites d'eau souterraines, et soulever le trottoir. À la germination, les racines croissent vers le bas sous l'effet du gravitropisme (mécanisme de croissance de la plante, opposable à l'héliotropisme de la tige qui la pousse à croître vers la source de lumière). Certaines plantes, disposant de racines-crampons (comme le lierre grimpant) grimpent aux murs et sur les autres végétaux. C'est ce qu'on appelle le thigmotropisme.

La plupart des plantes croissent par leur partie apicale ; c'est la croissance primaire ou principale, qui permet la croissance verticale. D'un autre côté, la croissance secondaire permet la croissance en diamètre des racines. Déjà évoquée dans le chapitre Anatomie (Fig.2), la croissance secondaire se produit à partir du cambium vasculaire et du cambium cortical.

Chez les plantes ligneuses, le cambium vasculaire, qui se forme à partir du procambium entre le xylème et le phloème primaire, forme un cylindre de tissu tout au long de la racine. Cette couche forme de nouvelles cellules vers l'intérieur (qui se différencient en xylème secondaire) et l'extérieur (qui se différencient en phloème secondaire) du cylindre de cambium. Comme ces tissus secondaires de xylème et phloème se développent, le périmètre de la racine augmente. Conséquemment, les tissus au-delà du phloème secondaire (le parenchyme), ont tendance à être poussés et écrasés contre la paroi.

À cet endroit, le cambium cortical, qui se forme à partir du péricycle, commence à créer de nouvelles cellules selon le même schéma : vers l'extérieur va se former le suber (ou liège), et vers l'intérieur le phelloderme.

Fonctions

Association symbiotique subaquatique (de bactéries filamenteuses et cyanophycées probablement) formant un manchon dense de l'épaisseur d’un doigt) autour des racines immergées d’un aulne (le manchon a été dégagé pour permettre de voir la racine.)

Les botanistes distinguent les fonctions suivantes chez les racines :

• Ancrage superficiel au sol et stabilisation du végétal. Chez les arbres ce rôle mécanique a plus pour effet une « augmentation de la cohésion des couches superficielles que d'un véritable ancrage profond… Quant au poids des arbres, considéré souvent à tort comme un facteur aggravant, il faut relativiser son impact en le comparant à l'épaisseur d'une couche de sol de poids équivalent. Bien souvent, le poids des arbres ne représente pas plus de 5 de couche de sol. Mais l'effet de levier dû à la prise au vent élevée peut entraîner des arrachages »
• Nutrition : absorption d'eau et de sels minéraux. Les chercheurs en biologie végétale ont longtemps considéré que cette fonction était assurée par les poils absorbants. Or ceux-ci ne sont actifs qu'en période de germination, avant que 90 % des plantes ne soient colonisées par des hyphes du champignon symbiote, formant des mycorhizes qui sont les véritables structures assurant l'absorption d'eau et des nutriments. Les poils ne sont fonctionnels que dans quelques groupes de plantes (moins de 10 %) non mycorhizes : ce sont essentiellement des plantes de milieux pionniers (absence de champignons) ou riches, dans lesquels l'approvisionnement hydrominéral ne nécessite pas de mycorhize. Deux chercheurs ont mis en évidence en 1989 le phénomène de racinaire.
• Mise en réserve (tubérisation, racine pivotante) de protéines et de produits de la photosynthèse qui sont stockés dans les racines
• Effet rhizosphère, les racines assurant une interface avec des organismes vivants (micro-organismes et faune du sol)
• Excrétion : les racines excrètent des exsudats organiques et minéraux favorables au développement du microbiote du sol. L'exsudation « représente une dérivation vers le sol de 5 à 20 % du carbone fixé par la photosynthèse, en fonction des facteurs environnementaux (température, lumière, humidité, contraintes physiques, statut nutritionnel, présence de micro-organismes) »

Profondeur des racines

La distribution des racines des plantes vasculaires dans le sol dépend de la forme des plantes, de la distribution spatiale et temporelle de l'eau et des nutriments, et des propriétés physiques du sol lui-même. Les racines les plus profondes se rencontrent en général dans les déserts et dans les forêts tempérées de conifères ; les moins profondes se trouvent dans la toundra, dans les forêts boréales et dans les prairies tempérées. Dans une roche-mère fissurée, les racines pivots peuvent poursuivre leur extension verticale. Le record d'enracinement en France est de 150 mètres de profondeur pour des chênes, 140 mètres pour des merisiers ou 110 mètres pour des ormes, comme l'ont rapporté des spéléologues explorant des grottes souterraines.

Records de profondeur

Les racines et l'homme

Lors des défrichements médiévaux et plus récents, les racines d'arbres coupés étaient parfois extraites du sol par les pauvres pour le chauffage. Le dessouchage demande beaucoup d'énergie ; mais produit un bois peu apprécié car riche en silice ou graviers susceptible d'endommager les chaudières et déchiqueteuses.

Le dessouchage est aujourd'hui fait mécaniquement ; ici : Empilement de souches de pins maritimes après dessouchage d'une coupe rase (2018, Forêt des Landes de Gascogne).

Importance économique

Dès l'Antiquité existaient des professions de rhizotomos ριζοτομος « coupeur de racine » (ramasseur de plantes, herboriste) et de pharmakopôlês φαρμακοπ?λης « vendeur de drogues ». Le rhizotome se chargeait de la cueillette des plantes qu'il remettait au pharmacopole (médecin-pharmacien) ayant la responsabilité de la composition des remèdes et de la vente. Au Moyen Âge, les végétaux sont relégués au bas de l'échelle de la Scala naturæ. Les légumes souterrains, aliments non nobles selon la conception occidentale, sont des plantes de mortification alimentaire ou de pénitence. La culture de légumes-racines (betterave sucrière, igname) reste encore aujourd'hui d'une importance économique relativement grande.

Les souches laissées après l'abattage des arbres sont maintenant parfois extraites du sol pour fournir du bois-combustible aux centrales à biomasse.

Interactions avec le patrimoine bâti

Certains systèmes racinaires peuvent interagir avec les infrastructures proches ^32,33 ou s'insinuer dans certains joints de maçonneries (joints humides faits de terres ou de chaux hydraulique naturelle faiblement dosée). De même dans les sols pauvres et drainants et secs en été, les racines peuvent se diriger vers les réseaux d'eaux pluviales et/ou d'eaux usées (égouts) en écartant les joints de tuyaux de béton ou en s'insinuant dans les joints d'étanchéité de tuyaux de PVC pour aller se développer dans les eaux usées riche en matières organiques. Un programme de recherche européen piloté par la Suède ou ce phénomène a été très étudié a montré qu'il est possible de détourner les racines et d'éviter cela, notamment en entourant le tuyau d'un feutre-anthracine. Programme européen de travail piloté par la Orjan Stal Sverige. Quand elles manquent d'eau, des racines peuvent pénétrer presque tous les types de joints de tuyaux de béton ou de pvc.

Intérêt pour la biomimétique

De nombreuses propriétés racinaires (croissance adaptative et capacités d'échange avec le milieu notamment) intéressent la biomimétique.

Plusieurs projets de hardwares, softwares, senseurs, actuateurs et robots s'inspirant des systèmes racinaires pour produire des systèmes robotiques pouvant explorer un environnement (sédiments, sol..) en y détectant des ressources ou conditions particulières., pour éventuellement dans le futur pouvoir exploiter ces ressources, analyser et suivre (monitoring) des sols, les dépolluer, explorer un nouveau milieu, etc.

Illustrations

Principaux types de racines (« pivot », « en chevelu »..)

Structure fractale de type racine, modélisée informatiquement

Pointe racinaire (microscope)

Racine mycorhizées par un champignon symbiote (Amanite)

Présentation pédagogique des racines d'un arbre, vue de dessous

Exemple d'adaptation au substrat

Berge érodée et surpiétinée, mais maintenue par les racines

Racines mises à nu par l'érosion

Racines limitant le phénomène d'érosion

Racines d'arbre tombé et mort ; habitat d'invertébrés spécifique

Système racinaire de séquoia géant

Fromager à Ta Prohm, Angkor, Cambodge

Fromager à Ta Prohm, Angkor, Cambodge

Racines de Pandanus

Wodyetia bifurcata (Cairns, Australie.

Racines aériennes (Metrosideros excelsa)

Racine aérienne d'une liane (Hedera helix)

Ficus elastica

Racines aquatique libre de saule

Contreforts, fréquents en zone tropicale

Contreforts (Amazonie péruvienne)

Intrusion dans l'aqueduc de Fréjus (de racines de chênes)

Souterrain et donc généralement caché, le système racinaire des plantes est moins familier au jardinier que les parties aériennes. Pourtant, il est essentiel à l'ancrage et à la nutrition du végétal : découvrez les différents types de racines.

Structure et rôle du système racinaire d'une plante

Le système racinaire permet à la plante d'absorber l'eau et les nutriments (sels minéraux sous forme d'ions) dont elle a besoin pour vivre. Les racines sont munies pour cela, à leurs extrémités, de poils absorbants qui viennent accroître la surface, déjà importante, de contact racine / sol : plus cette surface est importante, plus les échanges sont facilités.

Les racines permettent aussi à la plante, accessoirement, de s'ancrer dans le sol : sans racines, les plantes seraient entraînées par le vent ou l'eau de ruissellement. C'est particulièrement vrai chez les arbres : les grosses racines ligneuses stabilisent l'arbre, la fonction d'absorption étant assurée par les radicelles (appelées "chevelu racinaire").

Les racines servent enfin d'organes de réserves : cette fonction est évidente chez les plantes à racine tubérisée ou rhizomateuse (a fortiori celles qui produisent des tubercules), mais aussi pour les autres, notamment les vivaces dont le feuillage disparaît en hiver : avant la chute des feuilles et/ou la dégénérescence des parties aériennes, la sève descend dans les racines, afin d'y stocker une réserve de nutriments permettant un redémarrage rapide au printemps suivant.

Les différents types de systèmes racinaires

Il existe différents types de systèmes racinaires, avec tous les types intermédiaires, voire des plantes possédant des racines relevant de plusieurs types. L'architecture du système racinaire dépend de l'espèce à laquelle appartient la plante, mais pas seulement : elle est également fonction de la disponibilité des nutriments, du type de sol, de sa composition...

Système racinaire pivotant

Ce type de système racinaire se rencontre notamment chez les Dicotylédones et les Gymnospermes. Il est caractérisé par une racine principale qui s'enfonce verticalement dans le sol, et sur laquelle se développent des racines secondaires latérales. Permettant un ancrage particulièrement efficace, la racine pivotante est redoutée du jardinier désireux d'arracher les mauvaises herbes (le pissenlit en est une bonne illustration) ou de transplanter une plante mal placée. Le chêne, la tomate possèdent une racine pivotante. A noter qu'une racine pivotante peut être tubérisée : radis, carotte, betterave...

Système racinaire fasciculaire

Observé chez de nombreuses Monocotylédones, le système racinaire fasciculaire forme, comme son nom l'indique, un faisceau : les racines démarrent toutes au même point, et il n'y a pas de prédominance d'une racine principale. C'est typiquement le cas chez les plantes bulbeuses : les racines apparaissent à partir d'un plateau. Les graminées, le maïs en sont d'autres exemples. Les racines fasciculées peuvent d'ailleurs être rhizomateuses (dahlia).

Racines adventives

Les racines adventives se forment sur les tiges, à partir d'un nœud. Les racines adventives sont souvent complémentaires d'un autre type de système racinaire. Par exemple, chez certains lys, des racines adventives apparaissent dans la partie enterrée des tiges, au-dessus du bulbe qui est, lui, à l'origine des racines fasciculées. Les racines adventives sont aussi observables chez les tomates, le maïs... et toutes les plantes qui se multiplient par bouturage de tige ou celles qui possèdent des tiges rampantes capables de s'enraciner (menthe, pervenche...) ou qui émettent des stolons (fraisiers).

Racines traçantes

Les racines traçantes se développent horizontalement sous la surface du sol. Sur ce type de racine, des tiges et des racines complémentaires peuvent apparaître, ce qui permet de donner naissance à une nouvelle plante. Les racines traçantes sont typiques de nombreux bambous et des plantes couvre-sol capables de former de vastes tapis.

Des racines plus "exotiques"

Il existe aussi d'autres types de racines, moins courants, et qui permettent à certaines plantes de pousser dans des conditions spécifiques :

• les racines contreforts (divers arbres des forêts tropicales),
• les racines crampons (lierre),
• les racines échasses, qui soutiennent le tronc au-dessus du sol ou de l'eau (palétuvier) ;
• les racines aériennes (orchidées épiphytes)
• les racines lianes (banyan)
• les racines ventouses (vanillier)
• les pneumatophores : excroissances racinaires émergeant du sol, en sol inondé (cyprès chauve)

Des plantes sans racines

Existe-t-il des plantes sans racines ? Oui ! Ce sont par exemple les mousses : elles n'ont pas de vraies racines mais simplement des poils fixateurs. L'absorption de l'eau, des sels minéraux dissous et des gaz se fait uniquement par les feuilles.

Quand les racines s'associent aux champignons et aux bactéries du sol

Les mycorhizes sont des associations étroites entre racines et champignons : les champignons aident le végétal à absorber l'eau et à dissoudre certains minéraux du sol, tandis que les racines de la plante fournissent au champignon, via la sève élaborée qui descend des parties aériennes, le carbone qu'il ne sait pas synthétiser.

Il existe d'autres types de symbioses et d'échanges entre les racines des végétaux et les micro-organismes du sol, on ne les connaît d'ailleurs pas encore tous très bien. Ainsi, les Fabacées ont la capacité d'abriter des bactéries dans leurs racines, au sein de nodosités, et d'établir une relation symbiotique avec elles : la plante fournit le carbone, la bactérie fixe l'azote gazeux (lire : Des légumineuses pour enrichir le sol en azote).

Les végétaux (arbres notamment) utilisent aussi leurs racines pour communiquer entre eux et échanger des nutriments, via les mycorhizes : le monde souterrain nous réserve encore bien des surprises !

Des racines et des arbres: utilité et développement des racines

Tel un monument qui attire l’oeil par la beauté de ses façades et l’harmonie de ses proportions, sans que l’idée même de ses fondations ne vienne à l’esprit, le végétal s’impose à nous par sa verte ramure occupant l’espace aérien, occultant dans le même temps toute sa partie souterraine, pourtant vitale à sa survie. Penchons-nous sur le système racinaire des arbres et des arbustes, en égratignant au passage quelques idées reçues et en tâchant surtout d’en tirer des leçons pour réussir nos futures plantations.

À quoi servent les racines

Traditionnellement, cinq fonctions sont attribuées au système racinaire des plantes.

En plongeant leurs ramifications dans le sol, les racines assurent un rôle d’ancrage à l’arbre ou à l’arbuste. De plus, elles s’opposent à l’enfoncement du végétal sous son propre poids et à son basculement sous l’effet des contraintes extérieures.

L’allongement et la ramification des racines permettent à la plante de prospecter les couches de sol successives pour en tirer le maximum de ressources.

Les racines servent aussi accumuler des réserves qui permettront au végétal de redémarrer à la saison suivante, avant que ne se mette en route l’activité photosynthétique.

Par ailleurs, grâce à son « chevelu » et à ses radicelles, aidé par les symbioses mycorhiziennes, le système racinaire a la capacité d’absorber l’eau et les éléments minéraux contenus dans le sol, tout d’abord par un phénomène d’osmose puis grâce à l’évapotranspiration au niveau des feuilles.

Enfin, un lien étroit unit les parties souterraines et aériennes des végétaux puisque les racines synthétisent et émettent des hormones de croissance, les cytokinèse. En retour, les parties aériennes « nourrissent » le système racinaire grâce à d’autres hormones, les auxines, et à la sève élaborée qui lui sont fournies.

Les racines d’un pin poussant sur une dalle de granit témoignent de leur caractère opportuniste : pas de pivot mais un étalement latéral pour contourner l’obstacle.

Comment les racines se développent-elles ?

La croissance du système racinaire de la plupart des espèces passe par des étapes communes : le développement d’un pivot vertical puis sa ramification en racines horizontales qui vont exploiter le sol dans un rayon de plusieurs mètres pour les arbres. Ce système émet ensuite, à proximité de la base de la tige, des racines verticales et obliques qui vont remplacer fonctionnellement le pivot initial.

Le mode de croissance des racines est fixé génétiquement et s’exprime librement en l’absence de contraintes liées au sol. Chez les arbres on distingue trois types d’enracinement :

• Type pivotant ou profond, caractérisé par un pivot prépondérant, le développement de longs pivots secondaires et de racines horizontales. C’est le cas du sapin, du pin sylvestre, du chêne, de l’orme, du noyer, du micocoulier…

• Type traçant ou superficiel, avec un pivot qui avorte rapidement, laissant la place à des racines horizontales et de courts pivots verticaux. La surface prospectée est étendue mais peu profonde. Sont concernés l’épicéa, le tremble, le frêne, les légumineuses…

• Type en cœur ou oblique, caractérisé par des racines horizontales, obliques et verticales (hêtre, érable, tilleul, douglas…).

Lorsque l’enracinement est superficiel, il arrive que les arbres drageonnent, menaçant parfois l’intégrité des revêtements ou des constructions (voiries, murs…). C’est le cas de l’ailante, du peuplier ou du robinier faux-acacia. Tout épisode de stress (taille sévère par exemple) peut déclencher ce phénomène. Il est important d’en tenir compte à proximité d’une maison. À l’inverse, pour préserver les réseaux souterrains, les essences à enracinement pivotants devront être évitées. Si les racines n’attaquent pas directement les conduites, comme on le croit parfois, elles peuvent sous l’effet du vent, les fragiliser par effet mécanique.

Pour les arbustes, le conseil est le même, il faut se méfier des enracinements drageonnants qui vont envahir les pelouses. Mis à part les bambous, connus pour leur forte dynamique, citons l’arbousier ou encore le sumac de Virginie.

C’est-à-dire qu’ils produisent de nombreux rejets verticaux depuis leurs racines, devenant envahissants.

La classification des systèmes racinaires demeure assez théorique car ils évoluent différemment en fonction des conditions du milieu : sol profond ou superficiel, poreux ou compact, engorgé ou non, etc. Voici quelques exemples :

• En milieu urbain, une fuite d’eau dans une conduite peut amener un arbre à diriger son système racinaire vers cette source d’humidité, l’éloignant ainsi de son architecture type.

• De même, une fosse de plantation en longueur conduira l’arbre à développer ses racines suivant cette configuration.

• Un vent dominant va conduire l’arbre ou l’arbuste à surdéveloppé ses racines “au vent” (situées du côté du vent). Elles joueront le rôle d’un câble de rétention. Plus globalement, les ébranlements de l’arbre dus au vent sont transmis aux racines verticales dont la croissance se verra augmentée. C’est pour cela qu’il est recommandé de tuteurer les jeunes arbres de façon assez lâche afin qu’ils puissent être légèrement secoués par le vent.

• Des arbres à enracinement pivotant ou oblique peuvent, s’ils rencontrent rapidement un horizon trop compact ou engorgé, ne développer que des racines superficielles. C’est le cas pour le pin sylvestre ou le douglas. Une fois adulte et culminante à plusieurs dizaines de mètres de hauteur, leur ancrage se révélera insuffisant.

Un chablis de douglas montre que sur un sol inadapté (très humide ici), les racines verticales ne peuvent se développer, rendant l’ancrage de l’arbre incertain…

De ces connaissances sur le système racinaire, il est possible de tirer quelques enseignements pour réussir nos plantations.

Rappelons-nous que des racines en bonne santé sont une garantie de longévité et de résistance pour un arbre ou un arbuste. Les soins apportés au moment de la plantation, lors du travail du sol, pour l’aérer et favoriser son activité biologique, sont à cet égard primordiaux. Durant la vie du végétal, les intrants chimiques comme les herbicides ou les fongicides sont à proscrire car ils perturbent les symbioses racinaires.

Pour les arbres, toute mutilation ou suppression de racines devront être évitées. D’une part, cela constitue un risque de pourriture, d’autre part, la partie aérienne peut s’en trouver désorganisée. Une ablation de racines doit donc rester un cas de force majeure (construction menacée, etc.). À ce titre, si les nuisances proviennent des racines d’un arbre situé sur un terrain voisin, le propriétaire de l’arbre est tenu pour responsable des dommages causés. La loi vous autorise à supprimer vous-mêmes les racines colonisant votre terrain (art. 673 du Code civil). En revanche, si l’arbre venait à dépérir suite à cette opération, votre responsabilité pourrait être engagée… Mieux vaut donc mettre en demeure le propriétaire concerné de faire réaliser les travaux.

Le décapage de surface ou le remblayage de terre sont également déconseillés car les premiers horizons de sol concentrent les racines d’absorption, vitales pour l’arbre. Dans le premier cas elles seront supprimées, dans le second elles mourront par asphyxie.

En termes de choix d’essences, il convient de se rappeler qu’un végétal à petit développement aura en général un système racinaire plus restreint, y compris chez les arbres. On évitera ainsi les sujets à grand développement à proximité des habitations : tôt ou tard ils créeront des désordres souterrains, sans compter leur encombrement aérien. On privilégiera donc des essences à petite motte racinaire comme les fruitiers d’ornement (pommiers ou poiriers à fleurs par exemple) ou les arbustes élevés sur tige. Sur pelouse, il faudra préférer des végétaux à enracinement pivotant ou superficiel non drageonnant. Enfin, au-dessus des canalisations, les systèmes pivotants seront proscrits et avantageusement remplacés par des arbrisseaux ou des vivaces.

Oui et ce qui se passe sous nos pieds est assez fascinant. 

Tout a commencé il y a 460 millions d’années à une époque très reculée qu’on appelle l’Ordovicien. C’est là que les végétaux sont sortis de l’eau pour partir à la conquête de la terre. Ils se sont répandus en grande quantité dans les paysages en développant les caractéristiques qu’on leur connait aujourd’hui avec des racines, des feuilles et du bois. Les forêts de grands arbres étaient nées.

Et une étude qui vient d’être publiée dans la revue Science nous apprend que l’arrivée des racines dans l’évolution des plantes a radicalement changé la morphologie des paysages de notre planète. 

Et que s’est-il passé ?

Et bien il faut d’abord imaginer la terre avant l’arrivée des racines. Le couvert végétal n’existait pas et les phénomènes d’érosion étaient monnaie courante : lorsqu’il pleuvait abondamment sur le sol, les intempéries charriaient, sans obstacle, les roches et les boues vers la mer. Or en analysant plus de 700 formations rocheuses déposées sur terre par l’écoulement des eaux, les scientifiques ont constaté que ce phénomène d’érosion a sérieusement ralenti lorsque les plantes terrestres ont commencé à se multiplier. Et ce sont les racines qui en piégeant les boues, les argiles et les roches, ont participé activement à la formation et à la stabilisation des sols. Ce changement a eu des conséquences majeures pour la planète. Les plantes terrestres en colonisant les paysages, ont en effet entrainé un boom des roches sédimentaires.  C’est l’action chimique des racines qui a permis à ces roches de se dissoudre et de se transformer en limon et en sable très fin. 

On sait en outre que l’apparition des arbres est sans doute en partie responsable d’une extinction majeure : en apportant soudain une quantité de matière organique et de nutriments très importante, les forêts ont perturbé tous les écosystèmes. Les océans en particulier ont été temporairement déséquilibrés avec l'augmentation de la concentration en azote et en phosphore et la prolifération soudaine de phytoplancton. Avec l’arrivée des racines, c’est une page de l’histoire de la terre qui se tourne. 

Et aujourd’hui est ce que les racines jouent toujours le même rôle ?  

Ces organes souterrains des plantes ont toujours un effet protecteur. Les racines permettent de ralentir les processus d’érosion de surface, d’éviter les éboulements et les risques de glissements de terrain. Elles opèrent à la façon d’un filtre qui régule les précipitations et emmagasine une partie de l’eau. 

Et de nombreux projets aujourd’hui font appel au système racinaire des arbres pour stabiliser les sols. Dans les massifs montagneux par exemple, l’Office national des forêts  replante régulièrement des essences d’arbres aux enracinements profonds afin de fixer le sol et de renforcer « les zones de faiblesse ». 

Des équipes spécialement dédiées à la restauration des terrains de montagne sont implantées dans plusieurs départements des Alpes et des Pyrénées pour prévenir contre les risques naturels. Une façon de sécuriser la montagne grâce aux puissantes racines des arbres.