Image de la semaine | 31/05/2021

Les racines, des agents d'altération chimique majeurs, Pénestin (Morbihan) et Colunga (Espagne)

31/05/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Racines et oxydo-réduction : rappel du rôle de la vie dans l'altération chimique… depuis longtemps.


Traces racinaires grisâtres à verdâtres dans les couches rouges de Pénestin (Morbihan) mises à jour dans une tranchée récente

Figure 1. Traces racinaires grisâtres à verdâtres dans les couches rouges de Pénestin (Morbihan) mises à jour dans une tranchée récente.

À gauche, tranchée récente ouverte dans les “couches rouges” de Pénestin déposées au Quaternaire par les paléo-Loire et paléo-Vilaine (cf. Les sédiments pléistocènes de la paléo-Loire et leur discordance sur les micaschistes hercyniens, plage de la Mine d'or, Pénestin, Morbihan). Une haie qui poussait en haut au bord de la tranchée venait d'être coupée. Des trainées grisâtres ou verdâtres majoritairement verticales mais aussi sub-horizontales recoupent ces couches rouges ; elles sont particulièrement visibles dans les niveaux sableux, moins dans les niveaux conglomératiques. À droite, gros plan sur l'une de ces trainées grisâtres, qui s'avèrent être des cylindres, souvent des “tubes” remplis de racines et de radicelles mortes.

Localisation par fichier kmz de la tranchée sur la plage de Pénestin (Morbihan).


Autre vue de la même tranchée quelques mètres plus loin, avec encore ces trainées grisâtres à verdâtres

Figure 2. Autre vue de la même tranchée quelques mètres plus loin, avec encore ces trainées grisâtres à verdâtres.

Les mêmes trainées grisâtres ou verdâtres verticales ou horizontales recoupent les couches rouges. On voit au sommet de la tranchée ce qui reste de la haie qui bordait le pré situé juste au-dessus.



Ces couches rouges entaillées par un chemin se dirigeant vers la plage de Pénestin (au Sud du Morbihan) correspondent à des dépôts fluviaux-deltaïques déposés il y a quelques centaines de milliers d'années par les paléo-Loire et paléo-Vilaine. Les descriptions de ces terrains et de leur origine sont détaillées dans l'article de la semaine dernière Les sédiments pléistocènes de la paléo-Loire et leur discordance sur les micaschistes hercyniens, plage de la Mine d'or, Pénestin, Morbihan. Ce matériel détritique provient de l'érosion d'altérites rouges, voire de véritables cuirasses latéritiques qui s'étaient formées en France durant toute la première moitié du Cénozoïque. Les couleurs rouge et ocre sont dues à la présence de fer oxydé (Fe3+) diversement hydraté présent dans des hydroxydes ferriques (limonite, goethite…) et des argiles ferrugineuses. Ici, hydroxydes ferriques et argiles ferrugineuses sont détritiques et n'ont pas été formées in situ dans le profil. Les ions Fe3+ sont puissamment “colorants”, et quelques pourcents voire fractions de pourcent de fer oxydé suffisent pour colorer argiles, silts et sables. Les ions Fe2+ sont beaucoup moins “colorants” : ils donnent une teinte verdâtre s'ils sont abondants, et n'ont quasiment pas de couleur s'ils sont dilués. Il ne reste alors que la couleur grisâtre du sable et des argiles ? Aux pH et concentrations “standards” fréquents dans la nature, les ions Fe2+ sont solubles dans l'eau, alors que les ions Fe3+ sont insolubles et forment des hydroxydes. Les paléo-Loire et paléo-Vilaine n'ont pas déposé des sables et argiles rouges en “triant” des grains non colorés pour les disposer de façon à ce qu'ils constituent un cylindre ou un tube. Ces tubes sans Fe3+ ont dû être constitués d‘argiles et de sables normalement oxydés ; puis ce Fe3+ a été réduit le long de ce qui est devenu un tube, et, devenu Fe2+, a été lessivé ou dispersé du fait de sa solubilité par les eaux imbibant / circulant dans ces niveaux sableux perméables. La présence quasi systématique de racines dans ces tubes sans Fe3+ suggère fortement que la présence de ces racines est la cause directe ou indirecte de la réduction du fer oxydé.

Plusieurs hypothèses sont possibles.

1/ Les racines elles-mêmes et les organismes associés (bactéries, filaments des mycorhizes…) sécrètent des substances organiques (glucides …). Ces substances organiques diffusent autour de la racine vivante et réduisent de façon purement chimique et abiotique le Fe3+ en Fe2+. C'est possible mais peu probable car les racines sont parcourues de tissus aérifères y apportant de l'oxygène. De plus, les racines de cette haie bretonne sont souvent des racines de genêts qui, comme toutes les racines de fabacées, contiennent de la léghémoglobine, protéine porteuse de dioxygène. Les environs immédiats d'une racine bien vivante ne constituent pas en général un environnement réducteur.

2/ Il y a beaucoup de matière organique autour des racines vivantes : substances organiques sécrétées (cf. ci-dessus), filaments de champignons ou radicelles et leurs poils absorbants morts, voire vivants… et bien sûr la racine elle-même. Tout cela constitue une source de nourriture potentielle pour des bactéries dès la mort de la racine. Mais si le milieu est pauvre en dioxygène (on est à plusieurs mètres sous la surface du sol), ces bactéries doivent soit pratiquer une fermentation, soit une respiration anaérobie. Les fermentations sont toujours possibles, mais sont énergétiquement peu efficaces. S'il y a dans le milieu un oxydant autre que le dioxygène, de nombreuses bactéries pratiquent une respiration anaérobie, qui fournit plus d'énergie (plus d'ATP par molécule de glucose). Or le Fe3+ est un oxydant. On peut écrire de façon simplifiée l'équation de cette oxydation de matière organique par un oxyde ferrique :

C (représente la matière organique) + 2 Fe2O3 (oxyde ferrique) → 4 FeO (oxyde ferreux soluble) + CO2 + énergie,

ou, de manière plus réaliste :

C6H1206 (glucose) + 12 Fe2O3 (oxyde ferrique) → 24 FeO (oxyde ferreux, soluble) + 6 CO2 + 6 H2O + énergie.

3/ Il n'est pas exclu théoriquement que des cellules des mycorhizes pratiquent elles aussi cette respiration anaérobie une fois les racines mortes. Des biologistes pourraient-ils nous signaler si cette respiration anaérobie est exclusive des bactéries ou si des cellules eucaryotes savent aussi la pratiquer ?

On a là une manifestation visible parce que “colorée” de l'action des êtres vivants (et en particulier des racines et de la rhizosphère) sur les transformations minéralogiques dans les sols, action des êtres vivants qui, même une fois morts, participent à tous les phénomènes regroupés sous le terme d'altération.

Ce rôle chimique (sensu lato) des racines après leur mort s'ajoute à leur rôle mécanique (les racines favorisent la fracturation des roches – cf. Quand des arbres profitent des diaclases des granites pour y insinuer leurs racines, inselbergs de Klein Bolayi et des Three Sisters, complexe granitique de Bulai, Afrique du Sud) mais limitent l'érosion des sol – cf. Les forêts et leurs arbres, des limiteurs d'érosion).

Nous allons vous montrer 15 autres images de cette action réductrice des racines actuelles, et des équivalents anciens, datant du Jurassique, du même phénomène (photo 19 à 23).

Vue sur un fragment de paroi de tranchée dans les couches rouges de Pénestin (Morbihan)

Figure 4. Vue sur un fragment de paroi de tranchée dans les couches rouges de Pénestin (Morbihan).

La photo 5 a été prise à la verticale de la flèche blanche (en haut), et les photos 6 à 10 à la verticale de la flèche noire (en bas).


Partie supérieure de la tranchée dans les couches rouges de Pénestin (Morbihan)

Figure 5. Partie supérieure de la tranchée dans les couches rouges de Pénestin (Morbihan).

On voit quelques racines récentes issues du sol noir supérieur, mais aussi, plus en profondeur, des trainées grisâtres à verdâtres laissées par des racines, aussi bien à l'horizontale qu'à la verticale.


Vue d'ensemble d'un tube “grisâtre” visible sur la vue d'ensemble

Figure 6. Vue d'ensemble d'un tube “grisâtre” visible sur la vue d'ensemble.

Le tube se trouve à la verticale de la flèche noire de la figure 4. Le couteau suisse donne l'échelle. Les photos 7 à 10 montrent des détails de ce tube et de son association avec la matière organique des racines mortes.


Détail du haut de la photo précédente

Figure 7. Détail du haut de la photo précédente.

Un fragment de racine, coupé sur une quinzaine de centimètres, sort des sédiments en haut de la photo et y repénétre au milieu.





À Pénestin, la réduction du Fe3+ est actuelle et est due à des végétaux qui étaient bien vivants il y a quelques mois à quelques années. Ces emplacements racinaires soulignés par des tubes grisâtres à verdâtres recoupant des terrains riches en Fe3+ (rouges, ocres ou violacés) peuvent se retrouver dans des terrains continentaux anciens colonisés par des végétaux terrestres (avec racines) juste après leur dépôt. Dans ce cas, on retrouve alors des “motifs” similaires à ceux de Pénestin, mais sans la racine au milieu du tube réduit, la matière organique de celle-ci ayant disparu depuis longtemps.

C'est en cherchant tout autre chose (cf. fig. 22 et 23), que j'ai trouvé totalement par hasard de telles traces ressemblant à des traces de racines dans les terrains du Jurassique supérieur des Asturies (Espagne). La paléogéographie locale au Jurassique supérieur est-elle compatible avec cette interprétation ?

Réseau de tubes verdâtres (sans Fe3+) au sein de sables argileux violacés (avec Fe3+), Colunga (Asturies, Espagne)

Figure 19. Réseau de tubes verdâtres (sans Fe3+) au sein de sables argileux violacés (avec Fe3+), Colunga (Asturies, Espagne).

Ces “traces” peuvent être interprétées comme des traces de racines issues de végétaux du Jurassique supérieur qui poussaient juste au-dessus. Cette interprétation est-elle compatible avec ce qu'on sait de la paléogéographie du Jurassique supérieur des Asturies ?


Réseau de tubes verdâtres (sans Fe3+) au sein de sables argileux violacés (avec Fe3+), Colunga (Asturies, Espagne)

Figure 20. Réseau de tubes verdâtres (sans Fe3+) au sein de sables argileux violacés (avec Fe3+), Colunga (Asturies, Espagne).

Ces “traces” peuvent être interprétées comme des traces de racines issues de végétaux du Jurassique supérieur qui poussaient juste au-dessus. Cette interprétation est-elle compatible avec ce qu'on sait de la paléogéographie du Jurassique supérieur des Asturies ?


Localisation des possibles traces de racines (visibles au centre de la photo) au pied d'une falaise recoupant le Jurassique supérieur, Colunga (Asturies, Espagne)

Figure 21. Localisation des possibles traces de racines (visibles au centre de la photo) au pied d'une falaise recoupant le Jurassique supérieur, Colunga (Asturies, Espagne).

Ces niveaux violacés à possibles traces de racines sont situés juste au-dessus des terrains affleurant sous forme d'une dalle visible au premier plan. Ce qu'on voit quelques mètres derrière sur cette même dalle (voir les deux photos suivantes) va permettre de reconstituer le paysage au Jurassique, qui va s'avérer tout à fait compatible avec la présence de racines.


Gros plan sur la dalle juste à l'arrière de la photo précédente, Colunga (Asturies, Espagne)

Figure 22. Gros plan sur la dalle juste à l'arrière de la photo précédente, Colunga (Asturies, Espagne).

Les deux dépressions circulaires au centre de l'image correspondent à des empreintes de dinosaures sauropodes. On peut comparer ces traces de Sauropode avec par exemple celles de Plagne (Ain, cf. Les traces de dinosaure(s) sauropode(s) de Plagne (Ain)). Ces roches jurassiques proviennent donc de sédiments continentaux. Il est tout à fait possible que, quelques milliers d'années plus tard (quelques mètres de sédiments continentaux plus haut) des arbres aient poussé et que leurs racines aient atteint ces couches.

Localisation par fichier kmz de la plage de Colunga (Asturies, Espagne).


Vue prise depuis le haut de la falaise sur les traces de sauropode de la figure précédente, Colunga (Asturies, Espagne)

Figure 23. Vue prise depuis le haut de la falaise sur les traces de sauropode de la figure précédente, Colunga (Asturies, Espagne).

Cette partie de la côte des Asturies (région de Colunga) est connue pour ses fossiles de dinosaures. Le Musée du Jurassique des Asturies (MUJA) (cf. À la Saint Valentin, les dinosaures se font des câlins au Musée du Jurassique des Asturies (MUJA), Espagne) est installé sur la colline à moins de 2 km de ces traces.