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Le fait de déplacer artificiellement les activités humaines vis a vis du soleil est un fléau et une calamité pour la biodiversité

 

L’Heure d'été facteur aggravant de l’Ozone,dioxyde d’azote et de l’acide nitreux

L’ozone et le dioxyde d’azote ont des seuils à la protection des végétaux

 

Quel est l’impact des polluants de l’air sur la végétation ?


Les végétaux sont en première ligne face aux pollutions atmosphériques car ils vivent fixés et constituent la base du fonctionnement des écosystèmes terrestres et aquatiques. La nature et l’importance de l’impact des polluants atmosphériques sur les végétaux va dépendre des caractéristiques physiologiques et biochimiques du végétal touché, et des propriétés du ou des polluants rencontrés. Les perturbations physiologiques des plantes sont variées et sont observables, selon la nature du polluant, sur des zones plus ou moins étendues qui vont de l’échelle locale jusqu’à l’ensemble de la planète. Ces réponses vont immédiatement se répercuter sur le fonctionnement des écosystèmes et en particulier sur les relations plantes-insectes. Elles peuvent aussi avoir des effets sur la santé humaine, les végétaux étant à l’origine de nombreuses chaînes alimentaires

 

Qu’est-ce qu’une atmosphère polluée ?

L’atmosphère, enveloppe gazeuse entourant la Terre (Lire L’atmosphère et l’enveloppe gazeuse de la Terre) contient un certain nombre de constituants naturels : un mélange de gaz (78 % d’azote, 21 % d’oxygène, et aussi de quelques autres gaz mineurs dont 1 % d’argon, du CO2, du néon, de l’hélium, de l’ozone , etc.), d’eau (solide, liquide et vapeur) et de particules solides ou liquides, inorganiques ou organiques en suspension (les aérosols).

L’atmosphère est polluée lorsque la teneur de certains de ses constituants naturels est supérieure à la normale et/ou lorsqu’elle contient de nouveaux composants Mais on parle surtout de pollution atmosphérique lorsque ces augmentations entrainent des teneurs en composants telles qu’elles ont des effets nocifs sur les différents constituants des différents écosystèmes (végétaux, animaux, etc.), sur les humains (effets sur la santé) et sur les matériaux

Si les plantes, de par leur vie fixée et leur large répartition, sont parmi les premières victimes de la pollution atmosphérique, elles peuvent également constituer une source de pollution secondaire. Lors du changement d’heure les activités humaines vont être  soumisent aux UV de façon artificielle ,Cette exposition sous les UV les plus élevés va permmetre d’aggraver rapidement l’Ozone et le dioxyde d’azote qui va provoquer l’effet radian avec une augmentation de la chaleur..Ce smog photochimque va émettre des composés organiques volatiles (COV) comme les terpènes [4], un des gaz précurseurs de l’ozone (Figure 1). Dans les villes des régions chaudes des USA, il est recommandé de ne pas planter certains arbres (pins, chênes, etc..) pour ne pas augmenter les niveaux d’ozone. Les plantes émettent également des particules fines (pollens, spores, composés cireux, divers particules) qui, si elles n’ont pas d’effet sur les végétaux, peuvent avoir des effets sur la santé humaine (allergies).

Pénétration

Figure 2. Représentation schématique de l’environnement des surfaces foliaires. Les stomates, situés essentiellement à la surface des feuilles, sont le site privilégié des échanges gazeux de la plante avec l’atmosphère. Parmi les composés organiques volatiles émis par la plante, on trouve de nombreux terpènes -a-pinène, b-pinène, isoprènes- responsables de pollution atmosphérique estivale, en particulier dans les zones de forêts et les vallées de montagne. La taille des cellules est de l’ordre de 10 à 100 mm. [Source J.P. Garrec].La pénétration des polluants dans les plantes se fait essentiellement par l’intermédiaire des feuilles (Figure 2). Il peut aussi exister une légère pénétration par les tiges et le tronc. Avant d’arriver dans la feuille, le polluant va d’abord devoir traverser la ‘couche limite’ qui correspond à la couche d’air non agitée au contact de celle-ci

L’épaisseur de cette couche est fonction de la taille et de la forme de la feuille, de la présence de poils foliaires (ou trichomes) et de la vitesse du vent. Son épaisseur est de l’ordre de quelques dixièmes de millimètres.

Lors de sa présence temporaire dans cette couche limite, de nombreuses réactions sont susceptibles de se produire car le polluant incident va réagir avec :

  • Une phase aqueuse constituée du film d’eau présent en surface de la feuille ainsi que de l’eau liée aux groupes polaires de la cuticule (Lire Focus Cuticule des plantes)

  • Une phase lipidique constituée des cires présentes au sein (cires intracuticulaires) ou situées en surface (cires épicuticulaires) de la cuticule (Lire Focus Cuticule des plantes) ;

  • Une phase gazeuse constituée des composants de l’atmosphère et des émissions de la feuille. [5].

Selon la nature des réactions qui auront lieu ou non au niveau de la couche limite, la concentration du polluant qui va pénétrer dans la plante peut varier énormément. Certains produits de ces réactions sont même plus phytotoxiques que le polluant lui-même [6].

Figure 3. Représentation schématique de l’évolution décroissante de la concentration d’un polluant depuis l’atmosphère jusqu’à l’intérieur de la feuille. [Source J.P. Garrec].Les polluants gazeux pénètrent dans la plante comme les autres gaz atmosphériques (CO2, Oxygène,…), principalement par l’intermédiaire des stomates présents sur les surfaces foliaires. Par contre, une large partie des polluants organiques va surtout être absorbée par la structure lipidique que constitue la cuticule (Figure 2). Seule une faible partie va pénétrer dans la feuille, puis diffuser et réagir entre et dans les différents compartiments internes que constituent l’apoplaste et le symplaste (Figures 3 & 4).

 

Figure 4. Représentation schématique du comportement des divers polluants (gazeux et particules) vis-à-vis des végétaux.

Les polluants particulaires (organiques ou inorganiques) sont d’abord captés par les surfaces foliaires (grâce au micro-relief crée par la présence des cires épicuticulaires, des trichomes, etc…), dans une gamme de tailles qui est généralement comprise entre 1 et 10 µm. En forêt, ce dépôt particulaire peut osciller entre 280 et 1000 kg par hectare. Par la suite, les conditions météorologiques comme le vent, le soleil et surtout la pluie (lessivage des feuilles, dissolution des particules inorganiques)  et de plus sous l’heure d'été influencent les caractéristiques de ce dépôt (Figure 4). Grâce à l’efficacité de la barrière cuticulaire, le dépôt foliaire organique ou inorganique n’est souvent à l’origine que d’une légère pénétration de polluants dans les feuilles et il a donc de faibles impacts physiologiques.

Après pénétration, la réponse physiologique des plantes à la pollution atmosphérique va dépendre des deux acteurs en jeu : d’une part les caractéristiques de la plante et d’autre part la nature de la pollution.

 

La réponse dépend de la plante

Figure 5. La production de dérivés réactifs de l’oxygène (DRO en français, souvent appelés ROS selon l’acronyme anglais pour Reactive Oxygen Species) est une stratégie de défense classique lorsque les plantes sont soumises à des stress de nature très variée (sécheresse, excès de lumière, attaque par des agents pathogènes, salinité des sols, etc…). C’est aussi le cas lorsqu’elles sont soumises à des polluants atmosphériques.

La plante réagit à la pollution atmosphérique en produisant des dérivés réactifs de l’oxygène. Après pénétration dans les feuilles, et comme pour la majorité des stress biotiques et abiotiques (Lire La vie fixée des plantes et ses contraintes ; Comment les plantes supportent les stress alpins ?), les polluants vont tout d’abord entraîner chez la plante un stress oxydatif avec production de radicaux libres (radicaux hydroxyles) et de dérivés réactifs de l’oxygène (DRO) susceptibles de provoquer des dégâts à différents niveaux (Figure 5) [7]. En particulier ces DRO vont avoir trois cibles principales au niveau des cellules : les lipides (au niveau des membranes), les protéines (au niveau des acides aminés) et les acides nucléiques (formation d’adduits).

Parallèlement le polluant va entraîner un stress spécifique lié à ses caractéristiques physico-chimiques propres :

  • Ainsi, dans le cas d’une pollution par l’acide fluorhydrique (HF), on observera une perturbation du métabolisme cellulaire du calcium (précipitation du calcium sous forme de CaF2).

  • Dans le cas d’une pollution aux oxydes de soufre (SO2…), les propriétés réductrices de ce gaz vont perturber le fonctionnement de l’appareil photosynthétique (dégradation de la chlorophylle)

  • De leur côté, les pluies acides sont à l’origine de carences minérales entrainant le jaunissement des feuilles suite au pluvio-lessivage des éléments minéraux Ca, K et Mg.

Face à ces stress, la stratégie classique de défense de la plante vise à limiter l’absorption du polluant et augmenter sa tolérance à celui-ci. Elle consiste à mettre en œuvre :

  • des processus physiques : fermeture des stomates, chute de feuilles… ;

  • des processus chimiques et biochimiques.

Ces facteurs chimiques et biochimiques correspondent à :

  • la fabrication de précipités insolubles (formation de CaF2 dans le cas d’une pollution par le fluor) ;

  • la détoxification par l’émission de forme réduite du polluant (H2S dans le cas d’une pollution par SO2, NH3 dans le cas d’une pollution par les NOx) ;

  • des dégradations enzymatiques par les cytochromes P450 et par un certain nombre d’enzymes antioxydantes  Des composés antioxydants non enzymatiques comme le glutathion, les vitamines E et C et les caroténoïdes peuvent aussi intervenir.

Lors de l’installation d’un ‘stress pollution’, la plante va donc mettre en place (plus ou moins rapidement) des processus qui viendront s’ajouter au pool de processus de défense déjà présent dans la plante. Suite à l’agression, la résistance de la plante au polluant résulte de la combinaison de ces divers processus. C’est pour cette raison qu’il existe une échelle spécifique de sensibilité des plantes pour chaque polluant et pour chaque plante.

Dégâts visibles et invisibles. Lors de faibles pollutions et/ou lorsque les systèmes de défense de la plante sont suffisants pour limiter l’impact physiologique d’un polluant, cette résistance a tout de même un coût physiologique, qui se caractérise par des diminutions de taille, des baisses de rendement… On parle alors de « dégâts invisibles ».

Lors de fortes pollutions et/ou lorsque les systèmes de défense de la plante ne sont pas suffisants, des dommages irréversibles apparaissent comme des morts cellulaires (les nécroses foliaires entre autres). On parle alors de « dégâts visibles » liés à la pollution atmosphérique

La plante réagit en fonction des conditions environnementales. La plante, comme tous les systèmes biologiques, est sensible en même temps aux facteurs abiotiques (température, humidité, lumière…) et aux facteurs biotiques (âge, maladies, génotypes…) de son environnement. Si les maladies ont un impact négatif, d’autres facteurs peuvent avoir des répercussions positives sur la réponse de la plante à la pollution atmosphérique. Ainsi, la sécheresse conduit à la fermeture des stomates, ce qui protège la plante, tandis que l’augmentation du CO2 favorise la photosynthèse. L’évolution journalière de la pollution atmosphérique va aussi se répercuter sur la réponse des plantes. C’est ce que montrent les observations de terrains :

Durant les périodes de canicule, les fortes chaleurs entrainent de très fortes concentrations en ozone dans l’air mais parallèlement une fermeture des stomates. Le résultat est alors un très gros  impact de ce polluant sur la végétation durant ces périodes. C’est ce qui a été constaté au niveau des forêts durant la canicule de 2003 ou lers seuils ont exploses

Durant les périodes estivales, les concentrations d’ozone dans l’air autour des forêts d’altitude sont fortes avec de faibles variations jour-nuit. l’Ozone diminue naturellement avec la baisse des UV au cour de la journée   Comme parallèlement la forte humidité de l’air dans ces zones entraine une large ouverture des stomates, on observe alors un fort impact de l’ozone présent.

Par contre, au niveau des forêts de plaine, la pollution de l’air se caractérise par des concentrations moyennes d’ozone avec cette fois de fortes variations jour-nuit. Comme parallèlement dans ces zones l’humidité de l’air est plus faible, l’ouverture des stomates sera aussi  importante : pour ces deux raisons, on observe un impact aussi fort car l’acide nitreux va jouer un rôle aggravant sur le dioxyde d’azote

Les dépôts acides ont de faibles impacts sur les végétaux : jaunissement des aiguilles et baisse de vitalité des arbres suite aux lessivages des ions qu’ils induisent. Par contre l’ozone est un gaz très phytotoxique par ses effets directs fortement oxydants sur les différents processus physiologiques de la plante (photosynthèse, respiration, etc…). C’est le polluant le plus préoccupant actuellement au niveau de la végétation et des écosystèmes car il entraine des pertes de rendement qui peuvent être de 25 à 30 %, et l’apparition de nécroses foliaires maintenant visibles dans les milieux naturels. Mais il a en plus des effets indirects sur la végétation car c’est un gaz à effet de serre lié aux perturbations climatiques.

Les marroniers seront tous grilles au 20 Juillet et la pas d'utilisation de désherbant car l’herbe ne pousse pas en été par le manque de précipitation

 

 

 

Impacts sur les relations plantes-insectes

La végétation n’est pas seule dans son écosystème, et elle interagit sans arrêt avec tout son environnement. La pollution atmosphérique, en modifiant la physiologie et la biochimie des végétaux, va avoir un effet déterminant sur ces différentes interactions, et notamment sur les interactions plantes-insectes. Les trois paramètres clés des plantes qui régissent ces interactions – reconnaissance, qualités nutritives et systèmes de défenses- vont être touchés avec des conséquences plus ou moins importantes.

 

a pollution atmosphérique perturbe aussi la communication chimique entre plantes et insectes. En agissant indirectement sur les substances chimiques de communication (médiateurs chimiques), certains polluants comme l’ozone perturbent les relations plantes-insectes (reconnaissance des lieux de ponte par exemple) :

  • via leurs effets physiologiques sur les plantes, par exemple sur l’émission des terpènes limitée par la fermeture des stomates ;

  • en dégradant ou modifiant la composition physico-chimique des médiateurs chimiques, les rendant inopérants.

Enfin, la pollution atmosphérique entraîne également des modifications de la reconnaissance foliaire chez les insectes. Des polluants comme l’ozone ou le CO2, en favorisant la production de cires cuticulaires et en modifiant de ce fait les caractéristiques physico-chimiques des surfaces foliaires (Lire Focus Cuticule des plantes), ont des répercussions sur la reconnaissance de celles-ci par les insectes.

5.2. Modifications des ressources nutritionnelles des plantes pour les insectes

La pollution atmosphérique induit la présence d’éléments extérieurs dans ou sur les végétaux pouvant avoir des conséquences graves sur les insectes associés. Les fortes accumulations dans les organes végétaux de polluants atmosphériques toxiques comme les métaux lourds, l’arsenic, le fluor, dioxyde d’azote et ozone sont souvent à l’origine d’une intoxication et d’une mortalité plus ou moins importante des insectes phytophages (chez les insectes de type broyeurs et les « piqueurs-suceurs ») et des insectes pollinisateurs (abeilles…).

 

Dans les plantes, la pollution atmosphérique -comme de nombreux autres stress- entraîne des changements qualitatifs et quantitatifs des métabolites primaires et secondaires. On observe souvent une augmentation des concentrations en acides aminés (proline), en protéines solubles et en sucres dans les feuilles, augmentant leur qualité nutritive pour certains insectes.

Altérations des systèmes de défenses chimiques et physiques des plantes vis-à-vis des insectes

Les composés phénoliques et la cuticule foliaire, qui constituent respectivement un système de défense chimique et une barrière de défense physique des plantes, sont susceptibles d’être modifiés par les polluants :

  • L’ozone,le dioxyde d’azote,l’acide nitreux  le CO2, comme de nombreux autres polluants atmosphériques induisant un stress oxydatif, augmentent les concentrations en composés phénoliques dans les plantes, diminuant ainsi les qualités nutritionnelle et gustative des feuilles pour les insectes.

  • Parallèlement, en favorisant la production des cires cuticulaires, l’ozone comme le CO2 améliorent les caractéristiques de la barrière physique que représente la cuticule (Lire Focus Cuticule des plantes).

 

Les scientifiques découvrent une nouvelle source de pollution atmosphérique à l'acide nitreux

Des chercheurs français, suisses et allemands ont mis en évidence une nouvelle source de production d'acide nitreux (HNO2). Ce gaz, précurseurs de l'ozone troposphérique, serait produit en présence de matière organique et d'oxyde d'azote.

 

Une nouvelle étude, parue dans la revue Nature, dévoile de nouveaux mécanismes de production de l'acide nitreux (HNO2). Ce gaz est déjà bien connu et tient une place importante dans la chimie atmosphérique et particulièrement dans la pollution à l'ozone.

En effet, il possède la particularité d'interagir avec la lumière et de libérer des radicaux libres (OH-). Associés aux composés organiques volatiles (COV), ces radicaux participent à la production d'ozone troposphérique, polluants généralement urbains à l'origine des brouillards et des « pics d'ozone » présents dans la troposphère, couche la plus basse et la plus polluée de l'atmosphère.

 

Jusqu'à maintenant l'acide nitreux était supposé se former principalement la nuit et être dégradé en radicaux libres par la lumière dès le lever du soleil. Grâce à de nouvelles techniques de mesure de ce gaz, plus sensibles, les scientifiques se sont rendus compte récemment qu'il pouvait se former également le jour avec des concentrations dépassant largement les prédictions calculées par les modèles numériques de chimie atmosphérique.

Des chercheurs du Laboratoire d'application de la Chimie à l'Environnement de Villeurbanne (LACE, CNRS-UCBL) en collaboration avec l'Institut Paul Scherrer (Suisse) et l'Université de Wuppertal (Allemagne) viennent d'identifier les processus chimiques liés à cette production diurne. Leur étude a permis de démontrer que l'acide nitreux était produit par photo-réduction du dioxyde d'azote atmosphérique (NO2) à la surface de matière organique en décomposition (humus). Les résultats indiquent que le sol et d'autres surfaces contenant de l'acide humique produisent par photochimie des espèces réductrices qui réagissent sélectivement avec le dioxyde d'azote.

Le taux de formation d'acide nitreux relevé dans cette étude pourrait expliquer les concentrations élevées d'HNO2 récemment observées en journée et dont la photolyse compte pour 60% de la production de radicaux libres. Cette production d'acide nitreux pourrait influencer significativement la chimie des basses couches de la troposphère et ainsi changer notre description des mécanismes de pollution atmosphérique, ont expliqué les chercheurs européens.