Voyage sous nos pieds - Les entrailles du sol ARTE

La planète Terre abrite une multitude d'espèces animales et végétales dont la variété et la capacité d'adaptation sont largement admirées. Cependant, la connaissance des processus se déroulant sous nos pieds, dans les couches supérieures du sol et dans ses profondeurs, demeure limitée. Contrairement aux fictions telles que le voyage de Jules Verne décrivant une faune et une flore préhistoriques dans des gouffres imaginaires, les scientifiques invitent désormais à pénétrer ce dédale souterrain, réservant de vives surprises. Ces explorations révèlent des cavités monumentales façonnées par l'eau et le temps, ainsi que des joyaux minéraux d'une beauté saisissante et une faune défiant l'imagination.

L'une des premières créatures rencontrées lors de l'intrusion dans une cavité est souvent la chauve-souris. Cet animal particulier franchit la frontière entre le monde de la surface et l'environnement souterrain. Classée comme troglophile, la chauve-souris occupe les cavités occasionnellement sans y vivre en permanence. Ses allées et venues constantes entre les deux mondes lui confèrent un rôle inattendu de ravitailleur essentiel du monde souterrain.

La matière organique apportée par les chauves-souris, notamment leurs déjections sous les colonies ou les reposoirs nocturnes, devient profitable à de nombreuses espèces animales. Cette matière constitue le premier maillon d'une chaîne alimentaire intrinsèquement fragile. La chauve-souris se nourrit d'insectes nocturnes, chassés avec une agilité sans égal. Son envol, propulsé par ses pattes arrière, et ses prouesses acrobatiques dans l'obscurité totale sont le fruit d'une adaptation longue de 50 millions d'années.

Les doigts des chauves-souris vont jusqu'au bout des ailes, elles sont capables de plier juste une phalange pour corriger un petit peu leur vol, et tout ça à une vitesse fulgurante.

Grâce à la perfection de son vol battu et de son sonar, la chauve-souris est devenue un agent de liaison indispensable entre la surface et les entrailles de la Terre. Sans cette matière organique apportée, la vie souterraine, incluant micro-organismes et insectes, disparaîtrait complètement.

S'enfoncer plus profondément mène à la découverte de cet écosystème fragile, débutant aux limites du territoire des chauves-souris. Cédric Alonso, biospeleologist, étudie avec patience la faune minuscule habitant ces cavités. L'inventaire d'un simple mètre carré peut lui prendre plusieurs heures en raison de la petitesse des espèces.

Le milieu souterrain n'est pas uniquement minéral ; la vie existe dans la quasi-totalité des grottes du monde. Il existe une faune particulièrement bien adaptée à l'obscurité, qui ne sortira jamais des grottes, désignée comme faune troglobie. L'étude de ces espèces est cruciale pour cerner les phénomènes d'adaptation et d'évolution dans les grandes lignes. Les espèces troglobies se sont tellement adaptées aux contraintes du monde souterrain qu'elles seraient désormais incapables de survivre en surface.

Une chaîne alimentaire s'est organisée dans cette obscurité. Bien qu'enfermée dans un monde clos, la faune troglobie dépend de l'extérieur, que ce soit par les déjections des chauves-souris ou les déchets organiques charriés par les eaux d'infiltration. Les mille-pattes, par exemple, conservent souvent des formes primitives héritées de leurs ancêtres de surface, mais présentent des caractéristiques dues à la vie dans l'obscurité.

Par conséquent, les troglobies procèdent souvent par tâtonnement pour naviguer dans leur environnement minéral.

Le milieu aquatique souterrain est également colonisé par des espèces troglobies, notamment de nombreux crustacés ressemblant étonnamment à des crevettes. Certains de ces crustacés aquatiques ont une origine marine ; lorsque la mer s'est retirée il y a des centaines de milliers d'années, ces bêtes se sont retrouvées piégées, s'adaptant progressivement à l'eau douce apportée par les infiltrations.

La nourriture est bien plus rare dans ces eaux souterraines que dans les rivières de surface. La recherche de nourriture exige une grosse dépense d'énergie, et les plus faibles ne résistent pas aux périodes de disette, les plus voraces se nourrissant parfois des cadavres. Plus on s'enfonce, plus l'accès à la nourriture devient problématique.

Malgré cette rareté, le plus grand prédateur cavernicole d'Europe, le Protée, surnommé salamandre blanche, s'est installé il y a près de 30 millions d'années. Son mode de vie est étonnant : il vit caché dans de petites failles, son territoire étant si difficile d'accès qu'aucun spécimen adulte n'a pu être observé dans son milieu naturel. Pour percer ce secret, un laboratoire souterrain a été creusé à Moulis, au pied des Pyrénées.

La maturité sexuelle survient vers l'âge de 15 ans et ils vivent près de 80 à 100 ans.

Le développement du Protée est particulier au stade larvaire. Contrairement au triton des eaux de surface qui perd ses branchies pour développer des poumons, le Protée n'a pas de poumons et respire toute sa vie par ses branchies, restant à l'état juvénile tout en acquérant la capacité de reproduction. Il possède des yeux à la naissance, mais ceux-ci dégénèrent rapidement, car ils sont inutiles dans les ténèbres.

Expérimentalement, il a été prouvé que le Protée peut supporter des périodes de jeûne de plus de 48 mois sans mourir, un mystère fascinant pour un animal dont la durée de vie dépasse 80 ans. Bien qu'il reste inactif pendant de longues périodes, son métabolisme maintient des rythmes de production, similaires aux cycles de sommeil humains.

L'eau, indispensable à la vie souterraine, est aussi l'agent principal de la formation des grottes. Les eaux de pluie ou issues de la fonte des glaces sont acides et chargées en minéraux. Elles s'insinuent dans les failles du sol, entamant un long périple. Les grottes ne se forment que dans les sols favorables, notamment les calcaires, tendres et vulnérables à l'acidité.

La force mécanique de l'eau et son acidité attaquent et dissolvent le calcaire. Chaque goutte qui tombe de la voûte ou chaque filet d'eau ruisselant le long de la paroi dépose une infime charge minérale. Ce processus, s'étalant sur des milliers d'années, aboutit à la minéralisation du monde souterrain et à la naissance de fantastiques cathédrales souterraines. Leur architecture baroque résulte des caprices de l'eau, sculptant draperies, piliers et forêts de colonnes.

Dans cet univers limité à la roche et à l'eau, une autre forme de vie rencontre ses limites. Il y a quelques années, une équipe de spéléologues menée par Michel Randa a fait une découverte intrigante après une progression de plusieurs heures. Pressentant une formation minérale inconnue, l'équipe a condamné l'accès à la grotte et alerté Sylvain Manteau, biologiste.

Les concrétions découvertes par le groupe de Michel Randa sont des excentriques, mais elles présentent des caractéristiques troublantes : leurs brins sont d'un diamètre supérieur à l'ordinaire et se développent parfois à l'encontre de la gravité, évoquant des plantes minérales. Il est difficile de croire que ces structures inhabituelles soient le fruit du hasard.

Ces concrétions montent, touchent le plafond puis repartent, rejoignant un autre point du plafond. C'est vraiment des structures inhabituel.

Afin d'élucider le mystère, un échantillon a été examiné au scanner, révélant une imbrication complète entre le biologique (orange) et le minéral (jaune). Il n'y a pas de présence aléatoire de bactéries ; elles sont à l'origine de la fabrication de la structure. Si l'écoulement de l'eau ou la gravité ne sont pas les facteurs initiaux, ce sont des millions de bactéries qui transformeraient la roche en calcite.

Une question demeure : pourquoi certains brins remontent-ils vers le plafond ? Juste au-dessus, une couche plus foncée contient des métaux lourds comme le cuivre ou le zinc, ainsi que beaucoup de soufre. Il est supposé que les bactéries tentent de remonter vers le plafond pour se nourrir de ce soufre, car il est connu qu'elles savent utiliser ce composé pour se développer.

Les bactéries capables de se nourrir de soufre et de métaux lourds sont-elles les seuls organismes à coloniser les profondeurs ? Le point le plus bas atteint par l'exploration spéléologique est de 2000 mètres, mais les mines, notamment celles d'Afrique du Sud, descendent encore plus bas, donnant accès aux profondeurs extrêmes. Dans la mine de Béatrix, le zoologiste Gaëtan Bourgogne entreprend des recherches sur la présence d'organismes multicellulaires à 3300 mètres de profondeur, un projet initialement jugé extravagant.

L'eau étant indispensable à la vie, Gaëtan cherche des organismes dans les eaux d'infiltration de la mine. Un appareil spécial est installé dans un forage pour retenir tout ce qui est plus gros qu'une bactérie, avec un filtre et une roue pour empêcher toute remontée de corps étrangers. Après des jours ou des mois, l'échantillon est analysé en laboratoire dans des conditions stériles.

Pour comprendre la nourriture de ces vers à si grande profondeur, Gaëtan Bourgogne explore une vieille mine de diamants. Il découvre des colonies bactériennes s'accumulant en filaments blancs dans un écoulement d'eau. En remontant avec un endoscope, il est prouvé que les nématodes s'épanouissent à l'intérieur de ce biofilm bactérien, qui est bien plus étendu qu'imaginé.

Chaque fissure de roche, même minuscule, où l'eau s'infiltre, constitue un écosystème en soi, bouleversant l'idée que la pression empêche l'existence d'espaces. Une anfractuosité de la taille d'un pouce suffit au développement foisonnant de nématodes et de bactéries. Les études indiquent de plus en plus que la vie souterraine, en biomasse, pourrait surpasser celle de la surface.

Si vous prenez une valeur et que vous mettez toute la vie souterraine d'un côté et toute la vie de la surface de l'autre, la balance va pencher comme ça.

L'analyse d'une stalactite en formation révèle qu'elle n'est pas une masse solide de cristaux, mais qu'elle est creuse. Le microscope électronique montre que les nématodes vivent à l'intérieur de la structure, dans des vides, entourés par le biofilm bactérien (couche marron). Les organismes multicellulaires des profondeurs se nourrissent donc de ces bactéries.

La question demeure : de quoi ces bactéries se nourrissent-elles, et comment colonisent-elles les roches du sous-sol ? Une partie de la réponse se trouve en Islande, où le volcanisme actif permet d'exploiter l'énergie géothermique. Des forages captent des gaz chauds, riches en dioxyde de carbone (CO2), qui sont ensuite réinjectés dans le sous-sol pour éviter la pollution atmosphérique, dans l'espoir que le carbone se stabilise en carbonate minéral.

Pour Bénédicte Menez, géomicrobiologiste à l'Institut Physique du Globe de Paris, les sites islandais offrent une aubaine pour étudier les bactéries du sous-sol à grande échelle. L'injection massive de carbone permet de suivre en temps réel comment ces écosystèmes réagissent. Pour cela, il faut forer les roches compactes du manteau. La vie est limitée par la température, n'existant pas au-delà de 120 degrés Celsius, ce qui correspond à environ dix kilomètres de profondeur.

Bénédicte Menez s'intéresse à la zone entre 400 et 500 mètres de profondeur, là où le CO2 a été injecté. Les carottes de forage révèlent une coloration verte et orange : un biofilm remplissant tous les pores et fractures, même dans les zones les plus denses. Cette profusion étonnante suggère que le CO2 n'a pas été converti en minéraux, mais assimilé par les micro-organismes pour leur croissance.

L'hypothèse avancée est que la matière organique n'est pas importée, mais produite par la roche elle-même. Le contact entre l'eau et la roche déstabilise cette dernière, la transformant en hydrogène. Ce gaz s'associe ensuite au carbone naturellement présent dans les interstices de la roche, générant des molécules organiques complexes, dont le méthane, qui constitue un aliment de choix pour les bactéries.

Cette découverte marque la frontière entre le monde inorganique et le monde organique. Parmi les molécules produites se trouvent des acides aminés, les briques élémentaires de la vie. Le monde souterrain, loin d'être un séjour pour les ombres, pourrait avoir participé activement à l'apparition de la vie sur notre planète. L'exploration des entrailles de la Terre promet autant de surprises que celle de l'univers.