Les incendies et la régénération d'un écosystème

Les températures élevées et les longues sécheresses favorisent les incendies de forêt, qui peuvent altérer négativement les écosystèmes, mais aussi conduire à leur régénération. L'effet des incendies sur la population végétale d'un écosystème dépend avant tout de l'intensité et de la durée de l'incendie lui-même, mais aussi de la température atteinte et des transformations chimiques que l'incendie peut provoquer au niveau du sol. Certaines plantes, que l'on trouve dans des régions où la fréquence des incendies est élevée, par exemple dans les régions méditerranéennes, ont développé des traits adaptatifs qui sont directement influencés par le feu. L'un de ces traits est la rupture de la dormance des graines, qui peut conduire à la régénération de la zone touchée.

Dans les écosystèmes exposés aux incendies, les espèces végétales présentent différents traits pour faire face à ces événements récurrents, tels que ceux liés à la croissance et à la stimulation de la germination des graines. Ces traits adaptatifs ont évolué parce qu'ils augmentent ce que l'on appelle la fitness, c'est-à-dire la survie et le succès reproductif d'un individu. En particulier, le feu, soit en raison de sa chaleur, soit en raison des substances chimiques qu'il libère, peut provoquer la rupture de la dormance des graines.

Le sol est riche en graines dormantes, c'est-à-dire en graines dans un état où elles sont incapables de germer et de donner naissance à une nouvelle plantule, puisque des conditions optimales d'humidité, d'oxygène et de lumière sont nécessaires à la germination et à l'établissement. En fait, grâce à ce trait adaptatif, les graines restent stockées dans le sol, soit pendant quelques mois, soit pendant plusieurs décennies, comme une véritable banque de graines persistantes, en attendant l'arrivée des conditions idéales.<a href="https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0051523 "Des stimuli externes associés à des conditions favorables conduisent à l'interruption de la dormance des graines, et c'est le cas de la germination post-incendie, qui peut être déclenchée par plusieurs mécanismes, parmi lesquels la chaleur et la fumée dégagées par le feu, qui augmentent la probabilité d'une implantation réussie.

Dans les écosystèmes méditerranéens sujets aux incendies, il a été démontré que le choc thermique provoqué par l'incendie perturbateur rompt la dormance des graines et déclenche la germination ; en fait, on parle de germination stimulée par la chaleur. Le choc thermique, en particulier, peut favoriser la germination de deux façons : en rompant la dormance physique ou en rendant les graines plus perméables à l'eau. Dans le premier cas, les graines sont recouvertes d'un manteau, sorte de barrière imperméable protégeant la graine, qui peut être rompu et permettre ainsi à l'eau de pénétrer à l'intérieur de la graine. D'autres graines, en revanche, sont dépourvues de manteau et la température élevée peut les rendre plus perméables à l'eau. L'eau, une fois pénétrée à l'intérieur de la graine, favorise sa germination.

La fumée est un autre déclencheur de la levée de dormance des graines. Par fumée, on entend en fait une série de composés chimiques, de cendres et de bois carbonisés, qui, en plus de stimuler la germination, peuvent également favoriser la croissance de nouvelles plantules. Ces composés, issus de la pyrolyse de la biomasse, sont des sous-produits organiques ou inorganiques qui, s'ils sont volatils, peuvent se diffuser dans l'air ou, après la pluie, s'infiltrer dans le sol, où ils peuvent atteindre les graines. Les composés chimiques de la fumée peuvent se comporter comme des cofacteurs de certaines protéines présentes dans les graines dormantes, augmentant ainsi l'activité de ces macromolécules. Les enzymes hydrolytiques, qui sont responsables de la levée de la dormance des graines, en sont des exemples. D'autres composés, en revanche, peuvent augmenter le taux d'absorption d'eau.

Le feu, en plus d'interrompre la dormance physique ou d'augmenter l'absorption d'eau par les graines, crée simultanément des bassins d'eau ouverts dans la végétation là où le sol est nu. En éliminant efficacement la litière, les étendues de sol nouvellement formées peuvent être envahies par la croissance de plantes qui n'étaient pas en mesure de s'établir auparavant. Ces nouvelles ouvertures sont riches en nutriments, propices à la germination. De plus, les incendies, s'ils sont surtout récurrents, peuvent sélectionner les graines les plus tolérantes à la chaleur pour la régénération de la zone touchée. Ainsi, des conditions idéales sont créées dans les écosystèmes hautement inflammables, où les graines germeront si les conditions hydrothermales sont appropriées, comme dans le cas de la première pluie après l'incendie, précisément dans les brèches nouvellement ouvertes.

Les graines de nombreuses espèces végétales dont la dormance est levée par le feu possèdent des appendices charnus et riches en graisse pour faciliter leur dispersion, notamment par les fourmis. Ces structures servent précisément aux graines à attirer ces animaux, qui s'en servent pour nourrir leurs larves. En les apportant au nid, les fourmis enterrent les graines, les plaçant à une profondeur où la concentration de chaleur et/ou de fumée est favorable pour rompre la dormance des graines et stimuler leur germination. Les fourmis, comme le suggère l'étude de Lengyel et al. en 2010, agissent donc comme agents de dispersion sans endommager les graines, favorisant indirectement la régénération des écosystèmes après un événement catastrophique tel qu'un incendie.

Dans les écosystèmes herbeux soumis à des incendies fréquents et intenses, tels que les savanes, la dormance des graines et l'échec des semences lié au feu sont moins fréquents. Cependant, les taux de germination, dans des conditions normales et après un incendie, sont deux fois plus rapides dans les savanes que dans les écosystèmes méditerranéens. Ces écosystèmes et l'interaction avec le feu ont été étudiés récemment, et jusqu'à présent on sait que les graines de ces régions tolèrent le feu, mais la dormance levée par le feu n'est en moyenne que de 23%, comme l'ont rapporté Pausas et Lamont. Plusieurs raisons ont été avancées pour expliquer cette différence d'adaptation dans ces écosystèmes, notamment : la plupart des plantes vivaces des savanes deviennent tolérantes au feu avant d'atteindre la maturité, ce qui entraîne une diminution de la pression sélective sur les graines ; d'autre part, la fréquence élevée des incendies limite l'enfouissement des graines et le développement d'un mécanisme de dormance, de rupture et de germination.

Les incendies, en fonction de leur fréquence et de leur intensité, sont un facteur clé dans l'évolution et le maintien de différents types de dormance des graines dans de nombreux écosystèmes naturels du monde. Ils permettent ainsi la régénération d'écosystèmes entiers soumis à des incendies périodiques qui, grâce à ces adaptations évolutives, peuvent continuer à exister. Cependant, les influences anthropiques de plus en plus présentes et insistantes modifient les mécanismes de perturbation de la dormance des graines de nombreuses espèces végétales, altérant le rôle du feu et les équilibres naturels établis.