On pensait que la vie dans le sol était silencieuse. Et si elle ne l'était pas ?

Cet article a été publié initialement sur le site de la revue Knowable Magazine from Annual Reviews et traduit avec leur aimable autorisation.

La première fois que Marcus Maeder a enfoncé un capteur de bruit dans le sol, c'était sur un coup de tête. Artiste sonore et écologiste acoustique, il était assis dans une prairie de montagne et a enfoncé dans le sol un microphone spécial qu'il avait construit. "J'étais simplement curieux", explique M. Maeder, qui prépare une thèse sur les sons de la biodiversité à l'École polytechnique fédérale de Zurich.

Il n'était certainement pas préparé à la clameur des sons qui ont commencé à inonder son casque. "Ils étaient très étranges. Il y avait des bourdonnements, des gazouillis et des raclements. Il faut un tout nouveau vocabulaire pour le décrire." Maeder a réalisé qu'il écoutait les créatures qui vivent dans le sol.

Les écologistes savent depuis longtemps que le sol sous nos pieds abrite plus de vie, et une vie plus diversifiée, que presque tout autre endroit sur Terre. Pour un profane, le sol ne semble guère plus qu'une couche compacte de terre. Mais en réalité, le sol est un paysage labyrinthique de tunnels, de cavités, de racines et de détritus en décomposition. Dans une seule tasse de terre, les chercheurs ont compté jusqu'à 100 millions de formes de vie, issues de plus de 5 000 taxons. Les habitants du sous-sol vont des bactéries et champignons microscopiques aux collemboles et acariens de la taille d'un crayon, en passant par les mille-pattes, les limaces et les vers de terre qui peuvent atteindre plusieurs mètres de long, sans oublier les taupes, les souris et les lapins dans leurs tunnels et leurs tanières.

"C'est une quantité stupéfiante de biodiversité", déclare Uffe Nielsen, biologiste des sols à l'université de Western Sydney, en Australie. C'est aussi une biodiversité vitale : Collectivement, ces communautés souterraines constituent une grande partie de la base de la vie sur notre planète, de la nourriture que nous mangeons à l'air que nous respirons.

Aujourd'hui, dans un domaine relativement nouveau connu sous le nom de bioacoustique du sol - d'autres préfèrent des termes tels que biotremologie ou écoacoustique du sol - un nombre croissant de biologistes captent les bruits souterrains pour ouvrir une fenêtre sur ce monde complexe et cryptique. Ils ont découvert qu'un objet aussi simple qu'un clou métallique enfoncé dans la terre peut devenir une sorte d'antenne inversée s'il est équipé des bons capteurs. Et plus les chercheurs écoutent, plus il devient évident que le sol sous nos pieds bourdonne de vie.

L'écoute de cette cacophonie de sons souterrains promet de révéler non seulement quelles formes de vie résident sous nos pieds, mais aussi comment elles mènent leur existence - comment elles mangent ou chassent, comment elles se glissent les unes à côté des autres sans se faire remarquer, ou encore comment elles tambourinent, tapent et chantent pour attirer l'attention des autres. La vie souterraine "est une boîte noire", dit Nielsen. "Lorsque nous l'ouvrons, nous réalisons à quel point nous en savons peu."

Vers rampants et racines

Comprendre cette vie souterraine est important car l'écologie du sol est cruciale. "Le sol aide à transformer les éléments nutritifs comme le carbone, l'azote, le phosphore et le potassium qui nourrissent les plantes - pour la nourriture, pour les forêts, ou pour remplir l'air d'oxygène, afin que nous puissions tous respirer", explique Steven Banwart, chercheur dans le domaine du sol, de l'agriculture et de l'eau à l'université de Leeds, au Royaume-Uni, qui a coécrit une vue d'ensemble des fonctions du sol dans l'Annual Review of Earth and Planetary Sciences. Les vers, les larves, les champignons, les bactéries et autres décomposeurs interviennent à chaque étape.

Et chaque organisme du sol produit sa propre trace sonore. Les larves mangeuses de racines émettent de courts clics lorsqu'elles brisent les fibres de leur repas. Les vers bruissent lorsqu'ils rampent dans les tunnels ; les racines des plantes aussi lorsqu'elles poussent sur les grains de terre, comme l'ont rapporté des chercheurs suisses en 2018. Mais les racines se déplacent plus lentement que les vers, et à un rythme plus soutenu. En distinguant ces sons, l'acoustique des sols risque de faire la lumière sur des questions jusqu'ici sans réponse. Par exemple, quand les racines des plantes poussent-elles ? La nuit ? Pendant la journée ? Seulement quand il pleut ?

Nous, les humains, pourrions être parmi les derniers à découvrir cette bande sonore souterraine. On peut souvent voir des oiseaux sautiller sur les pelouses, la tête penchée. Les chercheurs pensent qu'ils font cela parce qu'ils sont à l'écoute des vers qui se trouvent en dessous. Souvent, ils picorent le sol juste au bon moment pour remonter leur proie sans méfiance. La tortue des bois nord-américaine, quant à elle, profite de l'attention que les vers portent aux vibrations de la pluie. La tortue tape des pieds sur le sol pour imiter ce bruit, de sorte que les vers remontent à la surface, offrant ainsi une collation juteuse.

Les vibrations souterraines peuvent également être la clé de ce qui semble être des signaux intentionnels. On pense que les rats taupiers, qui vivent dans des terriers souterrains, communiquent avec les autres rats taupiers du voisinage en frappant leur tête ou leurs pieds contre les parois de leurs tunnels. On a observé que les fourmis coupeuses de feuilles émettent des bruits lorsqu'elles sont enterrées lors de l'effondrement de leur nid. D'autres fourmis ouvrières se précipitent sur les lieux et commencent à creuser pour sauver leur compagnon de nidification.

Certains de ces sons souterrains sont audibles par l'oreille humaine, mais beaucoup sont trop hauts ou trop bas en fréquence (ainsi qu'en volume). Pour les capter, les chercheurs utilisent des outils tels que les capteurs piézoélectriques, qui fonctionnent comme les microphones de contact que vous pouvez fixer sur une guitare. Fixés à un clou, parfois de 30 centimètres de long, qui a été enfoncé dans le sol, ces capteurs détectent les vibrations que les chercheurs convertissent ensuite en signaux électroniques et amplifient jusqu'à ce que l'homme puisse les entendre.

Twitter souterrain

Carolyn-Monika Görres, écologiste du paysage à l'université de Geisenheim, en Allemagne, a été choquée de découvrir tout ce que les bruits souterrains peuvent révéler. Grâce à un financement de la National Geographic Society, Mme Görres étudie les larves de coléoptères se nourrissant de racines, appelées "vers blancs", et s'intéresse plus particulièrement aux gaz, tels que le méthane, qu'elles émettent. Les biologistes soupçonnent ces petits insectes, dont les espèces varient, de contribuer de manière substantielle aux émissions climatiques, en raison de leur nombre. (Un exemple de ce que peuvent représenter les émissions des insectes : On estime que les termites produisent environ 1,5 % des émissions mondiales de méthane. À titre de comparaison, la quantité provenant de l'exploitation du charbon est de 5 à 6 %).

Dès le début, Mme Görres est restée perplexe. Comment pouvait-elle savoir combien de ces larves de quelques centimètres de long vivaient dans une parcelle de sol ? "Traditionnellement, on creuse le sol pour voir ce qu'il y a", dit-elle. "Mais alors, tout est perturbé."

Görres s'est donc rendue à vélo dans les prairies et les forêts des environs de sa ville, a enfoui deux douzaines de capteurs acoustiques dans le sol et a enregistré les larves qui vaquaient à leurs occupations. Lorsqu'elle fait écouter les enregistrements à d'autres personnes, "certains disent que cela ressemble au craquement d'un arbre", dit-elle. "D'autres entendent des morceaux de papier de verre que l'on frotte l'un contre l'autre."

Görres a appris qu'elle pouvait distinguer les larves des deux espèces de vers blancs qu'elle étudie - le hanneton commun (Melolontha melolontha) et le hanneton des forêts (M. hippocastani) - grâce à un bourdonnement similaire au chant aérien, ou stridulation, des cigales et des sauterelles.

Pour ce faire, les larves frottent leurs mandibules l'une contre l'autre. "On pourrait dire qu'elles grincent des dents pour se parler sous terre", explique M. Görres. "La beauté des stridulations est qu'elles semblent être spécifiques à chaque espèce, tout comme le chant des oiseaux." Une fois que les larves se transforment en chrysalides, elles passent à un autre mécanisme bruyant, en faisant tourner leur abdomen dans leur coquille et en le frappant contre la paroi de la coquille.

Pourquoi le font-ils ? Ce n'est pas clair. Au-dessus du sol, la stridulation des insectes attire les partenaires. Mais pour les larves, "la reproduction n'a pas encore d'importance", explique Mme Görres. Pour en savoir plus, l'écologiste (qui a baptisé son projet d'acoustique du sol "Underground Twitter") a rempli des récipients de terre sablonneuse provenant de l'habitat naturel des insectes, y a ajouté des tranches de carottes pour satisfaire les larves et les a emmenés dans son laboratoire.

Elle a remarqué qu'une larve gardée seule ne stridulait que rarement. Mais si plusieurs d'entre elles partageaient un même récipient, elles chantaient - beaucoup. Un trio de larves de hanneton a stridulé 682 fois au total pendant les deux heures et demie qu'elles ont passées ensemble.

Mme Görres pense que les larves chantent pour se mettre en garde les unes contre les autres. Les larves sont des mangeurs invétérés - "leur seul but dans la vie est de gagner de la biomasse", explique-t-elle - et si elles sont trop nombreuses à partager la même parcelle de terre, elles commencent à se cannibaliser. À l'appui de cette affirmation, elle note que les scientifiques ont repéré des larves qui changeaient de trajectoire pour éviter les chrysalides qui leur donnaient des coups d'abdomen.

Le son dans le sol

Lorsque nous parlons de son, nous faisons surtout référence aux ondes de pression qui se propagent dans l'air. Lorsqu'elles frappent nos oreilles, elles font vibrer les tympans, et notre cerveau finit par traduire ces oscillations en sons.

Mais ces ondes peuvent aussi se propager dans d'autres milieux, comme l'eau ou le sol. Les éléphants le savent bien : Ils émettent un grondement à basse fréquence qui se propage dans le sol, ce qui leur permet de rester en contact avec des congénères éloignés qui captent les signaux avec la plante de leurs pieds.

Les émissions acoustiques peuvent également se propager simultanément dans différents milieux. Les grillons taupiers mâles (Gryllotalpa major) creusent des terriers en forme de corne dans le sol sablonneux, d'où ils stridulent en frottant leurs ailes l'une contre l'autre. Ces stridulations visent à courtiser les femelles qui volent dans les airs. Mais il se propage également sous forme de vibrations dans le sol, où il peut mettre en garde les autres grillons mâles dans leurs propres terriers souterrains.

Certains animaux ont adapté leurs oreilles pour mieux capter ces vibrations transmises par le sol. Dans le désert de Namibie vit une taupe dorée, un petit mammifère à fourrure qui est nocturne et pratiquement aveugle. La nuit, la taupe chasse les termites dans les dunes en "nageant" dans le sable, la tête et les épaules immergées. Les biologistes pensent qu'elle fait cela pour écouter ses proies. L'un des osselets, ou os, de l'oreille moyenne de la taupe est massivement élargi. Les chercheurs pensent que cela permet à l'animal de capter les vibrations transmises par le sol, comme c'est le cas pour les ondes sonores transmises par l'air dans l'oreille humaine.

Les serpents, quant à eux, reçoivent des signaux vibratoires grâce à des capteurs situés dans leurs mâchoires. La taupe à nez étoilé possède un étrange nez à tentacules qui peut capter les vibrations. Et de nombreux insectes possèdent des mécanocapteurs dans leurs pattes qui enregistrent les pulsations du sol.

Il est parfaitement logique que les animaux souterrains intègrent le son dans leur vie, explique Matthias Rillig, écologiste des sols à l'université libre de Berlin. "Le son est un signal à grande vitesse qui n'entraîne qu'un faible surcoût", explique-t-il, certainement moins que la production de substances chimiques comme les phéromones pour communiquer. Le son a également tendance à voyager plus vite et plus loin que les signaux chimiques. Le grondement d'un éléphant peut se propager sur des kilomètres. Les vibrations initiées par un petit insecte souterrain ne peuvent atteindre que quelques dizaines de centimètres, mais dans un monde où tout se mesure en micromètres, cela représente tout de même une grande distance.

Les formes de vie autres que les animaux perçoivent-elles ces vibrations souterraines et s'en servent-elles ? M. Rillig et M. Maeder ont lancé un projet dans le cadre duquel ils amènent au laboratoire de minuscules créatures du sol, comme les collemboles et les acariens, et les enregistrent pendant des heures afin de déterminer le niveau de bruit qu'elles produisent, seules ou en groupe avec d'autres espèces. L'écologiste se demande si les champignons ne seraient pas capables d'enregistrer les sons émis par ces micro-prédateurs et de se tenir à l'écart des zones où ils se rassemblent, car certains d'entre eux aiment manger des filaments de champignons. "Ou bien un champignon pourrait répondre aux signaux sonores de danger en augmentant sa sporulation", explique M. Rillig, afin de s'assurer que ses gènes se dispersent avant d'être mangés.

Il existe déjà des preuves que les plantes, au moins, utilisent le son pour aider à leur survie. Lors de tests, l'écologiste évolutionniste Monica Gagliano a proposé à des plants de pois de jardin (Pisum sativum) de faire pousser leurs racines dans différents tubes en plastique. Tous les tubes étaient remplis de terre, mais certains étaient exposés aux vibrations de l'eau qui coule (dans un tube situé à l'extérieur du tuyau). Gagliano, du Biological Intelligence Lab de la Southern Cross University, de l'University of Western Australia et de l'University of Sydney, a indiqué que les plants de pois favorisaient la croissance des racines vers le son de l'eau, même si l'eau elle-même n'était pas accessible aux plantes et qu'aucune humidité ne pouvait s'infiltrer dans les tubes.

Plaintes liées au bruit

En plus d'informer les écologistes, l'acoustique souterraine pourrait nous aider à mieux prendre soin de l'environnement et à détecter les nuisibles qui causent des milliards de dollars de dégâts chaque année. En 1478 déjà, "les scarabées des pâturages causaient d'importants dégâts aux prairies alpines suisses, à tel point que l'évêque de Lausanne excommuniait les herbivores fautifs", ont écrit des scientifiques dans un article de synthèse de 2015 sur les insectes se nourrissant de racines. (Pour ne citer qu'un exemple actuel, les infestations du foreur des racines de la vigne Vitacea polistiformis peuvent diminuer le rendement d'une vigne jusqu'à 47 %).

Sans moyen de localiser les infestations, les gestionnaires des sols doivent généralement recourir à des applications généralisées de pesticides pour lutter contre ce type de parasites, explique Louise Roberts, bioacousticienne à l'université Cornell. "Mais cela tue toutes sortes de choses sous terre". Souvent, il suffirait de traiter seulement certaines parties d'un champ ou d'un terrain de golf, car les insectes du sol ont tendance à se regrouper. "Mais pour que cela fonctionne, il faut savoir où se trouvent les parasites", dit-elle.

C'est pourquoi Roberts et ses collègues, grâce à un financement du ministère américain de l'agriculture, ont mené une étude pour voir si les gestionnaires de terrain peuvent enfoncer des capteurs dans le gazon et utiliser les fréquences des sons recueillis pour localiser les infestations de parasites souterrains et identifier les espèces. Le travail n'est pas terminé, mais les premiers résultats suggèrent que c'est possible, dit-elle.

À leur grand désarroi, les chercheurs découvrent que tout ce qu'ils détectent sous terre n'est pas exotique et nouveau. Certains bruits sont étonnamment familiers. Lorsque Maeder écoute sous terre, dans son pays natal, la Suisse, "je peux entendre des chantiers de construction et des autoroutes qui sont très éloignés. Même des avions".

On ne sait pas encore très bien quel est l'impact de la pollution sonore humaine sur la vie souterraine. Mais "il est difficile de croire qu'elle n'en aurait aucun", déclare Rillig.

Les scientifiques constatent également que l'orchestre souterrain de l'activité animale a commencé à se taire sur de grandes étendues de terre, en particulier dans les champs cultivés intensivement, où "les choses se taisent", explique M. Maeder.

Une diminution des bruits laisse présager une baisse de la biodiversité et donc un sol moins sain. Cela concorde avec un récent rapport de l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), selon lequel un tiers des terres de la planète ont été au moins modérément dégradées, souvent par l'agriculture.

Peut-être que l'acoustique des sols permettra à davantage de personnes de prendre conscience de ce que nous risquons de perdre, estime M. Maeder. Il a lancé un projet scientifique citoyen qui consiste à prêter aux Suisses des capteurs acoustiques pour qu'ils puissent eux-mêmes écouter l'activité souterraine. Les enregistrements sont rassemblés dans une bibliothèque nationale des sons du sol, dans l'espoir de sensibiliser le public.

Jusqu'à présent, la demande est élevée, indique M. Maeder. "Les capteurs sont toujours réservés".

Traduit et publié avec l'aimable autorisation de Knowable Magazine. L'article original est à retrouver ICI.