Equilibres Eh pH et microorganismes, Isabella Tomasi
Cette intervention a eu lieu lors de la journée national RedOx le 11 juin à Villeveyrac.
Présentation d’Isabella Tomasi
Isabella Tomasi se présente comme ingénie agronome, spécialisée dans les cultures et en microbiologie. Elle explique avoir commencé sa carrière par une thèse de doctorat consacrée à la biodégradation de produits très toxiques à l’aide d’une bactérie. Elle a ensuite travaillé pendant quatre ans dans une entreprise qui l’a amenée à intervenir dans différents pays, toujours autour de la biotechnologie appliquée à la dégradation de substances toxiques, mais aussi à l’entretien de sédiments, de stations d’épuration ou de lacs.
Cette expérience de terrain l’a confrontée à des échecs, mais aussi à des réussites spectaculaires. Cela l’a rendue profondément convaincue du rôle de la microbiologie, des populations microbiennes et de leur impact sur les milieux.
Elle explique également avoir découvert la bioélectronique de Louis-Claude Vincent il y a une quinzaine d’années. Cela lui a permis de mieux comprendre qu’il se passait aussi quelque chose de fondamental entre les équilibres physico-chimiques d’un milieu et certains microbiotes. En rencontrant ensuite des praticiens de l’agroécologie sur le terrain, notamment à partir de 2018, elle dit avoir constaté que des choses jugées impossibles avaient pourtant été réalisées. Elle suit donc de très près ces approches, avec un regard de microbiologiste, et plus précisément de spécialiste des populations microbiennes.
Un regard microbiologique sur le vivant
Isabella Tomasi annonce vouloir « décomplexer » l’auditoire vis-à-vis du potentiel redox, notion qu’elle dit elle-même avoir eu du mal à comprendre dans sa formation initiale, notamment dans tout ce qui touche aux réactions d’oxydo-réduction. Elle précise donc qu’elle va présenter ces éléments de manière simplifiée.
Elle évoque aussi une grande frustration de sa formation universitaire : n’avoir reçu qu’environ quinze minutes d’enseignement sur l’évolution et la création de la vie, dans un cours de biochimie. Or, selon elle, comprendre l’origine de la vie est essentiel pour comprendre la santé actuelle des écosystèmes.
Le concept de « one health » et la continuité des microbiomes
Isabella Tomasi s’appuie sur une revue scientifique de 2022, réalisée par des chercheurs aux États-Unis et en Suisse, portant sur les microbiomes et le concept de « one health ». Selon cette idée, il existe une santé unique qui concerne l’ensemble des écosystèmes, car ils sont reliés entre eux par une porosité constante de micro-organismes.
Le sol est présenté comme le grand réservoir de micro-organismes. Ceux-ci influencent ensuite les micro-organismes de la plante, de l’animal, puis de l’être humain.
Un mot-clé est particulièrement mis en avant : les endophytes. Pour Isabella Tomasi, on ne produit pas seulement des plantes, mais des holobiontes, c’est-à-dire des organismes végétaux associés à leurs micro-organismes internes. Si les pratiques agricoles ne permettent pas le maintien de ces endophytes, la plante s’appauvrit.
Elle précise qu’il existe de nombreux micro-organismes à l’intérieur des plantes : dans les racines, les tiges, les feuilles et les fruits. Il ne s’agit pas seulement des mycorhizes ou des rhizobiums, mais aussi de nombreuses bactéries et de quelques champignons. Manger un légume issu d’un potager de sol vivant, c’est donc aussi consommer une grande quantité de micro-organismes internes, qui participent au goût et aux propriétés du végétal.
Cette continuité se poursuit chez l’animal. Une vache qui mange des plantes riches en endophytes enrichit son microbiome ruminal. Mais ce microbiome est déjà présent dès la naissance, car tout animal baigne dans un liquide amniotique qui contient lui-même des micro-organismes. Les microbiomes s’installent ensuite partout : tube digestif, poumons, etc. De la même manière, l’être humain enrichit son microbiote en consommant des légumes, des fibres et des aliments vivants riches en microbiote.
Isabella Tomasi rappelle enfin que l’impact du microbiote sur la santé humaine est aujourd’hui largement documenté, jusque dans ses effets sur le foie, le cerveau, la production de sérotonine et d’autres molécules.
Le monde bactérien comme un seul corps planétaire
Elle mentionne ensuite un petit ouvrage canadien publié en 1980, trouvé par hasard à l’Institut Pasteur, qui proposait de considérer le monde bactérien comme un seul et immense corps vivant enveloppant la planète.
Cette vision s’appuie sur l’idée que les bactéries disposent d’une très grande maturité génétique. La vie sur Terre a commencé avec les micro-organismes, il y a environ 4 milliards d’années. Isabella Tomasi évoque l’ancêtre commun très lointain, apparu vers 4,2 milliards d’années, puis l’évolution du monde bactérien jusqu’à environ 1 milliard d’années. Selon elle, il a fallu près de 3 milliards d’années pour que le monde bactérien atteigne une forme de maturité génétique, et une grande partie de ce qui existait alors existe encore aujourd’hui.
Les biofilms et l’intelligence collective des bactéries
Les bactéries ne vivent pas seulement comme des cellules isolées. Elles forment des biofilms, ce qui leur permet de se protéger, d’échanger des informations et de collaborer à grande échelle. Isabella Tomasi insiste sur le fait que l’objectif du micro-organisme n’est pas de bouger sans cesse, mais plutôt de se fixer, de se cacher, de s’organiser dans un environnement donné et de réagir collectivement.
Elle souligne que tous les êtres vivants actuels sont le résultat de collaborations cellulaires construites pendant des milliards d’années. Nous dépendons donc profondément des micro-organismes.
Les plasmides et la plasticité génétique bactérienne
Isabella Tomasi distingue ensuite les bactéries des levures ou des champignons par leur organisation cellulaire. Chez la bactérie, le noyau n’est pas entouré d’une membrane. L’ADN principal flotte dans le cytoplasme, accompagné de nombreux petits fragments d’ADN appelés plasmides.
Ces plasmides peuvent être très nombreux. Ils sont connus notamment parce qu’ils portent des fonctions comme la production d’antibiotiques ou d’enzymes capables de dégrader des molécules nouvelles ou toxiques, par exemple des herbicides ou des fongicides. Ils permettent donc la détoxification et la protection, mais aussi une grande réactivité génétique.
Pour Isabella Tomasi, la bactérie est une cellule extraordinairement performante parce qu’elle peut aller chercher, chez d’autres bactéries, les éléments génétiques dont elle a besoin. Les plasmides circulent entre espèces très différentes. Ce transfert se fait :
- soit de manière verticale, lors de la division cellulaire ;
- soit de manière horizontale, d’une cellule à l’autre, par contact direct ;
- soit via le milieu environnant, notamment dans l’eau du sol et au contact des argiles, où des plasmides peuvent être conservés puis repris par d’autres bactéries.
Elle relie cela à un point essentiel : dans un sol, la digestion ne fonctionne pas comme chez un animal. Les micro-organismes sécrètent des enzymes dans leur environnement ; ces enzymes n’agissent correctement que si les conditions sont réunies. L’argile joue ici un rôle majeur, car elle protège des molécules, des enzymes et des fragments d’ADN, tout comme elle a joué un rôle important dans la création de la vie.
Les origines de la vie dans un monde sans oxygène
Isabella Tomasi affirme qu’il faut remonter très loin pour comprendre ce qui se passe aujourd’hui dans les sols et dans les plantes. Lorsque la vie apparaît, il y a environ 4 milliards d’années, l’atmosphère terrestre est dépourvue de dioxygène. Elle contient principalement du diazote, du dioxyde de carbone, probablement du méthane et de l’hydrogène.
Les premiers êtres vivants se développent dans les océans, en conditions entièrement réduites. Ces océans sont riches en fer sous forme réduite, donc très soluble, ce qui leur donne une couleur rouge. Il n’existe pas encore de couche d’ozone ; les rayonnements UV empêchent toute vie de sortir de l’eau.
Ainsi, toute la grande maturation génétique du monde microbien s’est faite dans un monde sans oxygène, en conditions réduites, bien avant que la photosynthèse ne transforme l’atmosphère.
La grande oxydation et la sortie de la vie hors des océans
La photosynthèse apparaît beaucoup plus tard, vers 2,5 milliards d’années. Elle entraîne progressivement la production de dioxygène, d’abord dans les océans, puis dans l’atmosphère. Il faudra au moins un milliard d’années pour que l’oxygène s’accumule réellement.
La présence de dioxygène permet en parallèle la formation de l’ozone, qui protège des UV. Dès lors, la vie peut se développer davantage à la lumière, se multiplier dans les couches superficielles des océans, puis finir par sortir de l’eau et coloniser les terres émergées.
Le dioxygène a aussi permis de « nettoyer » les océans en oxydant divers éléments solubles qui limitaient la pénétration de la lumière. Cela a favorisé l’expansion du vivant.
La persistance des métabolismes anaérobies
Même après l’oxygénation de la planète, les métabolismes anaérobies n’ont pas disparu. Isabella Tomasi insiste sur le fait que le vivant conserve encore aujourd’hui une mémoire profonde de cette longue histoire.
Les premiers grands métabolismes du vivant ont été construits dans l’anaérobiose. Même les cellules photosynthétiques et respiratoires actuelles en portent la trace : chloroplastes et mitochondries proviennent d’anciennes bactéries intégrées dans des cellules plus complexes.
Elle insiste également sur le fait que notre propre microbiote reste majoritairement anaérobie.
Des anaérobies partout dans les écosystèmes vivants
Isabella Tomasi souligne que l’on retrouve des micro-organismes anaérobies dans de nombreux milieux :
- le sol ;
- la rhizosphère ;
- les racines et les plantes ;
- les insectes ;
- le tube digestif du ver de terre ;
- les poumons ;
- les intestins.
Elle cite plusieurs grands groupes microbiens, comme les acidobactéries, les bacteroidetes, les pseudomonas, les firmicutes ou les protéobactéries, en rappelant qu’ils comprennent des espèces strictement anaérobies ou anaérobies facultatives.
Pendant la longue montée du dioxygène sur Terre, certains micro-organismes ont évolué pour le tolérer, mais leurs descendants anaérobies sont toujours présents. Elle mentionne même des travaux montrant que certaines algues photosynthétiques peuvent, dans l’obscurité, faire fonctionner leur mitochondrie en respiration anaérobie.
Le microbiote des poumons, du ver de terre et des feuilles
Isabella Tomasi présente ensuite plusieurs exemples issus de publications récentes montrant que des milieux que l’on imaginait dominés par des microorganismes aérobies contiennent en réalité une forte proportion d’anaérobies.
Dans les poumons
Longtemps, les microbiologistes ont cherché les micro-organismes pulmonaires en les cultivant sur des milieux exposés à l’oxygène. Ils ne détectaient donc principalement que les aérobies. Avec la métagénomique, qui permet d’analyser directement les gènes présents dans un échantillon, il devient possible d’identifier bien davantage d’organismes.
Dans des poumons sains, environ 50 % du microbiote serait composé de bactéries anaérobies, dont une grande part strictement anaérobies, incapables de supporter le dioxygène.
Dans le ver de terre
On retrouve là encore une grande diversité, avec des groupes bactériens comparables, parmi lesquels des bacteroidetes, des protéobactéries et d’autres anaérobies stricts ou facultatifs. Une part importante reste encore non identifiée.
Dans les feuilles de tomate
Même dans une feuille saine de tomate, donc dans un organe en contact avec l’air, on retrouve des micro-organismes anaérobies stricts ou facultatifs. Une forte proportion n’est pas encore identifiée. Sont cependant mentionnés notamment des actinobactéries, des proteobactéries et des firmicutes.
Pour Isabella Tomasi, ces résultats montrent que la question des équilibres redox et des niches anaérobies est centrale dans le vivant.
La structure du sol et la question de l’atmosphère interne
Isabella Tomasi revient alors sur la structure physique du sol. Un sol idéal contient environ :
Elle précise qu’il ne faut pas parler seulement « d’air », car la phase gazeuse du sol n’est pas identique à l’atmosphère extérieure. Dans un sol très vivant et poreux, on trouve du CO2, de nombreux composés organiques volatils, et probablement d’autres gaz. Cette atmosphère interne peut être très différente de celle de l’air libre.
Elle rappelle les ordres de grandeur :
- un poil absorbant de racine mesure environ 20 microns ;
- un hyphe de champignon mesure environ 2 à 20 microns ;
- une bactérie mesure environ 0,2 à 1,5 micron.
Les microagrégats du sol mesurent environ 20 à 250 microns, les macroagrégats au-delà. La plus petite particule visible à l’œil nu est déjà souvent un macroagrégat, lui-même formé de plusieurs microagrégats.
Selon Isabella Tomasi, toute la stabilité du sol repose sur ces microagrégats. Si on les détruit, le sol se compacte et s’effondre.
Les microagrégats comme niches anaérobies
Elle pose alors une question centrale : que se passe-t-il à l’intérieur d’un microagrégat ? Si l’oxygène pénètre mal dans ces structures, il est très probable qu’elles constituent des niches anaérobies.
Elle va jusqu’à formuler une hypothèse forte : les microagrégats du sol sont nécessairement anaérobies. Pour elle, ce n’est pas possible autrement, car ils ne disposent pas d’un accès suffisant au dioxygène. Ils maintiennent donc des métabolismes anaérobies, des bactéries anaérobies et probablement d’autres formes de vie encore mal connues.
Elle ajoute que, plus on descend dans un sol vivant et poreux, plus l’atmosphère rencontrée pourrait ressembler à l’atmosphère primitive de la Terre, c’est-à-dire une atmosphère plus réduite que celle de la surface actuelle.
Le rôle particulier des champignons
Dans cette architecture du sol, le champignon occupe selon elle une place intermédiaire entre la plante et la bactérie anaérobie. Contrairement au poil absorbant, qui est une cellule respirante, l’hyphe fongique peut traverser des zones très contrastées du sol, avec plus ou moins d’oxygène. Il relie donc des milieux différents et peut maintenir des circulations internes sur de longues distances.
Le redox du sol : mesures et observations
Isabella Tomasi présente ensuite des mesures de potentiel redox réalisées dans des sols méditerranéens. Elle observe que ces sols sont souvent très oxydés, avec des valeurs élevées. Même lorsque des corrections sont apportées, par exemple avec des apports de broyat ou de déchets verts en surface, les diminutions de potentiel redox mesurées restent relativement modestes à l’échelle du sol global.
Elle note par exemple qu’un broyat peut avoir un potentiel redox plus bas que celui du sol, et que le sol finit par prendre à peu près le potentiel redox du broyat, sans forcément descendre davantage. Cela l’amène à penser que, si le sol global ne baisse que de quelques dizaines de millivolts, alors les microagrégats doivent probablement atteindre localement des potentiels beaucoup plus bas. Or, on ne sait pas aujourd’hui mesurer directement le redox interne d’un microagrégat sans le détruire.
Pour elle, cela confirme que le redox n’est pas seulement un indicateur de santé du sol : il participe directement à sa structure et à son fonctionnement.
Corriger le potentiel redox en agriculture
Isabella Tomasi explique qu’en agriculture conventionnelle, on ne sait pas vraiment corriger ces déséquilibres. En revanche, l’agroécologie commence à montrer des pistes claires :
- apporter de la matière organique ;
- ne pas travailler le sol ;
- favoriser les lombrics ;
- éviter les pratiques oxydantes.
Mais, dans des contextes comme le bassin méditerranéen, où l’on manque souvent de polyculture-élevage, de fumier bovin, et où les conditions climatiques limitent l’auto-correction du sol, il devient nécessaire d’avoir recours à des intrants spécifiques capables de corriger rapidement le potentiel redox.
Elle cite deux grandes familles :
- certains minéraux, notamment sulfatés, relativement réduits ;
- certains intrants organiques, comme les distillats de lignine ou d’autres produits riches en composés réduits.
Les lacto-fermentations comme intrants réducteurs
Une place importante est donnée aux lacto-fermentations. Isabella Tomasi rappelle qu’un lacto-fermenté est dominé par des bactéries anaérobies travaillant sur des sucres et d’autres matières organiques. Ces ferments permettent d’atteindre des pH très bas, autour de 3,5 à 4, tout en abaissant fortement le potentiel redox.
Elle insiste sur un point important : lorsqu’un environnement s’acidifie par simple réaction chimique, cela correspond à une oxydation. Mais dans le cas d’une fermentation anaérobie, on obtient au contraire à la fois une acidification et un redox très bas. Selon elle, ce paradoxe apparent est très instructif.
Elle donne des exemples de mesures :
- un lacto-fermenté pur peut descendre vers 170 mV ;
- à 15 %, il peut encore être autour de 145 mV ;
- certains lacto-fermentés de résidus végétaux descendent même vers 0, -100 ou -200 mV.
Elle en conclut que ces micro-organismes sont parfaitement capables de vivre dans des milieux très réduits, sans que cela soit toxique pour eux.
Exemples de préparations utilisées
Plusieurs types de préparations sont évoqués.
Les litières forestières fermentées
Elles sont préparées en milieu solide, en conditions anaérobies, à partir de litières forestières. Isabella Tomasi mentionne le réseau de développement « Terres de l’humus » comme acteur impliqué dans leur diffusion.
Les recettes issues de l’agriculture biodynamique
Elle cite l’exemple de Peter Sleighman en Zambie, qui développe depuis des décennies des lacto-fermentations appliquées à des cultures comme le tournesol, avec des résultats qu’elle juge spectaculaires.
Elle cite également Peter van Oove en Pologne, engagé de longue date en grandes cultures avec des recettes de lacto-fermentation et des mesures physico-chimiques.
Les essais menés dans l’Estaque/Estandon
Isabella Tomasi évoque des essais réalisés avec des viticulteurs, à partir de résidus de tomate, de melon, de pastèque, de courgette et d’autres légumes mis en lacto-fermentation liquide. Un mois après application, et après une pluie, les mesures à 40 cm de profondeur montrent encore un effet du lacto-fermenté sur le sol.
Les analyses microbiologiques ont surtout montré une réaction des bactéries, plus marquée que celle des champignons.
Elle souligne aussi que les plantes soumises au stress oxydatif sécrètent des molécules comme des acides aminés, vitamines, polyphénols ou GABA, et que ces molécules se retrouvent justement dans les lacto-fermentations.
Les fumiers et déchets verts fermentés en anaérobie
Elle mentionne enfin des procédés de fermentation anaérobie de fumiers et de déchets verts, compactés et scellés durant environ deux mois. Elle relie cette pratique aux travaux de Walter Witto et à une thèse suédoise de 2022.
Selon elle, cette voie permet :
- de conserver l’azote ;
- de conserver le carbone ;
- de réduire les émissions de gaz à effet de serre ;
- d’obtenir un produit efficace en grandes cultures comme dans d’autres systèmes.
Les plantes cultivent et pilotent leurs micro-organismes
En conclusion, Isabella Tomasi revient sur une image forte : la plante cultive des micro-organismes au niveau de ses racines, les fait entrer en elle, en consomme une partie, mais en rejette aussi.
Elle s’interroge : si c’était seulement une question d’alimentation ou d’énergie, pourquoi les faire ressortir ensuite ? Selon elle, la plante influence profondément ces bactéries et leur « demande » certains métabolites. Les plasmides bactériens seraient ainsi mis au service du végétal.
La plante pourrait donc orienter les fonctions de ses endophytes et leur demander de produire rapidement des molécules utiles. Elle rappelle qu’une bactérie peut réagir extrêmement vite, par exemple produire une vitamine en quelques dizaines de minutes, alors que la plante met plus de temps à ajuster son propre métabolisme.
Pour elle, cela signifie que les bactéries, qui ont historiquement « fait » la plante, restent encore aujourd’hui entièrement au service du végétal.
Conclusion
La conférence d’Isabella Tomasi défend plusieurs idées fortes :
- nous cultivons des holobiontes, et non des plantes seules ;
- les endophytes sont indispensables à la santé, à la croissance et à l’immunité des végétaux ;
- les microorganismes anaérobies sont au cœur de la santé de tous les êtres vivants et de tous les écosystèmes ;
- les microagrégats du sol sont probablement des niches anaérobies essentielles ;
- le potentiel redox n’est pas un simple indicateur, mais une dimension structurante du vivant et du sol ;
- dans les systèmes agricoles sans élevage, notamment en contexte méditerranéen, il est nécessaire de disposer d’intrants capables de corriger rapidement le redox, comme certains ferments et lacto-fermentations.
Son propos relie ainsi l’histoire la plus ancienne du vivant, la microbiologie des sols, la physiologie végétale et les pratiques agricoles contemporaines, en insistant sur la nécessité de raisonner l’agriculture à partir des microorganismes et des équilibres physico-chimiques qui leur permettent d’agir.
