Les écosystèmes métallifères sont caractérisés par des sols riches en divers éléments métalliques. L'exposition à ces éléments potentiellement toxiques représente une contrainte importante pour les organismes vivants, et en particulier pour les plantes se développant sur ces sols. Ces écosystèmes peuvent être spontanés, comme les écosystèmes serpentiniques, ou liés aux activités humaines minières et sidérurgiques.

De nombreuses recherches se sont intéressées aux adaptations physiologiques des plantes métallicoles tolérantes à une forte exposition aux métaux. Des études moléculaires ont aussi permis de mettre en évidence les gènes impliqués dans cette tolérance, et leur sélection au cours de l'évolution. La capacité singulière de certaines plaines dites « hyper-accumulatrices » qui sur-concentrent les métaux dans leurs feuilles a stimulé la plupart de ces recherches. Dans le travail présenté ici, les conséquences d'une forte exposition aux métaux sont abordées à des échelles supérieures jusqu'ici moins étudiées : celle de la plante entière et celle des interactions entre plantes.

Concernant la plante entière, les recherches menées ont pour objectif de comprendre les conséquences des adaptations liées à la survie et la tolérance au stress métallique sur les autres fonctions primaires que sont la croissance et la reproduction. S'interroger sur ces conséquences implique de comprendre les compromis fonctionnels en jeu entre ces fonctions primaires. Pour cela le concept d'allocation ou de répartition optimale des ressources entre les différents organes des plantes a été d'abord été mobilisé. Il a été démontré que pour des plantes sensibles, l'exposition à un stress métallique provoque dans un premier temps une modification de la morphologie racinaire et une moindre disponibilité des ressources du sol. Dans un second temps, l'allocation des ressources aux racines augmente pour compenser cette perte d'accès aux ressources du sol.

Dans un deuxième temps, l'étude des traits fonctionnels de nombreuses espèces métallicoles a permis de montrer les correspondances entre les stratégies spécifiques d'adaptation aux métaux (l'exclusion ou l'accumulation dans les parties aériennes) et les axes fonctionnels bien identifiés dans la littérature. Par exemple, les espèces accumulatrices semblent avoir une position spécifique sur l'axe du « Leaf Economic Spectrum » ; suggérant une exploitation active des ressources du sol et une activité photosynthétique élevée pour ces espèces. A l'inverse, les espèces qui évitent le transfert vers les organes aériens ont des stratégies plus conservatrices de nutriments. Ces relations montrent la diversité jusqu'ici inconnue des stratégies écologiques parmi les plantes métallicoles.

Une fois les compromis et stratégies fonctionnelles mieux compris, l'évolution des interactions entre plantes le long de gradients de contamination métallique a été étudiée. La cadre théorique mobilisé est celui de l'hypothèse du gradient de stress (Stress Gradient Hypothesis) prédisant l'évolution de ces interactions à mesure que les contraintes environnementales augmentent. Les effets en jeu dans ces interactions ont aussi été évalués, que ce soit les modifications micro-climatiques sous la canopée des plantes métallicoles ou les modifications des propriétés du sol à proximité de leur rhizosphère. Globalement, les interactions étudiées suivent l'hypothèse de la SGH dans les systèmes étudiés. La facilitation est en effet l'interaction dominante mesurée dans les environnements fortement contaminés. Les espèces accumulatrices de métaux qui ont une activité photosynthétique élevée sont celles qui produisent les effets micro-climatiques les plus favorables pour les plantes voisines, via une atténuation de la sécheresse de l'air. Ce sont aussi les espèces qui produisent régulièrement une litière concentrée en métaux. Elles induisent alors des effets de négatifs au niveau du sol, par enrichissement en métaux disponibles dans leur proximité immédiate. Ces effets négatifs ne s'expriment que pour des plantes voisines peu tolérantes, et donc dans des environnements où la disponibilité en métaux est peu élevée et où ces plantes peu tolérantes sont présentes. Ces résultats précisent les conditions d'application d'une théorie importante pour expliquer la sélection de l'hyper-accumulation : l'allélopathie dite « élémentaire », théorie qui s'appuie sur l'avantage compétitif fournit par l'hyper-accumulation par rapport aux plantes voisines.

Enfin les orientations des recherches possibles dans le futur sont discutées. Elles reposent sur la caractérisation de la distribution des métaux dans les différents organes des plantes hyper-accumulatrices au cours de leur développement (en lien avec les concepts d'allocation) ; sur la précision des syndromes fonctionnels racinaires des plantes hyper-accumulatrices ; et sur l'étude des effets de complémentarité entre espèces liés à la facilitation observée sur sols contaminés. Les perspectives appliquées concrètes qui en découlent pour la végétalisation de sites contaminés, ou pour favoriser la productivité des cultures dans le cadre de l'agromine sont aussi abordées.