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Couplage poro-élastique non linéaire dans des branches réelles et artificielles Jean-François LOUF, Geoffroy Guéna & Yöel FORTERRE* Eric Badel** *Laboratoire.

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1 Couplage poro-élastique non linéaire dans des branches réelles et artificielles Jean-François LOUF, Geoffroy Guéna & Yöel FORTERRE* Eric Badel** *Laboratoire IUSTI-CNRS, Marseille **Laboratoire PIAF-INRA, Clermont-Ferrand

2 2 Perception des déformations mécaniques chez les plantes Arabidopsis Luzerne Réponse en croissance Braam, 2005 Moulia & Combes 2004 Thigmo-morphogénèse

3 3 Réponses : Arrêt de croissance corrélée à la déformation appliquée Rapide et à distance de la zone sollicitée : réponse non locale Mécano-perception : Expériences quantitatives Transmission dun signal à travers la plante Coutand et al, 2000, 2009

4 4 1)Transport de substances chimiques par la sève 2)Propagation de signaux électriques 3)Surpression générée par un couplage hydro/mécanique Vitesse de transmission du signal cm/s Trop lent (cm/h) Pas dévidence claire Julien 1993, Malone 1994 Hypothèses sur lorigine du signal longue distance

5 5 1)Transport de substances chimiques par la sève 2)Propagation de signaux électriques 3)Surpression générée par un couplage hydro/mécanique Vitesse de transmission du signal cm/s Trop lent (cm/h) Pas dévidence claire Julien 1993, Malone 1994 Hypothèses sur lorigine du signal longue distance

6 6 Lopez et al. J.Exp.Bot 2014 Un couplage hydro-mécanique Mise en évidence dun pic de pression lors de la flexion INRA-PIAF 1) Origines et amplitude de la surpression ? 2) Dynamique (vitesse, temps de relaxation) ?

7 7 Lopez et al. J.Exp.Bot 2014 Un couplage hydro-mécanique Mise en évidence dun pic de pression lors de la flexion INRA-PIAF 1) Origines et amplitude de la surpression ? 2) Dynamique (vitesse, temps de relaxation) ?

8 8 Compression Tension Pas de changement de volumePas de variation de pression Origine non triviale de la surpression ???

9 9 De la branche naturelle à la branche physique Géométrie simplifiée : Flux longitudinal PDMS : matériau élastique et isotrope Huile Silicone : Fluide newtonien

10 10 De la branche naturelle à la branche physique Poutre en élastomère de silicone remplie dun fluide visqueux

11 11 Paramètre de contrôle : déformation de flexion imposéeavec Mesure de la pression du fluide dans la poutre en système fermé Montage expérimental et dispositif de flexion

12 12 Génération dune surpression stationnaire !! ε = 8 % FlexionDeflexion Réponse typique du système en flexion

13 13 Δ P proportionnelle à ε 2 Relation Pression/Deformation

14 14 Compression Tension Pas de changement de volumePas de variation de pression Interprétation ???

15 15 Analogue au phénomène dovalisation des tubes (Brazier) Idée : Lors dune flexion, il est énergétiquement favorable au système poreux de diminuer sa section Un couplage non-linéaire ?

16 16 Énergie élastique dune poutre en flexion : Energie élastique dune poutre en compression : Minimisation de lénergie élastique totale : Modèle énergétique simple Landau Lifchitz

17 17 Poutres : Pa ε 10 % Δ P kPa Lien avec les changements de volume et de pression B : Module élastique de compression de la poutre OK Pertinence de ce mécanisme pour les branches réelles ?

18 18 Dispositif expérimental Même type de relation Pression/Déformation ! Surpression (kPa) Déformation ε Mesures sur des branches darbres INRA Avec E. Badel

19 19 Un mécanisme physique identique Poutres :E=2 MPa Branches : E=1.5-4 GPa Branches Poutres Comparaison branches artificielles/réelles

20 20 Physique Varier les paramètres : Porosité, distribution des canaux, bulk modulus…. Etudier la dynamique de relaxation du signal en système ouvert, sa vitesse de propagation… Biologie Effet de la surpression sur la croissance Valider leffet sur différentes espèces Expression du gène TCH2 sous laction dune surpression du système de conduction E. Badel, PIAF-INRA Perspectives

21 21 Merci de votre attention

22 22 On définit le bulk modulus B comme : Poutres : Pa ε 10 % Δ P kPa Relation entre le changement de volume et la surpression mesurée

23 23 Coupes cytologiques : Taille des canaux, porosité, perméabilité Mesure de bulk modulus Mesure de modules dYoung : GPa Expérimentation sur du vivant : Caractérisation des branches darbres


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