Synthèse écologique M1 - UE Biophysique des tissus végétaux 2019 Meriem Fournier

Les fonctions du bois dans l’organisme arbre « Squelette » Fonctions biophysiques Soutien de la structure « Muscle » Système vasculaire Contrôle de la posture Tropismes Transport de la sève brute Défenses contre les xylophages Réserves d’amidon Nutrition Système immunitaire

La question (interdisciplinaire) entre physique et écologie En quoi les propriétés biophysiques du bois caractérisent-elle les préférences écologiques des arbres ? (les arbres qui poussent dans des climats secs ont-ils des bois moins conducteurs, plus efficients mécaniquement ?) Ou Les préférences écologiques conduisent-elles à des relations (+ ou -) entre propriétés structurales et biophysiques? (les arbres qui sont des bons compétiteurs ont-ils à la fois du bois conducteur et mécaniquement rigide et résistant )

Grâce à l’analyse physique et mécanique on dispose d’indicateurs de performance ou sécurité de chaque fonction Sécurité hydraulique : Est ce que la tige est capable de supporter une forte tension d’eau sans grosse embolie ? Performance hydraulique : Est ce que la tige est capable de transporter une grosse quantité d’eau ? Sécurité mécanique ou résistance : la tige est-elle loin de la situation limite où i) elle casse sous l’effet du vent ou ii) elle n’est plus autoportante car elle plie très fortement (« flambement ou flambage/buckling ») sous son propre poids? Performance mécanique ou rigidité : est ce que la tige sera fortement courbée par les efforts « normaux » supportés ? Performance du mouvement : Est ce que la tige sera capable de maintenir/restaurer sa posture et son orientation perturbée par les efforts normaux ? W G x M+ dM M W G W G

Le travail a été fait pour toutes ces propriétés d’établir des formules de changement d’échelle tissu, tronc, arbre entier Maintien de la rigidité sous le poids propre Réponse gravitropique de la base Facteur de risque de flambage (verse): Résistance au vent (vitesse du vent critique de volis) Vmax² = sC (pD3/16) / (rair Cd G SV fP fs fE H ) Suffisance hydraulique : Résistance à la cavitation : = y50 / ymin Propriétés tissu Charge/environnement arbre entier Paramètres de forme Dimensions du tronc

Le travail a été fait pour toutes ces propriétés d’établir des formules de changement d’échelle tissu, tronc, arbre entier Conductivité spécifique Surface d’aubier conducteur Suffisance hydraulique : Surface foliaire à alimenter Propriétés matérielles Charge/environnement arbre entier Paramètres de forme Dimensions du tronc

Ça permet d’étudier les compensations et les interactions

Exemple sur le pin radiata New Zealand (Waghorn et al 2007) Une observation empirique : la largeur de cerne diminue et donc la densité du bois et le module d’élasticité du bois augmentent quand la densité de plantation augmente Ces variations sont elles une adaptation mécanique au milieu: Idée : quand la densité de plantation augmente, l’élancement des arbres augmente et donc le risque de non autoportance augmente. Est-ce que l’augmentation du module d’élasticité compense ? Risqué Avec du bois plus rigide? Même bois

Exemple sur le pin radiata Ces variations sont elles une adaptation mécanique au milieu: Idée : quand la densité de plantation augmente, l’élancement des arbres augmente et donc le risque de non autoportance augmente. Est-ce que l’augmentation du module d’élasticité compense ? Risqué Avec du bois plus rigide? Même bois 2013

Est-ce que la rigidité plus grande compense ? Risque de non autoportance Rf Elancement H/D La réponse est NON Inverse 1/Rf

Messages finaux Choisir des « traits » de l’arbre ou du bois … pour définir des stratégies écologiques et des services écosystémiques reste une question ouverte en général et en biophysique en particulier.  La physique fournit un cadre pour définir les traits hydrauliques et biomécaniques avec les changements d’échelle parois -> tissu cellulaire -> organe -> organisme … Attention aux raisonnements trop rapides : « le bois mature est plus rigide donc l’arbre va mieux se tenir », il faut analyser rigoureusement l’effet des combinaisons de propriétés Les arbres sont des organismes qui changent beaucoup de dimensions au cours de leur croissance. Tous les traits fonctionnels au niveau de l’organisme ont une composante dimensionnelle (varient avec la dimension à qualité et forme égales). Est-ce que les changements de forme ou de qualité de tissus permettent de compenser (ou pas) les effets de la croissance en dimensions ?