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La sécurité mécanique des arbres est un acteur majeur de la formation du bois

Publié le 16/05/2019

Un ensemble de mécanismes physiques et biologiques mis en jeu

L’acclimatation des arbres aux perturbations mécaniques engendrées par le vent est un processus quotidien qui permet d’assurer leur stabilité à long terme. Les processus physiques et biologiques mis en jeu, de la mécanoperception cellulaire à la réponse physiologique, en passant par la signalisation, sont nombreux, complexes et encore mal connus. Au PIAF, deux thèses ont été menées conjointement sur le peuplier afin d’étudier l’acclimatation de la formation du bois sous l’effet de perturbations mécaniques de type flexions mimant l’effet du vent. Ces travaux d’envergure ont mis en évidence comment l’arbre, même en situation de stress hydrique fort, augmente considérablement sa production de bois, modifie ses propriétés mécaniques et alloue cette biomasse efficacement au sein de son tronc ; lui conférant ainsi une résistance accrue. L’identification des mécanismes physiques et moléculaires en jeu vise à aider à la sélection de génotypes pertinents dans le cadre des changements climatiques en cours.

Morphogénèse de l’arbre au vent.. © Inra, Eric Badel
Morphogénèse de l’arbre au vent. © Inra, Eric Badel

  • Contexte et enjeux

Les arbres sont particulièrement sensibles au vent et acclimatent en permanence leurs structures externe et interne pour assurer leur stabilité sur le long terme. Or, comme d’autres paramètres environnementaux, les régimes venteux vont être fortement perturbés dans les années à venir. A l’occasion de deux thèses menées en parallèle, dont l’une financée par le département EFPA, l’équipe MECA du PIAF a mené des recherches sur l’acclimatation de la formation du bois à des sollicitations mécaniques répétées et contrôlées (flexions) de tiges de peuplier mimant l’effet du vent. Les conséquences sur les propriétés du bois, et les acteurs moléculaires impliqués dans ce processus ont été au cœur de ces travaux.

  • Résultats

Les travaux ont mis en évidence un phénomène d’acclimatation de la formation du bois qui conduit à la construction par l’arbre de bois aux caractéristiques anatomiques particulières pour lesquelles nous avons proposé les dénominations de «Compressive Flexure Wood » et « Tensile Flexure Wood ». Des acteurs moléculaires à l’origine de cette modulation de la différentiation cellulaire ont été proposés. Une analyse expérimentale complète des propriétés hydrauliques et mécaniques a permis de montrer comment l’arbre modifie aussi les propriétés de son bois pour répondre aux contraintes mécaniques auxquelles il a été confronté. Enfin, il a été montré que l’arbre, percevant l’orientation des sollicitations mécaniques, est capable de répondre en augmentant considérablement la quantité de bois produit et d’allouer efficacement cette biomasse supplémentaire au sein de son tronc permettant ainsi un bénéfice adaptatif - et ce même lors de stress hydriques importants - démontrant ainsi le caractère primordial de la sécurité mécanique de l’individu.

  • Perspectives

L’ensemble de ces résultats démontre à quel point la perception des déformations mécaniques joue un rôle primordial dans le processus de formation du bois, tant en quantité qu’en qualité. L’ensemble des mécanismes physiques et biologiques mis en jeu, de la mécanoperception cellulaire à la réponse physiologique, en passant par la question de la signalisation, reste à élucider. Ce travail se place dans le contexte des changements climatiques où les régimes venteux vont être perturbés (tempêtes plus fréquentes) et vise à identifier les paramètres clefs permettant une sélection pertinente des essences adaptées à ces nouvelles conditions.

  • Valorisation

- Niez B., Dlouha J., Moulia B., Badel E. 2018 Water-stressed or not, the mechanical acclimation is a priority requirement for trees. Trees. doi: 10.1007/s00468-018-1776-y

- Roignant J., Badel E., Ruelle J., Leblanc-Fournier N., Brunel-Michac N., Moulia B., Decourteix M. 2017. Feeling Strained, stretched or compressed? The multiple mechanosensitive responses of wood formation to bending. Annals of Botany. 121(6), 1151-1161. doi : 10.1093/aob/mcx211

- Thèse de Jeanne Roignant soutenue le 21 Juin 2018 à l’Université Clermont Auvergne « Biologie du développement du bois en réponse à des sollicitations mécaniques environnementales »

- Thèse de Benjamin Niez, soutenue le 17 Décembre 2018 à l’Université Clermont Auvergne « Acclimatation de l’arbre aux flexions répétées et conséquences sur le comportement mécanique et les propriétés hydrauliques du bois vert »

  • Contact

Eric Badel (eric.badel@inra.fr), UMR PIAF, Départements EFPA et EA, Centre Clermont ARA