image: Young Guiana chestnut (Pachira aquatica) tree. The tree has been titled and staked. As it has grown it has generated forces in its bark to grow upright. When the tree is released from the stake, the energy accumulated is released and causes the tree to bend. view more
Credit: Barbara Ghislain, Ecofog laboratory (CNRS/AgroParisTech/Cirad/Inra/Université de Guyane/Université des Antilles) ..
Quelles forces permettent à un arbre de se tenir droit ? Pour pousser droites, les plantes ont besoin d'un système moteur qui contrôle leur posture en générant des forces pour lutter contre la gravité. Les scientifiques ont longtemps pensé que cette fonction motrice n'était contrôlée que par les forces internes du bois. Des chercheurs du CNRS et du Cirad montrent, dans une étude publiée le 4 août 2018 dans New Phytologist, que lécorce est aussi impliquée dans la génération de contraintes mécaniques chez plusieurs espèces darbres.
La position verticale est instable, pour les arbres comme pour les hommes, des mécanismes sont nécessaires pour contrer leffet de la gravité. Pour assurer leur croissance verticale, les arbres ont besoin à la fois d'un système « squelettique », qui est obtenu par la rigidité et la résistance du tronc, et d'un système « moteur » pour contrôler leur posture en générant des forces compensant l'effet de la gravité. Bien que la fonction squelettique de lécorce ait été démontrée, sa fonction motrice (en tant que « muscle » de larbre) a généralement été ignorée dans les études biomécaniques et écologiques, le bois étant considéré comme le seul tissu de larbre ayant des fonctions mécaniques actives.
Pour comprendre le rôle de lécorce, des chercheurs du laboratoire Ecofog (CNRS/AgroParisTech/Cirad/Inra/Université de Guyane/Université des Antilles) et du laboratoire LMGC (CNRS/Université de Montpellier)[1] ont cultivé des espèces tropicales de façon inclinée. Dans la tige de ces jeunes arbres tuteurés se développent des forces, qui entrainent immédiatement une courbure de la tige quand le tuteur est supprimé. Chez certaines espèces, quand lécorce de la tige est enlevée, cette courbure est annulée ce qui démontre que les forces responsables du redressement sont localisées dans lécorce.
Le mécanisme générant ces forces est lié à la structure particulière de lécorce, où les fibres sont organisées sous forme de treillis[2]. Lors de la croissance en épaisseur de la tige, le développement des couches de bois fait augmenter la circonférence de lécorce. Lorganisation en treillis des fibres dans lécorce est telle que cette contrainte génère des forces orientées le long de la tige. Si la tige est inclinée, la croissance est plus rapide du côté supérieur de la tige, conduisant à une asymétrie des forces générées. Cest cette asymétrie, qui permet à la tige de se courber vers le haut. Chez cinq des neuf espèces darbres étudiées, la génération des forces permettant à larbre de lutter contre la gravité nest donc pas due uniquement à la maturation des parois des cellules du bois, mais à la poussée du bois sur ce treillis de fibres, astucieusement organisé dans lécorce.
La nature a résolu un nombre infini de problèmes d'ingénierie. La nécessité des arbres à pousser verticalement en optimisant lorganisation de leurs tissus est aujourdhui une source potentielle d'inspiration remarquable pour la science des matériaux.
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[1] Ecofog : Ecologie des forêts de Guyane et LMGC : Laboratoire de mécanique et de génie civil.
[2] Un treillis est un assemblage de barres ou de câbles formant un réseau mobile à maille losanges.
Journal
New Phytologist