Compréhension des signaux électriques et électro-chimiques dans les arbres : contributions à la dynamique des transferts du carbone et de l’eau dans la zone critique

Compréhension des signaux électriques et électro-chimiques dans les arbres : contributions à la dynamique des transferts du carbone et de l’eau dans la zone critique

Direction : Alexis Maineult, Pierpaolo Zuddas, Jean-Baptiste Boulé

Le but principal de cette thèse est de comprendre la relation entre les signaux électriques mesurables sur les végétaux supérieurs et les variations de l’environnement, incluant les saisons.

Les signaux électriques mesurables dans les arbres sont attribués à de possibles phénomènes électrocinétiques, générés par le flux de sève dans le xylème. Ces signaux dépendraient aussi de la variation de la vitesse de déplacement de la sève et de la variation de sa composition chimique au cours du temps (e.g., Fensom 1963).
Des travaux plus récents (Gibert et al. 2006) ont montré que, sur des peupliers situé à Remungol (Morbihan) et à la Bétuaudais (Ille-et-Vilaine), les signaux électriques spontanés naturels mesurés dans l’aubier variaient effectivement en fonction du flux de sève mais aussi d’autres paramètres, de nature probablement météorologique, voire astronomique (Barlow et Fisahn, 2012). Il apparait cependant que ces signaux électriques ne sont pas directement proportionnels au flux de sève, ce qui suggère que d’autres effets, en plus de l’effet électrocinétique, doivent intervenir, qui restent à déterminer (Gibert et al. 2006).
D’autre part, grâce à la durée exceptionnellement longue des enregistrements et à leur échantillonnage dense (un point par minute), il a été possible de mettre en évidence des influences saisonnières sur les signaux électriques, par des analyses utilisant la décomposition en spectre singulier (« SSA », Ghil et al. 2002). Cette méthode consiste à décomposer un signal temporel en une somme de composantes oscillantes de périodes déterminables, et provient des outils développés par la géophysique.

En s’appuyant sur ces expériences princeps, ce travail propose d’améliorer la compréhension sur le long terme de la réponse électrique des arbres associée au flux de sève, ce qui permettrait de mieux comprendre les processus de transfert entre le sol et l’atmosphère. Ce dispositif sur le long terme permettra l’étude de la réponse adaptative des arbres aux évolutions du climat sur une enveloppe pluriannuelle, et en saisir la trajectoire adaptative, si elle existe. Ces études ouvrent donc à plus longue échéance l’étude de l’adaptation physiologique des communautés arboricoles aux changements climatiques.

Les objectifs de cette thèse sont :
1) l’évaluation de la relation possible entre les variations du potentiel électrique spontané et les facteurs météorologiques et environnementaux journaliers et saisonniers (luminosité, température, humidité, gravité) enregistrés sur les peupliers et sur les sites de Remungol et de la Bétuaudais. On vise à établir dans ce cas particulier, à partir de données préliminaires, d’une mesure de l’importance respective des différents paramètres contrôlant le flux de sève, sur approximativement une année.
2) l’élaboration d’un modèle mécanistique expliquant les variations électriques observées en fonction du flux de sève et des facteurs chimiques (par exemple des phénomènes d’oxydoréduction en jeu lors de la photosynthèse), qui doivent intuitivement dépendre des facteurs météorologiques saisonniers et environnementaux, potentiellement à une échelle temporelle supérieure.
3) La mise en place et le maintien d’appareils de mesures sur d’autres essences afin d’évaluer la généralité des réponses déjà observées sur les peupliers , sur le site du Jardin des Plantes (Muséum National d’Histoire Naturelle).

REFERENCES :

P.W. Barlow, J. Fisahn, 2012. Lunisolar tidal force and the growth of plant roots, and some other of its effects on plant movements, Ann. Bot., 110, 301-318
D.S. Fensom, 1963. The bioelectric potentials of plants and their functional significance: V. Some daily and seasonal changes in the electrical potential and resistance of living trees, Can. J. Bot. 41, 831–851
M. Ghil et al., 2002. Advanced spectral methods for climatic time series, Rev. Geophys., 40, 1–41
D. Gibert et al., 2006. Sap flow and daily electric potential variations in a tree trunk, Plant Sci.,171, 572–584