Adaptation physiologique et fonctionnelle des structures et propriétés du bois à l’ouverture du couvert

Responsable scientifique : Meriem Fournier (UMR 1092 Laboratoire d’Etude des Ressources Forêt Bois – LERFOB)
Partenaires Labex : Philippe Gérardin (Laboratoire d’Etudes et de Recherche sur le Matériau Bois – LERMAB), André Granier (Ecologie et Ecophysiologie Forestières – EEF), Laurent Saint-André (Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers – BEF)

Collaborations : Eric Badel (PIAF, INRA UBP Clermont Ferrand), Barry Gardiner (EHYSE, INRA Bordeaux), Joseph Gril, Tancrède Alméras (CNRS LMGC Montpellier), Barbara Lachenbruch (Oregon State University), Franck Telewski (Michigan State University), NFZ Wood Group

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Contexte — WADE analyse la plasticité des propriétés du bois, tissu fonctionnel de l’arbre, en réponse à des perturbations de l’environnement. WADE s’appuie sur une modélisation intégrative des fonctions et fonctionnalités du bois dans l’arbre, de la paroi cellulaire avec sa composition chimique à l’organisme, en passant par les différents types cellulaires et tissus. WADE utilise une vaste gamme de techniques de caractérisation sur les plateformes Xylosciences et PTEF.

Objectifs — WADE cherche à lier un cadre de modélisation mécaniste biophysique avec les approches empiriques de la qualité du bois, pour décrire et prédire comment les changements de micro-climat (lumineux et mécaniques) affectent les propriétés du bois formé pendant la saison de végétation.

Démarche — La tâche 1 construit le cadre général d’analyse, aussi bien le cadre théorique de modélisation que les outils de caractérisation. Les trois tâches suivantes sont centrées sur des trois questions scientifiques : la tâche 2 étudie comment le bois s’adapte aux perturbations mécaniques, la tâche 3 est centrée sur le bois de branches qui présente des fonctionnalités particulières comparé au bois de tronc, la tâche 4 vise à construire une dendro-écologie des perturbations du couvert sur les tiges juvéniles des espèces tolérantes à l’ombre. La valorisation de WADE (tâche 5) s’exprime vers a) l’appui au développement de modèles d’aide à la décision en sylviculture (modules qualité des bois ou régénération), b) une meilleure connaissance des variations de propriétés du bois pour la valorisation industrielle.

Résultats marquants —

L’année 2015 a vu les principaux résultats suivants :

• Tâche 1 : La fin du post-doctorat d’Henri Cuny a permis la publication d’un article dans Nature Plants sur la cinétique de formation du bois en lien avec le stockage de carbone dans l’écosystème forestier (cf principales conclusions).

• Tâche 1 : L’article soumis sur l’interprétation biophysique de corrélations « universelles » entre traits du bois, en collaboration avec T. Alméras a été refusé avec forte incitation à resoumettre. Le message est important (interprétation mécaniste forte, ou au contraire inexistante, de corrélations statistiques entre propriétés du bois de plus en plus observées par les écologues) mais pas facile à transmettre aux biologistes.

• Tâche 1 : Les travaux de Félix Hartmann (thèse CJS soutenue en juin 2015) en modélisation biophysique de la formation du bois montrent que la réaction-diffusion de signaux morphogénétiques chimiques connus peut expliquer les cinétiques de croissance du tronc en volume mais pas la structure du cerne qui va du bois de printemps à grandes cellules à du bois d’été à petites cellules. Cette structure est étonnamment stable lorsque le modèle génère systématiquement des instabilités.

• Tâche 1 : Les travaux conduits en biophysique du bois permettent d’améliorer la discussion et la valorisation de travaux conduits jusqu’en 2014 dans le programme ANR EMERGE. (Article Longuetaud F., Mothe F, Santenoise Ph, Dlouhà J., Fournier M., Deleuze C. “Patterns of within-stem variations in wood specific gravity and water content for four temperate tree species” resoumis à Annals of Forest Science)

• Tâche 3 : Publication des travaux sur la composition chimique des noeuds (thèse Z. Kebbi Benkeder en collaboration LERFoB LERMaB). Premiers résultats sur thèse de J. Song (QTL de la ramification) co-encadrée par F. Colin LERFoB et O. Brendel EEF, en collaboration avec A. Kremer BIOGECO Bordeaux.

• Tâche 4 : Fin d’acquisition des données de la thèse d’Estelle Noyer (« Réponse individuelle des arbres à l’ouverture de la canopée : caractérisation de la croissance et marquage par les propriétés du bois », co-encadrement C. Collet écologie/sylviculture et J. Dlouha biomécanique et physique du bois) avec l’appui de l’ONF (projet « réactivité des perches »). Publication du stage de master 2 de Citra Purba (master FAGE BFD, double diplôme avec l’Université de Bogor, Indonésie). Séjour d’E. Noyer à Oregon State University permettant de compléter les données hydrauliques et de fixer la stratégie de publication.

• Tâche 5. Valorisation dans différents enseignements (cours Ingénieurs AgroParisTech et Master FAGE).

 

Principales conclusions  —

Le principal résultat 2015 porte sur le post doctorat d’Henri Cuny : “les arbres grossissent et prennent du poids mais pas en même temps”. Les méthodologies soigneuses d’étude des cinétiques intra-annuelles de formation du bois mises au point par C . Rathgeber, H. Cuny, M. Harroué, E. Cornu au LERFoB ont permis de montrer que la production de la biomasse ligneuse est retardée d’environ un mois par rapport à l’augmentation de la circonférence des troncs. Ils ont aussi montré que ces deux processus biologiques présentaient des sensibilités différentes aux conditions climatiques. En effet, l’augmentation en circonférence est synchronisée avec le cycle photopériodique (le changement de la durée du jour et de la nuit dans l’année), alors que l’augmentation de la biomasse ligneuse suit quant à elle très précisément les variations saisonnières des températures. Ces nouveaux résultats montrent toute la difficulté qu’il y a à déduire la dynamique intra-annuelle de séquestration du carbone dans le bois à partir des mesures externes d’augmentation de la circonférence des troncs (données issues de dendromètres par exemple). Ils permettent de comprendre pourquoi la productivité primaire des écosystèmes forestiers (c’est à dire la quantité de biomasse produite grâce au carbone issu de la photosynthèse) ne peut être approximée par les changements de dimensions des arbres sur une courte échelle de temps. Comme cela a été constaté par des mesures directes sur quelques sites, ce n’est pas parce que la circonférence des troncs n’augmente plus à l’automne que la forêt ne continue pas à séquestrer du carbone, en augmentant sa masse de bois à volume constant. Ce travail permet de mieux quantifier le bilan saisonnier de carbone, en fournissant une première estimation et des méthodes pour relier les échanges entre la forêt et l’atmosphère avec la séquestration du carbone dans la biomasse ligneuse semaine après semaine.

Perspectives —

Le projet WADE se termine fin 2015 (à part la thèse d’Estelle Noyer qui sera soutenue fin 2016). Construit pour soutenir des visions nouvelles et croisées de la formation et des qualités du bois, il a permis de stimuler ou de mettre en cohérence d’autres projets au sein du LABEX (WOOD-EP-N2, WIND-IN-WOOD, WOOD ForMS, WOODCAP, EVAQB, Wood@nat devenu un MOOC important de l’Université de Lorraine) et de rayonner au delà: Cyrille Rathgeber et Henri Cuny participent à des réseaux et projets internationaux, Jana Dlouhà vient de construire un projet ANR avec Eric Badel (PIAF Clermont Ferrand) avec lequel elle co-encadre une thèse EFPA. De façon plus appliquée, nous envisageons avec Thierry Constant d’activer des travaux de R&D pour l’évaluation non destructive de la qualité des bois sur pied couplant les informations d’une diversité d’outils.