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La forme des arbres est modelée par la lumière et le vent

On observe des lois biométriques des arbres étonnamment stables. Jusqu’ici, l’explication communément admise s’appuyait sur l’optimalité de la performance métabolique, notamment du système de conduction de la sève des racines vers les feuilles. Cette explication comportait cependant des faiblesses. Elle postulait l’optimalité sans discuter comment celle-ci se mettait en place pendant l’évolution darwinienne ou pendant la croissance des arbres. Elle ne prenait pas non plus en compte les travaux récents sur les processus de perception-réponse aux signaux lumineux et mécaniques.

Des biomécaniciens et des écophysiologistes des arbres d’AgroParisTech et de l’Inra, et des physiciens des systèmes complexes de l’École centrale de Marseille et du CNRS, ont entrepris de simuler l’évolution et la croissance d’une forêt. Les arbres virtuels naissent et meurent par casse au vent ou manque de lumière. Ils poussent en interceptant la lumière, répartissant les produits de la photosynthèse entre organes, initiant des branches, produisant des graines qui germent. Le modèle inclut deux découvertes récentes : la localisation des nouvelles branches qui bourgeonnent dépend de la lumière reçue, et la croissance en diamètre des branches est pilotée par la perception des déformations au vent. Les paramètres qui décrivent les priorités de la distribution des produits de la photosynthèse, ou la sensibilité à la lumière ou aux déformations mécaniques, varient de génération en génération, par des mutations génétiques aléatoires et subissent la sélection naturelle.

Des milliers d’heures de calcul plus tard, soit près de 200 000 ans de vie, on constate que les forêts et les arbres survivants présentent toutes les lois biométriques empiriques : la loi d’auto-éclaircie, la dimension fractale, les allométries de taille avec le diamètre, et même la loi de Léonard de Vinci (la somme des sections des branches portées par un tronc est égale à la section de ce dernier).

Cette étude démontre que le couple lumière-vent joue un rôle crucial insoupçonné dans la forme des arbres.

En savoir +
Christophe Eloy, Meriem Fournier, André Lacointe, Bruno Moulia (2017). Wind loads and competition for light sculpt trees into self-similar structures. Nature Communications, 8(1).
DOI : 10.1038/s41467-017-00995-6
Consulter le texte intégral en accès ouvert
Pourquoi les arbres ont cette forme ? Zeste de Sciences ZdS#12. Chaîne YouTube du CNRS.
Vidéo ajoutée le 3 avril 2018.

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