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Mise en place de l’échantillon dans la cabine de rayonnement. Ici, un petit arbre en pot.. © Inra, Hervé Cochard

Une manip en images : suivi en direct de l’embolie gazeuse chez les arbres

Nous avons reconstitué en images une expérience réalisée sur des arbres au synchrotron Soleil. Cette expérimentation a  permis de suivre en direct la propagation de bulles d’air pour mieux comprendre les mécanismes de l’embolie gazeuse consécutive à une sécheresse sévère.

Par Pascale Mollier
Mis à jour le 04/01/2016
Publié le 29/12/2015

Imagerie 3D par microtomographie à rayons X (synchrotron ESRF) de l'anatomie du bois de chêne (résolution 0.7 µm).. © Inra, BADEL Eric
© Inra, BADEL Eric

L’objectif de la manip

Les canaux conducteurs du bois sont normalement remplis d’eau, ce qui permet son ascension des racines vers les feuilles situées à la cime des arbres. Mais, dans un arbre soumis à un stress hydrique, ces canaux peuvent se remplir d'air, ce qui bloque cette circulation ascendante. Comment se propagent ces bulles d’air dans le réseau hydraulique du tronc ? Les parois des cellules du bois possèdent des ouvertures microscopiques qui créent une voie de communication entre les cellules. Ces ouvertures, appelées ponctuations, sont de deux types : celles qui se trouvent entre les canaux conducteurs d’eau, et celles qui se trouvent entre les canaux conducteurs et les cellules radiales des rayons ligneux. Les bulles utilisent-elles un trajet préférentiel dans le bois, voire un type de ponctuation particulier ?

Le synchrotron, un outil d’observation puissant

Pour répondre à cette question, il faut être capable de visualiser en direct la propagation de la bulle, à l’échelle de la cellule. Ceci est depuis peu devenu possible grâce à la méthode d’observation par microtomographie à rayons X, disponible entre autre sur les synchrotrons. Basée sur l’absorption différentielle des rayons X par la matière, la méthode offre la possibilité d’observer de façon non-destructive l’intérieur des échantillons en 3D. Les synchrotrons offrent à la fois une résolution élevée (de l’ordre du micron) et la rapidité d’acquisition nécessaire. On peut donc observer ce qui se passe au cœur de la tige d’un arbre vivant et les images 3D reconstituées permettent de visualiser les cellules embolisées dans tous les plans de coupe virtuels souhaités.

Un résultat original…à confirmer

Les chercheurs observent une propagation d’embolie selon des directions radiales (de la moelle vers l’écorce) et s’interrogent sur les mécanismes physiques et structures anatomiques en jeu qui permettent une expansion aussi orientée des zones d’embolie. La découverte du mécanisme et de ses acteurs constituerait un saut important dans la compréhension de l’embolie gazeuse et, par extension, dans la possibilité de comprendre la grande variabilité interspécifique des arbres face aux stress hydriques.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Département(s) associé(s) :
Environnement et agronomie, Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques
Centre(s) associé(s) :
Auvergne - Rhône-Alpes

L’embolie gazeuse

Le phénomène de l’embolie gazeuse est relativement bien connu chez les arbres : il est lié au fonctionnement très particulier de leur système hydraulique : l’eau circule dans les canaux du xylème, depuis les racines vers les feuilles, et ce transport ascendant est entretenu, contre la gravité, par la transpiration au niveau des feuilles, qui crée une aspiration de l’eau. La colonne d’eau dans les conduits hydrauliques, ainsi « tirée » depuis le haut, est ainsi comparable à une corde en tension. En cas de de sécheresse grave ou prolongée, la tension augmente et de l’air peut pénétrer dans le réseau hydraulique dont les canaux se vident rapidement de leur eau. C’est la rupture de la colonne d’eau ; comme si la corde cassait ! Cette bulle d’air peut ensuite se propager à d’autres canaux voisins par des ouvertures microscopiques situées dans leur paroi cellulaire : les ponctuations. Ce phénomène peut être grave, car la rupture d’une colonne d’eau signifie qu’elle n’est plus en mesure de conduire la sève brute vers les feuilles. Un trop grand nombre de canaux embolisés peut donc conduire à la mort de l’arbre.