Marion Devaux a réalisé sa thèse, soutenue en avril 2010, sous la direction de Denis Loustau avec un co-encadrement de Jérôme Ogée, au sein de l’unité Écologie fonctionnelle et physique de l'environnement (Ephyse) de l’Inra Bordeaux-Aquitaine. Ses travaux ont porté sur la mesure et la modélisation du flux de carbone au sein d’un arbre depuis la photosynthèse jusqu’à la respiration du tronc et le dépôt du carbone dans la cellulose des cernes annuels. Elle a suivi la composition isotopique du carbone (proportion en carbone 12 et en carbone 13) dans le temps : au niveau des sucres issus de la photosynthèse, de la cellulose des vaisseaux du bois, et du carbone rejeté lors de la respiration des arbres. Cette composition est sensible aux facteurs de l’environnement et renseigne notamment sur les stress subis par la plante.
Une première technologique mondiale avec la mesure de la composition isotopique du CO2 en ligne
Les chercheurs de l’unité Ephyse et Marion Devaux, avec leurs collègues de l'université d'Edimbourg, ont déployé, dans une plantation de pins maritimes au sein des Landes de Gascogne, un nouveau spectromètre à diode laser permettant de mesurer en continu et sur toute une saison de croissance la signature isotopique de la photosynthèse des branches et de la respiration du tronc et du sol.
Suivre le transfert du carbone au sein du système feuille- tronc- racine – sol
Les travaux de thèse de Marion Devaux ont contribué à la compréhension du cycle du carbone en reliant des processus rapides, instantanés au niveau des échanges gazeux foliaires, à des processus plus lents comme la croissance secondaire du tronc de l’arbre et l’archivage du signal isotopique du carbone dans les fractions fines des cernes. Ses recherches, développées dans le cadre du projet Carbo-Europe, ont été prolongées par le projet ANR CATS (1) ayant permis le marquage et le traçage au carbone 13 pur du carbone photosynthétique à différentes saisons et sur trois espèces d’arbre.
"Tracer" le devenir des molécules de carbone
Au cours de ces recherches, l’unité Ephyse, en collaboration avec des chercheurs de l’université d’Edimbourg, ont mis en évidence un principe permettant de "tracer" le devenir des molécules de carbone depuis la photosynthèse jusqu’à la respiration du tronc, des racines ou du sol. En comparant des arbres échantillonnés sur trois types de stations plus ou moins humides des Landes de Gascogne, Marion Devaux a pu montrer comment la composition en carbone 12 et carbone 13, enregistrée au cours de la vie de l’arbre dans la cellulose formant les vaisseaux des cernes de bois, peut être utilisée pour reconstituer son environnement physique et atmosphérique. Ces recherches sont développées dans le cadre du projet ANR MIST (2).
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La composition isotopique du carbone : un marqueur des flux de carbone dans l’environnement
Le carbone possède deux isotopes stables, c’est-à-dire des formes atomiques différentes : le carbone 12 (12C), la forme légère et la plus abondante, et le carbone 13 (13C), plus lourd. Dans l'atmosphère, les molécules de 13CO2 représentent environ 1,1 % du CO2 total. Ce rapport est modifié notamment au cours de la photosynthèse, de la respiration et d’autres étapes du métabolisme. L’isotope le plus léger, le 12C est assimilé préférentiellement au cours de la photosynthèse. De surcroît, cette préférence de la photosynthèse pour le 12C varie en fonction de l’état de la plante et diminue en conditions de stress (sécheresse). Ces modifications peuvent être détectées dans la matière organique (plus pauvre en 13C que l’atmosphère) et dans l'air, l’eau et le sol. La composition isotopique des constituants organiques apporte donc de précieuses informations sur les mécanismes qui contrôlent les flux de carbone dans l'environnement. Les processus biogéochimiques impliqués dans les échanges de CO2 entre l'atmosphère, la biosphère continentale et les océans possèdent aussi des signatures (c’est-à-dire des compositions) isotopiques spécifiques, et en conséquence si leur contribution au cycle du carbone évolue, les valeurs de 13C des différents réservoirs de carbone évolueront également. Ces informations sont utilisées notamment pour interpréter les profils de concentration isotopique de la cellulose des cernes annuels des arbres ou, en modélisation inverse, pour évaluer les puits et sources de CO2.
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> En savoir plus
Contact scientifique :
Denis Loustau, unité Écologie fonctionnelle et physique de l'environnement (Ephyse), Inra Bordeaux-Aquitaine, département Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques, denis.loustau@bordeaux.inra.fr
(1) ANR CATS (2007-2010) : “Integrated monitoring of carbon allocation in tree and soil”, coordonné par Daniel Epron, université de Nancy, en collaboration avec l’Inra Nancy et le CNRS Orsay.
(2) ANR MIST (2008-2012) : "Modelling Istopic Signals in Trees", coordonné par Jérôme Ogée, unité Ephyse Inra Bordeaux-Aquitaine, en collaboration avec le CNRS et le CEA.
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