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Sep 27, 2023

Sur les sentiers : extraire des informations du bois

Cette photo montre une coupe transversale d'un tronc d'arbre, montrant l'asymétrie

Cette photo montre une coupe transversale d'un tronc d'arbre, montrant la croissance asymétrique induite lorsque l'arbre s'est penché. (Mary F. Willson / Pour l'Empire Juneau)

Le bois en tant qu'entité biologique et non en tant que marchandise à vendre ou en tant que nuisance à éliminer.

Par Mary F. Willson

Pour l'Empire Juneau

Après quelques vents violents, il y avait beaucoup d'arbres abattus sur les sentiers. Les équipes de piste ont rapidement dégagé les voies, laissant les extrémités coupées des troncs d'arbres où nous pouvions compter les cernes de croissance, si nous choisissions de le faire. Voir ces anneaux exposés, en plus de penser aux troncs tordus de certains pins, m'a fait contempler un peu le bois - le bois comme une entité biologique, et non comme une marchandise à vendre ou une nuisance à éliminer.

Les cernes de croissance sont les coupes transversales de tissu de xylème (comme l'appellent les botanistes, du mot grec désignant le bois), constituant ce que nous appelons le bois. Dans les zones tempérées, les cernes sont produits chaque année par des arbres vivants. Sous l'écorce se trouve un tissu spécial appelé cambium, qui dépose des cellules de xylème vers le centre de l'arbre et d'autres tissus, appelés phloème, du côté de l'écorce. Le phloème transporte les glucides synthétisés par les feuilles vers d'autres parties de l'arbre ; des cellules de rayons spéciales orientées horizontalement amènent ces glucides du phloème au xylème. Les tissus du xylème assurent le transport de l'eau et des minéraux des racines aux feuilles, le soutien et le stockage de l'eau. On pense qu'il y a une limite (fixée par la gravité et d'autres facteurs) à la hauteur à laquelle un arbre peut soulever une colonne d'eau (entre 400 et 426 pieds), et certains séquoias se rapprochent.

En général, des anneaux de croissance larges indiquent de bonnes années de croissance et des anneaux étroits indiquent de mauvaises années. Le premier bois déposé au printemps a des cellules plus grandes et à parois plus minces, il est donc moins dense et de couleur claire, tandis que du bois plus foncé et plus dense est ajouté plus tard dans la saison. Ce contraste de couleur est ce qui rend relativement facile le comptage des anneaux. Parfois, les anneaux ne sont pas symétriques - plus larges d'un côté de l'arbre que de l'autre. Un arbre qui penche (par exemple, s'il est exposé à une forte pression régulière du vent ou s'il est tombé s'y appuie) peut développer plus de bois du côté opposé à la pression, aidant à faire pousser l'arbre droit.

Chaque couche de xylème contient une variété de types de cellules, y compris des cellules de stockage d'amidon et autres. Mais ici, je veux me concentrer sur les cellules qui composent le système hydraulique de conduite d'eau. Le passage de l'eau dans cette canalisation est contrôlé en partie par la quantité d'eau absorbée par les racines, en partie par les conditions le long de la canalisation et principalement par l'évaporation des feuilles à l'extrémité supérieure (appelée transpiration par les botanistes). Les molécules d'eau sont polaires (avec un côté positif et un côté négatif), elles ont donc tendance à s'agglutiner, et toute la colonne d'eau est tirée vers le haut lorsque ces molécules se déplacent des feuilles vers l'air. Le pipeline est très étroit et l'action capillaire avec les côtés du tuyau rend le mouvement de l'eau relativement facile. Les feuilles ont des ouvertures appelées stomates qui peuvent s'ouvrir pour maintenir l'eau en mouvement ou se fermer pour conserver l'eau. Ce système peut rencontrer des problèmes si l'arbre est soumis à des cycles de gel-dégel lorsque le liquide gelé expulse des bulles d'air qui ont tendance à briser la colonne d'eau et à arrêter l'écoulement (une embolie, comme cela se forme parfois dans les vaisseaux sanguins des animaux). Le problème peut être exacerbé si l'approvisionnement en eau est faible, comme lors d'une sécheresse.

Au fur et à mesure qu'un arbre grandit et vieillit, le xylème plus âgé cesse de conduire l'eau et devient plus foncé; il conserve ses fonctions de support et de stockage (nous l'appelons « duramen »). Le bois plus jeune (« aubier ») a la fonction de conducteur d'eau mais est également un support structurel important.

Bien que la densité du bois puisse être principalement contrôlée génétiquement, les conditions de croissance (ombre, fertilité et humidité du sol, etc.) peuvent également influencer les caractéristiques du système hydraulique, y compris la quantité de surface foliaire et de stomates qui libèrent de l'eau et les cellules conductrices d'eau elles-mêmes. La plupart des populations d'arbres présentent des variations génétiques et environnementales considérables.

Les conduites d'eau des conifères et des plantes à fleurs (appelées angiospermes - les espèces ligneuses comprennent les érables, les aulnes, les chênes, etc.) sont différentes. Les pipelines de conifères sont composés de «trachéides», des cellules en forme de fuseau, effilées aux deux extrémités, avec de nombreuses fosses le long des côtés. Les trachéides adjacentes sont décalées les unes des autres mais leurs fosses sont appariées, de sorte que l'eau peut zigzaguer de l'une à l'autre. Dans un grand arbre, l'eau peut traverser plusieurs milliers de trachéides et de fosses assorties en remontant vers les feuilles. Ces fosses ont une valve complexe et spécialisée qui contrôle le flux d'une cellule à l'autre, contribuant à la capacité d'une trachéide à se remettre d'une embolie et réduisant le risque qu'une embolie passe d'une trachéide à une autre. Les systèmes de transport de l'eau des conifères sont relativement étroits et résistants aux cycles de gel-dégel. La majeure partie du support structurel du xylème des conifères provient des trachéides. Ces cellules meurent en vieillissant mais peuvent conserver leur fonction conductrice pendant des années.

Les angiospermes ligneux ont également des trachéides, mais les fibres structurelles constituent l'essentiel du support et (chez la plupart des espèces) leur principale conduite d'eau est constituée de cellules appelées «vaisseaux». Plus cylindriques et plus larges que les trachéides, ces cellules ont des ouvertures importantes à chaque extrémité, gardées par des dispositifs de contrôle en forme de valve. Ils s'alignent les uns au-dessus des autres et l'eau peut remonter directement dans le tuyau. On pense que cette disposition donne à ces plantes une plus grande capacité de mouvement de l'eau, mais elles semblent être plus vulnérables aux cycles de gel-dégel que les conifères. Dans une étude, des comparaisons de nombreuses espèces d'angiospermes ont révélé que celles qui avaient une plus grande efficacité de transport avaient moins de résistance à l'embolie, et ces différences étaient associées à la disponibilité de l'eau dans les habitats de l'espèce. Des études plus comparatives découvriront sûrement plus de variations liées aux circonstances environnementales.

Les détails de ces systèmes hydrauliques et leur fonctionnement sont du domaine des ingénieurs hydrauliques !

• Mary F. Willson est professeur d'écologie à la retraite. "On the Trails" apparaît tous les mercredis dans l'Empire Juneau.

Cette image montre une comparaison schématique des cellules conductrices d'eau des plantes à fleurs (à gauche) et des conifères (à droite). (Image de courtoisie / KM Hocker)