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Actualités scientifiques


29 mai 2018


Un modèle mathématique pour la pousse des arbres



Si la silhouette d’un arbre permet souvent d’identifier son espèce, comment se forme-t-elle ? Des chercheurs de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre et du laboratoire de Physique et physiologie intégratives de l’arbre en environnement fluctuant proposent un modèle mathématique où le feuillage est considéré comme un front de croissance. En quantifiant l’impact de la gravité et de la lumière, ils prédisent la forme du houppier de l’arbre. Ces travaux sont publiés dans le Journal of the Royal Society Interface.


Les cyprès, les cèdres ou les tilleuls se reconnaissent à leurs formes familières et caractéristiques. Le houppier, c’est-à-dire l’ensemble des branches hors le tronc, façonne tout particulièrement leur silhouette. Comme le feuillage d’un arbre se développe principalement en périphérie, où la lumière est la plus forte et la photosynthèse maximale, des chercheurs de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, CNRS/Centrale Marseille/Aix Marseille Université) et du laboratoire de Physique et physiologie intégratives de l’arbre en environnement fluctuant (PIAF, Université Clermont Auvergne/INRA) ont modélisé cette croissance comme la dynamique d’un front, sans prendre en compte la structure sous-jacente. Une méthode semblable à l’étude de l’étalement d’une goutte d’eau ou de la croissance d’un cristal.

Ces travaux montrent que la forme des arbres est pilotée par deux tropismes : la tendance plus ou moins forte pour chaque espèce à pousser, d'une part, vers la lumière et, d'autre part, à l'opposé de la gravité. Ces tropismes ont déjà été étudiés à l’échelle d’une pousse, mais c’est la première fois que des chercheurs questionnent leur effet combiné sur la forme d’un arbre entier. Ce modèle mathématique inédit prend en compte la quantité et la direction moyenne de la lumière reçue, ainsi que la gravité.

En faisant varier la sensibilité à ces variables environnementales, les chercheurs obtiennent de nombreuses formes. Elles correspondent bien à celles d’essences connues, ce qui confirme la pertinence de cette mise en équation. Afin de mieux encore comprendre le phénomène de la pousse, les chercheurs envisagent à présent d’intégrer l’effet du vent sur la forme des arbres.


Pour en savoir plus :

Voir l'épisode Zeste de Science
D’où vient la forme des arbres ? (avril 2018)


© LAAS
© IRPHE
Comparaison entre un chêne et une forme prédite par l’équation proposée par l’équipe de recherche.


Références :

Tree crowns grow into self-similar shapes controlled by gravity and light sensing
L. Duchemin, C. Eloy, E. Badel, B. Moulia
Journal of the Royal Society Interface (mai 2018)
DOI: 10.1098/rsif.2017.0976


Contact chercheur :
Laurent Duchemin - IRPHE


Contact communication INSIS :
insis.communication@cnrs.fr



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