Approche couplée physiologique et micro-mécanique de la génération des contraintes de maturation dans le bois de tension – StressInTrees

Le projet intègre un large panel d'outils de la biologie, la chimie, la physique et la mécanique, tant en expérimentation qu'en modélisation.
Deux espèces modèles ont été choisi comme caractéristiques des deux stratégies cellulaires de bois de tension. Le peuplier, une espèces à couche gélatineuse (couche G) et le simarouba, une espèce sans couche G. L’approche vise à i) caractériser les changements d'organisation des composés et leur propriétés pendant la maturation, ii) identifier les triggers moléculaires associés à ces changements, iii) construire un modèle micro-biomecanique réaliste de la mise en contrainte du bois pendant la maturation

Sera complété après publication

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1. Clair, B., Alteyrac, J., Gronvold, A., Espejo, J., Chanson, B., Alméras, T. (2013) Patterns of longitudinal and tangential maturation stresses in Eucalyptus nitens plantation trees. Annals of Forest Science, September 2013, Open Access DOI 10.1007/s13595-013-0318-4
2. Chang, SS., Salmén, L., Olsson, A-M., Clair, B (2014) Deposition and organisation of cell wall polymers during maturation of poplar tension wood by FTIR microspectroscopy. Planta. 239(1), 243-254. doi:10.1007/s00425-013-1980-3

Un élément clé du design biomécanique des arbres est leur capacité à générer des contraintes mécaniques importantes dans le bois à la périphérie de la tige. Cette fonction est nécessaire pour l'arbre afin de contrôler l'orientation de ses axes, et donc de croître en hauteur, de maintenir ses branches à un angle optimal ou de réaliser des réorientations adaptatives. Cette « contrainte de maturation » apparaît dans les fibres du bois à la fin de la formation de leur paroi secondaire, mais le processus biophysique sous-jacent est encore inconnu. Comprendre le mécanisme de génération des contraintes de maturation est une question d'une importance primordiale à la fois pour comprendre la physiologie des arbres, mais aussi pour des aspects technologiques en matière de transformation du bois et aussi pour de potentielles retombées en biomimétique pour la conception de nouveaux matériaux. Cette recherche intégrant des connaissances à la fois en biologie végétale, en chimie, en physique et en mécanique, le projet sera porté par trois partenaires complémentaires, avec une excellente expertise en biomécanique de l'arbre, micromécanique, diversité des bois, physiologie de l'arbre et biologie moléculaire. Ce partenariat sera complété par un vaste réseau de laboratoires français et internationaux couvrant l’ensemble des compétences nécessaires pour le projet. Deux espèces modèles ont été choisies, le peuplier représentera les espèces développant dans leur bois de tension une couche gélatineuse (couche G) non lignifiée comme la plupart des espèces tempérés et le simarouba représentera les espèces sans couche G comme les deux tiers des espèces tropicales. Alors que la plupart des recherches sur le sujet se sont concentrée sur les espèces à couche G, notre projet est pionnier dans l’étude des mécanismes dans une espèce sans couche G. La stratégie repose sur i) la caractérisation de l'organisation structurelle et du comportement mécanique des constituants de la matière ligneuse et de son évolution au cours de la maturation des cellules -du cambium au bois mature- et ii) l'identification des déclencheurs moléculaires associés permettant cette évolution. Les observations réalisées à différentes échelles (constituants macromoléculaires, paroi cellulaire, macroscopiques), nourrissent un modèle micro-biomécanique qui sera développé pour tester la cohérence entre les mécanismes hypothétiques et les observations faites à chaque échelle. Le projet est organisé en 5 tâches (Déclencheurs moléculaires, organisation et comportement de la cellulose et de la matrice, comportement de la paroi cellulaire, modélisation micro-mécanique et tests d'hypothèses) conçues pour résoudre cette vieille question qui reste encore énigmatique.