Couplage poroélastique dans des tissus végétaux artificiels et réels – ARTIS

Les plantes perçoivent les stimuli mécaniques et adaptent leur développement aux perturbations mécaniques telles que le vent, la pluie ou encore, des obstacles. Il s’agit une question cruciale en cette période de changements climatiques rapides. Ce projet vise à étudier le rôle de la mécanique des fluides et du solide dans cette réponse complexe des plantes à des contraintes mécaniques. Quand la tige d’une plante ou d’une branche est courbée, un arrêt temporaire de la croissance est généralement observé, non seulement localement mais aussi éloignée de la zone stimulée. Ceci suggère la transmission à distance d'une information au sein des plantes. La nature et le mécanisme de ce signal ne sont pas connus mais il a été récemment suggéré qu’il pourrait résulter d'un mécanisme purement hydraulique: un pic de pression transmis à travers les tissus de la plante qui peuvent être de ce point de vue considérés comme un milieu souple, poreux, imprégné par un fluide.

L'objectif du projet est d'étudier le couplage entre la mécanique et l'hydraulique dans des tissus végétaux artificiels et naturels ainsi que le rôle de ce couplage dans la mécano-perception et la signalisation à distance dans les plantes. Notre approche est de concevoir un dispositif micro-fluidique original à trois dimensions constitué d’une poutre faite d’un élastomère transparent (PDMS), perforée avec des micro-canaux longitudinaux et remplie d'un liquide visqueux. La réponse poroélastique de cette branche biomimétique à une flexion soudaine sera étudiée afin de révéler les principaux ingrédients physiques et les mécanismes à l'œuvre. Notre attente est que ce système physique, quoique plus simple qu’un tissu végétal, contienne les ingrédients clés nécessaires à reproduire la phénoménologie observée chez les plantes. Pour cela, nous comparerons systématiquement la réponse poroélastique du système physique à des expériences effectuées sur des branches et des tiges naturelles, et nous ajouterons de la complexité dans le système physique étape par étape. Notre but ultime est de concevoir un matériau poroélastique complexe capable de mimer des processus physiques importants chez les plantes et d'explorer de nouveaux couplages ayant des applications potentielles en micro-fluidique (couplage entre déformation cavitation et déformation mécanique, mouvements actifs induits par des effets osmotique).

Un aspect notable de notre projet repose sur l'approche interdisciplinaire que nous proposons, qui combine à la fois des expériences sur des tissus vivants et artificiels. Cela est possible grâce à la forte complémentarité des membres de l'équipe entre le laboratoire IUSTI (CNRS / Aix-Marseille) et le laboratoire PIAF (INRA / Clermont-Ferrand), en mécanique des fluides, biomécanique et en physiologie végétale. Ce projet sera l'occasion de faire émerger dans le laboratoire du coordinateur (IUSTI) une nouvelle thématique matière molle et biomécanique des plantes regroupant de jeunes chercheurs à l'interface entre ingénierie, physique et biomécanique.