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Sécheresse : comment une équipe de l'Inra mesure la capacité de résistance des arbres

Dans un contexte de changement climatique et de fragilisation des forêts, une équipe internationale de chercheurs pilotée par l'Inra a identifié l'espèce la plus résistante à la sécheresse, un cyprès australien. Ce résultat, qui s'appuie sur des études hydrauliques en laboratoire ouvre de nouvelles pistes pour l'adaptation des arbres au réchauffement de la planète.

Callitris-tuberculata

Le dysfonctionnement hydraulique provoqué par le stress hydrique représente une des causes principales de mortalité des arbres lors de graves sécheresses. Or, les forêts montrent, à travers le monde, des signes croissants de vulnérabilité à de tels événements climatiques.En enquêtant sur des cyprès australiens adaptés aux conditions désertiques, un collectif international mené par des chercheurs de l'Inra a démontré que l'espèce Callitris tuberculata est la plus tolérante du monde à la sécheresse. L'étude, publiée dans le numéro de juin 2015 de la revue Plant Physiology, montre qu'au sein de ces arbres le transport de la sève est possible même à des pressions proches de la limite de l'équilibre instable de l'eau. Leur appareil vasculaire a, sous l'effet de la contrainte hydrique, évolué à un point extrême.

Améliorer la résistance

Ces travaux ont donc permis d'identifier chez les arbres la limite d'adaptation à la sécheresse. Ils montrent que les espèces de nos régions tempérées (chêne, pin, épicéa, hêtre) ont une marge de progression très importante ce qui ouvre de nouvelles pistes quant à l'amélioration de la résistance à la sécheresse. La compréhension du déterminisme génétique de ces caractères et la localisation de QTL (quantitative trait loci : régions du génome associées à un caractère quantitatif) ou de gènes d'intérêt sont aujourd'hui visés.

Embolie des arbres

C'est au centre Inra Bordeaux-Aquitaine que l'étude a été menée. Une plateforme dédiée à l'hydraulique des plantes permet de quantifier à haut débit leur capacité à résister à l'embolie gazeuse, provoquée par la cavitation. «La résistance à la cavitation est un trait majeur de résistance des conifères à la sécheresse», explique Sylvain Delzon, "Laurier jeune chercheur 2015" de l'Inra. La cavitation correspond à l'apparition de bulles d'air dans les vaisseaux conducteurs de sève de l'arbre, les rendant impropres au transport de l'eau. Elle se produit lorsque la pression devient trop négative pendant des épisodes de sécheresse intense ou prolongée. La résistance à la cavitation des espèces apparaît très bien corrélée à leur exigence écologique et leur habitat (aire de répartition) : les espèces en milieux arides se montrent moins sensibles à l'embolie que celles des milieux humides.

Mécanismes de survie

Des chercheurs venant des quatre coins du monde viennent à Bordeaux pour effectuer des tests sur le matériel développé par Sylvain Delzon. Son cavitron, une centrifugeuse «trafiquée», permet de caractériser la tolérance à la sécheresse des plantes via la mesure de la conductance hydraulique d'un rameau sous pression négative. En moins de vingt minutes, l'engin sort une courbe de vulnérabilité à la cavitation. 300 des 620 espèces de conifères ont ainsi été mesurées. «On fournit aux pépiniéristes une sorte de gamme de résistance des arbres à la sécheresse, comme les étiquettes-énergie des machines à laver», lance le chercheur. De tels travaux visent à comprendre les mécanismes de survie des plantes. Une approche bien différente de celle de l'agronomie, qui touche au maintien de la production face à la sécheresse.

Hybridation

Le changement climatique met-il en péril la forêt des Landes ? Une chose est sûre au vu des travaux de Sylvain Delzon : le pin maritime devrait connaître des difficultés. Les exploitations forestières pourraient faire face à des baisses de production ou à des mortalités lors de stress hydriques extrêmes. Une étude, co-signée par le jeune chercheur et publiée en 2012 dans la revue Nature, donne une explication au dépérissement massif des arbres à travers le monde et la preuve qu'ils ont atteint leur limite face à la sécheresse. C'est pourquoi l'Inra s'intéresse à des croisements qui pourraient permettre d'en améliorer la résistance. Actuellement, les chercheurs tentent de caractériser des hybrides entre le pin maritime et le pin d'Alep ou le pin de Calabre (pin Brutia), originaires de la Méditerranée. Résultats attendus à l'horizon de cinq à dix ans. Une autre piste consiste à sélectionner des pins maritimes plus résistants à la cavitation. Car une variabilité génétique de 6 à 10 % est observée pour ce trait au sein de la population.

Les dangers d'une migration assistée

Chercher plus au sud des arbres mieux adaptés à la sécheresse peut s'avérer une mauvaise idée. Exemples, les pins corses ou marocains présentent une moins bonne efficience des apports hydriques par rapport aux landais : ils produisent moins de biomasse avec une même quantité d'eau. «La migration assistée d'espèces peut avoir des conséquences terribles», rappelle Sylvain Delzon, citant une tentative lors des années 70 à 80 dans les Landes. Du pin portugais avait été planté sur des centaines de milliers d'hectares avant que le gel de 1986 ne les détruise en totalité.

Un système vasculaire très instable

Garder un système hydraulique fonctionnel constitue un problème majeur auquel les plantes sont confrontées en période de sécheresse. Ce réseau de fins conduits, qui relient les racines aux feuilles grâce à une pompe aspirante alimentée par le soleil, s'avère très vulnérable, risquant de se désamorcer par formation d'embolie gazeuse. Lorsque le sol se dessèche, la sève des arbres est exposée à de très fortes tensions qui peuvent rompre les colonnes d'eau à l'intérieur de leur système vasculaire. Ce phénomène de cavitation produit une embolie gazeuse de la même manière que des thromboses peuvent bloquer le système circulatoire des humains. Lorsque l'intensité de la sécheresse s'accentue, l'embolie s'accumule dans le système vasculaire jusqu'à ce que l'arbre se dessèche et meure.

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