Absorption de l’eau et flux de masse

Absorption de l’eau et flux de masse

Contexte général de l’étude

La croissance démographique, la consommation d’énergie et la demande en matières premières sont indissociablement liées (Zabel et al. 2009). Or, la population mondiale ne cesse d’augmenter et devrait atteindre 9.7 milliards d’individus en 2050 (ESA, 2015). Par ailleurs, la nécessité de substituer des énergies fossiles par de l’énergie renouvelable, concourt à accroitre les besoins mondiaux en bois. La demande mondiale de granulés comme source d’énergie « verte » a ainsi augmenté de 16% entre 2013 et 2014, en réponse notamment aux objectifs fixés par les politiques environnementales des pays européens et du Japon ainsi qu’à l’augmentation de la demande des pays émergents, notamment d’Asie. La production pour les panneaux de bois, à destination de l’ameublement, par ailleurs, a augmenté de 108% depuis 2000. Enfin, même si la demande mondiale est plus stable concernant la pâte à papier, ce sont tout de même plus de 330 millions tonnes de papier et carton qui sont produites chaque année (http://www.fao.org/forestry/fr/). Le rôle des forêts pour l’humanité, la biodiversité et la régulation du climat, est aujourd’hui largement reconnu (Saleska et al. 2007). Un tournant dans les politiques de protection des forêts natives a été le sommet de Rio en 1992 qui avait retenti comme une sonnette d’alarme concernant la déforestation de la forêt amazonienne notamment. L’exploitation des forêts par les industries est aujourd’hui plus contrôlée. Par exemple, le groupe IKEA a passé l’an dernier un accord de coopération avec la FAO « visant à surveiller à la fois la durabilité de la gestion forestière et la traçabilité du bois afin de s’assurer qu’ils ont été produits et manipulés de manière responsable(http://www.fao.org/news/story/fr/item/289577/icode/). La réduction des pressions sur les forêts naturelles face au besoin croissant en bois implique une alternative qui passe par les plantations industrielles. La surface de ces dernières a augmenté à un rythme d’environ 2,8 millions d’hectares par an, pendant la période 2000-2005 (FAO, 2006). Elles représentent aujourd’hui 7% des zones forestières mondiales et fournissaient 39% du bois exploités en 2011 (FAO, 2011), avec une prévision d’atteindre 69 % en 2030 si l’augmentation des surfaces plantées est associée à une augmentation de la productivité (Carle & Holmgren, 2009.

Synthèse bibliographique

Les deux grandes fonctions des racines pour les végétaux sont l’ancrage dans le sol, et l’absorption des nutriments et de l’eau. La première fonction, la plus visible, est assurée par les racines les plus grosses, et implique principalement une interaction physique entre le sol et les racines. Beaucoup plus subtile en revanche, la fonction d’absorption, implique des interactions biogéochimiques, biochimiques et biologiques complexes entre le sol, les microorganismes qui y vivent et les racines les plus fines.En fonctionnant, ces racines fines, ont en effet la capacité de modifier les propriétés physiques, chimiques (biogéochimi  ques et biochimiques) et biotiques du sol qui les entoure. On appelle rhizosphère cette portion de sol soumise à l’influence des activités racinaires et définie pour la première fois par Hiltner en 1904. Il est reconnu aujourd’hui que les processus rhizosphériques peuvent avoir des répercutions non seulement à l’échelle de la plante mais également à l’échelle des écosystèmes (Morrissey et al. 2004, Lee et al. 2005), au niveau de la stabilité du climat, en regard notamment aux émissions de gaz à effet de serre et à la séquestration du carbone, ainsi qu’au niveau du maintien de la fertilité des sols et de la sécurité alimentaire (York et al. 2016). Cette synthèse a pour but de présenter le rôle des racines fines dans l’optimisation de l’absorption des nutriments et de l’eau du sol. Le lecteur peut se référer au schéma conceptuel, Figure 4, représentant les actions racinaires (d’absortion et de sécretion) permettant la mobilisation des nutriments du sol.

LES RACINES FINES FONCTION D’ABSORPTION DE L’EAU ET DES NUTRIMENTS

Les plantes autotrophes se décomposent en deux grandes structures : l’appareil aérien et l’appareil
souterrain. L’appareil aérien porte les feuilles qui sont la voie d’entrée principale du carbone en captant le CO2 de l’atmosphère, par le processus de la photosynthèse. L’appareil souterrain porte les racines fines qui sont la voie d’entrée de l’eau et des nutriments : éléments nutritifs majeurs (N, P, K, Ca, Mg, Na, S) et oligoéléments (Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, Cl) utilisés pour la croissance et le métabolisme de la plante. Un peu à l’image des feuilles, les racines fines sont des structures éphémères. Leur durée de vie et leur potentiel d’absorption dépendent de leur traits (anatomie, morphologie, ordre topologique), de leur statut mycorhizen (Eissenstat et al. 2000, Guo et al. 2004, Guo et al. 2007, Pregitzer et al. 2002, Wang et al. 2006), c’est-à-dire leur capacité à entretenir des relations symbiotiques avec des champignons, mais également du climat. Une compilation de bases de données regroupant plus de 180 études a montré que le taux de renouvellement annuel ou turnover augmente entre le climat boréal, tempéré puis tropical : 0.77 ± 0.70, 1.21 ± 1.04 et 1.44 ± 0.76 an-1 respectivement (Finér et al. 2011). Dans les plantations d’eucalyptus au Brésil, il a été mesuré par exemple un turnover de 1.8 an-1 dans les premiers centimètres de sol (Jourdan et al. 2008). Un couplage particulièrement intéressant entre la dynamique foliaire et racinaire a été montré en zone arctique, sur huit espèces différentes, allant de la toundra naine aux forêts de bouleaux (Sloan et al. 2013), mettant en avant une stratégie à l’échelle de la plante entière, généralisée sur plusieurs espèces (Figure 1). Ce couplage donne aussi des perspectives de simplification d’évaluation des stocks de carbone racinaire par des mesures indirectes sur les feuilles.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE 
CONTEXTE GENERAL DE L’ETUDE 
SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ROLES FONCTIONNELS DES RACINES FINES 8
Absorption de l’eau et flux de masse : transport des nutriments de la solution du sol
Absorption des nutriments et mobilisation du complexe d’échange par diffusion ionique 
Le rôle central du pH dans la libération des éléments non disponibles 
La rhizodéposition : rôles directs et indirects dans l’acquisition des nutriments
Actions des mycorhizes 
Actions des bactéries « PGPR » 
HYPOTHESES, DEMARCHE EXPERIMENTALE ET PRESENTATION DU SITE 43
Hypothèses principales et objectif central 
Démarche expérimentale 
Présentations des résultats de la thèse 
Géologie et climat de la région 
Caractéristiques géologique et pédologique du site d’étude 
Dispositif expérimental 
DEVELOPPEMENT METHODOLOGIQUE 
INTRODUCTION DU CHAPITRE
COMMENT ETUDIER LE FONCTIONNEMENT DES RACINES FINES ?
Approche Echantillonnage puis analyse destructive 
Approche 2 Méthodes non invasives - visualisation 2D 
Fonctionnement 
Paramètres généraux concernant la mesure optode 
Analyse de la littérature existante 
ESSAIS POUR L’UTILISATION IN SITU ET EN PROFONDEUR DES OPTODES PH 
Fosses & Rhizotrons 
Les optodes 
DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES 
INTRODUCTION 
DISCUSSION DES RESULTATS 
Implication de ces résultats en termes de nutrition minérale 
Implication de ces résultats en termes de stockage du carbone dans le sol 
Implication de ces résultats en termes de nutrition minérale 
Implication de ces résultats en termes de stockage du carbone dans le sol 
PERSPECTIVES 196
CONCLUSION 199
RÉFÉRENCES 200
ANNEXES 204 

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