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Modélisation et simulation des rétroactions biomécanique-croissance de l'arbre. Etat de l'art, applications et perspectives

Thierry Fourcaud
CIRAD, AMAP
on 2009/06/05 at 11:00

Summary

Les plantes étant soumises au champ de pesanteur ainsi qu’à d’autres sollicitations extérieures comme le vent ou la neige, leur stabilité mécanique constitue une contrainte majeure de leur développement. Les grands arbres sont particulièrement sensibles à ces contraintes et il est toujours étonnant de constater la grande stabilité mécanique d’arbres très élancés dont la hauteur peut atteindre plusieurs dizaines de mètres pour un diamètre n’excédant pas quelques dizaines de centimètres. La biomécanique des plantes, en particulier des arbres, est un domaine de recherche pluridisciplinaire qui vise précisément à étudier la réponse mécanique d’individus soumis à des forces extérieures. On entend par "réponse mécanique" non seulement le comportement statique ou dynamique d’une structure - classiquement décrit par une courbe force-déplacement ou une cartographie des contraintes et déformations dans la structure - mais aussi les processus biologiques d’acclimatation qui se traduisent par des modifications structurelle et matérielle des plantes au cours de leur croissance. Ces processus d’acclimatation peuvent aussi prendre une forme plus active se caractérisant par l’apparition de forces mécaniques internes d’origine biologique permettant à l’arbre de se mouvoir dans l’espace. Le couplage de modèles de croissance de type structure-fonction avec des modèles de résistance des matériaux permet d’étudier in silico ces phénomènes de rétroaction entre croissance et biomécanique chez les plantes. Dans cet exposé, nous tâcherons de montrer à travers quelques exemples ce qu’apporte une telle approche numérique dans la compréhension des processus biologiques sous-jacents. Nous présenterons également quelques applications pratiques de la biomécanique dans les domaines de la foresterie, de l’agronomie et de l’éco-ingénierie.