Extrait du dossier d’Agropolis International n° 23 « Systèmes complexes de la biologie aux territoires » (juin 2018 – 80 pages)
 
 
Améliorer l’efficacité d’utilisation de l’eau est un enjeu majeur de l’agriculture pour répondre aux besoins nutritionnels croissants de la population mondiale. Comprendre comment l’eau est répartie dans la plante, en particulier dans la racine, est un défi pour les chercheurs. Nous développons un modèle mathématique de diffusion radiale de l’eau depuis le sol jusqu’aux vaisseaux conducteurs. Dans une section 2D de racine, ce modèle (basé sur des équations aux dérivées partielles résolues par la méthode des éléments finis) visualise le potentiel de l’eau dans les tissus ainsi que ses trajectoires préférentielles (fig. ci-dessous). Ces résultats remettent en cause la vision — toujours enseignée — de trajets de l’eau en parallèle entre cellules et parois, pour un trajet en « série ».
 
Les cellules végétales sont entourées d’une paroi dont la rigidité, conjointement au flux d’eau, permet l’établissement d’une pression de turgescence. Ce phénomène est à l’origine de propriétés cruciales pour la vie de la plante comme la verticalité ou encore la croissance en sol. Inversement, cette rigidité soulève des problèmes développementaux puisque les cellules, pour s’étendre et se diviser, doivent contrer la limitation de volume imposée par la paroi. Le bon développement des plantes résulte donc d’un jeu subtil entre propriétés mécaniques et état hydrique des cellules. Dans l’avenir, ce modèle sera étendu au couplage hydraulique/mécanique dans les cellules végétales, afin de comprendre le fonctionnement des tissus dans des conditions environnementales non stationnaires ou lors du développement d’organes. Pour réaliser un tel modèle, plusieurs raffinements sont nécessaires : distinction entre potentiel de l’eau et turgescence, lois de conservation de la masse en conditions fluctuantes, lois de conservation de l’énergie mécanique pour les parois, relations entre forces et déformation… Les techniques de résolution sont également à développer, car il s’agit d’un problème multi-échelle et multi-physique.
 
Contacts : D. Felbacq (UMR L2C), didier.felbacq@umontpellier.fr, Y. Boursiac (UMR B&PMP), yann.boursiac@inra.fr