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date de publication17.05.2017
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Proposition de stage/THESE





Laboratoire :

Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes (UMR7636)


Adresse :

PMMH, ESPCI, 10 rue Vauquelin 75251 Paris Cédex 05

en collaboration avec Patricia Genêt (BIOEMCO, ENS) et Christian Hartmann (IRD)


Responsable(s) de Stage :

Evelyne KOLB (PMMH), Patricia Genêt (BIOEMCO, ENS), Christian HARTMANN (IRD), Anne Devulder (PMMH)

Téléphone :

01.40.79.58.04

01.44.32.37.03

Email :

evelyne.kolb@upmc.fr

christian.hartmann@ird.fr

patricia.genet@ens.fr

anne.devulder@espci.fr


pgenet@biologie.ens.fr



Titre du stage : Plasticité du système racinaire soumis à un stress mécanique : mesure des contraintes développées par la croissance de la racine en milieu confiné et adaptation morphologique
Résumé :

Le système racinaire d’une plante s’adapte en fonction de son environnement. Des études récentes ont montré que la résistance à la pénétration d’un sol influe directement sur la vitesse d’élongation de la racine mais aussi sur sa morphologie. Au-delà d’une contrainte mécanique de l’ordre du MPa, la vitesse de croissance diminue et la racine a tendance à s’épaissir et parfois à réorganiser le milieu qui l’entoure (éclatement de rochers, destruction de monuments, etc...). Dans d’autres cas, la forte résistance du sol conduit à une réorientation de l’axe de développement de la racine, voire à l’arrêt de sa croissance, affectant grandement la production des sols agricoles.

Nous cherchons à comprendre les mécanismes de couplage entre la croissance racinaire et les réarrangements du milieu environnant, particulièrement importants quand le sol est sableux (milieu granulaire). Notre équipe a élaboré un dispositif original qui consiste à mesurer la contrainte mécanique exercée par la racine dans un milieu granulaire modèle où l’on contrôle la taille des pores entre les grains. Dans un premier temps, le milieu granulaire est constitué de deux grains cylindriques bloqués séparés par un interstice de taille contrôlable. Pour croître, la racine est contrainte à passer dans l’interstice (le pore) entre les grains. Or ces grains sont photoélastiques (fig.1), c’est à dire qu’ils présentent des propriétés optiques intéressantes de biréfringence quand ils sont soumis à des contraintes mécaniques. Cette technique permet de quantifier in situ l’évolution de la force de poussée radiale exercée par la croissance de la racine sur les grains situés de part et d’autre (fig.2). Dans le même temps par un suivi photographique automatique sur plusieurs jours, nous pouvons quantifier l’évolution des paramètres morphologiques de la racine  comme le diamètre et la longueur de la racine, son orientation par rapport à la verticale, les ramifications éventuelles en fonction du temps. Nous pouvons coupler ces mesures macroscopiques sur la racine aux analyses de photoélasticité sur les grains, pour comprendre les corrélations entre la forme de la racine et la force qu’elle exerce sur son milieu environnant.

Ce stage associe physique et biologie de la plante. Il sera mené en collaboration avec P. Genêt, biologiste de BIOEMCO-ENS, avec qui nous étudierons également comment la contrainte mécanique sur la racine affecte sa physiologie et sa morphologie à une échelle microscopique, et en particulier si le stress mécanique peut induire une déformation des cellules végétales (visualisation des parois cellulaires et quantification des formes et tailles des cellules sur coupes histologiques, ou in situ par marquage fluorescent avec A. Devulder) suivant la zone de la racine qui est contrainte (zone d’élongation ou zone de différentiation). Pour faire le lien avec les réalités de terrain et le développement des racines en milieux naturels, nous interagirons avec C. Hartmann de l’IRD (Institut de Recherche pour le Développement).







Fig.1 : Disque photoélastique comprimé verticalement avec une intensité de force croissante de gauche à droite. Le grain est placé entre polariseurs croisés (lumière polychromatique). La position des franges lumineuses permet de recalculer la force mécanique (compression) appliquée.

Fig. 2 : Croissance d’une racine (ø ≈1 mm) de pois (Cicer arietinum) entre deux grains photoélastiques (lumière monochromatique). La racine exerce une contrainte mécanique sur les 2 disques, quantifiable à partir de la position des franges.

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