Les arbres du futur — Comprendre les arbres

Avant de sélectionner les arbres capables de vivre dans les climats de 2050, 2080 ou 2100, il faut comprendre comment fonctionne réellement un arbre.

Un arbre n’est pas simplement une grande plante ligneuse. C’est un organisme qui doit simultanément :

construire une architecture durable ;
capter la lumière ;
exploiter le sol ;
transporter l’eau sur plusieurs mètres, parfois plusieurs dizaines de mètres ;
transporter les assimilats carbonés ;
résister au vent ;
gérer les températures extrêmes ;
stocker du carbone ;
se reproduire ;
réparer certaines blessures ;
survivre parfois plusieurs siècles.

Pour l’agroclimatologie, l’arbre doit donc être considéré comme une machine biologique hydraulique, carbonée, mécanique et climatique.

I. L’arbre comme système intégré

On peut représenter l’arbre comme un ensemble de quatre grands systèmes :

                         ARBRE
                           │
        ┌──────────────────┼──────────────────┐
        ↓                  ↓                  ↓
   ARCHITECTURE          CROISSANCE        HYDRAULIQUE
        │                  │                  │
        ↓                  ↓                  ↓
   forme / structure   biomasse / âge   eau / xylème
        │                  │                  │
        └──────────────────┼──────────────────┘
                           ↓
                      LONGÉVITÉ
                           │
                           ↓
                RÉSILIENCE CLIMATIQUE

Ces quatre dimensions sont indissociables.

Un arbre possédant un système hydraulique performant mais une architecture fragile peut être vulnérable au vent.

Un arbre très vigoureux mais incapable de gérer une sécheresse répétée peut connaître un dépérissement rapide.

Un arbre extrêmement longévif peut avoir une croissance lente et donc une capacité limitée à recoloniser rapidement un espace perturbé.

II. L’architecture de l’arbre

L’architecture correspond à la manière dont l’arbre construit et organise son corps.

Elle concerne notamment :

tronc ;
branches ;
rameaux ;
bourgeons ;
feuilles ;
racines ;
ramifications ;
angles de branchement ;
distribution des masses.

L’architecture n’est donc pas seulement esthétique.

Elle détermine en grande partie :

la capture de lumière ;
l’exposition au vent ;
la transpiration ;
la distribution hydraulique ;
la stabilité mécanique ;
la production de fruits ;
la capacité de régénération.

III. Architecture aérienne

Deux arbres de même hauteur peuvent présenter des architectures radicalement différentes.

Arbre élancé

tronc dominant ;
branches relativement courtes ;
faible largeur ;
forte croissance verticale.

Arbre étalé

couronne large ;
nombreuses branches latérales ;
forte interception lumineuse ;
grande surface exposée au vent.

Arbre en cépée

plusieurs axes depuis la base ;
forte capacité de régénération ;
architecture différente d’un arbre à tronc unique.

Ces architectures correspondent à des stratégies écologiques différentes.

IV. La couronne comme capteur solaire

La couronne constitue la principale interface entre l’arbre et l’atmosphère.

Elle intercepte :

rayonnement solaire ;
rayonnement infrarouge ;
pluie ;
vent ;
chaleur.

La distribution des feuilles influence directement la photosynthèse.

Une couronne trop dense peut provoquer :

ombrage interne ;
mauvaise circulation de l’air ;
humidité accrue ;
réduction de certaines feuilles internes.

Une couronne plus ouverte peut favoriser :

pénétration de la lumière ;
ventilation ;
séchage du feuillage.

Il existe donc un compromis architectural.

V. Architecture et climat

L’architecture influence la réponse aux extrêmes.

Un arbre possédant une couronne compacte peut présenter une certaine résistance mécanique.

Mais une grande couronne peut également augmenter :

la surface foliaire ;
la transpiration ;
la demande en eau.

À l’inverse, une architecture plus ouverte peut réduire certaines contraintes mais diminuer la capture de lumière.

La sélection des arbres du futur devra donc considérer l’architecture fonctionnelle, pas seulement la taille.

VI. Le tronc

Le tronc assure plusieurs fonctions :

support mécanique ;
transport hydraulique ;
transport des assimilats ;
stockage ;
croissance secondaire ;
protection.

Il constitue une véritable colonne biologique multifonctionnelle.

Son diamètre, sa structure et sa composition évoluent avec l’âge.

VII. Les branches

Chaque branche constitue une extension du système hydraulique et mécanique.

Elle doit :

recevoir de l’eau ;
recevoir des assimilats ;
supporter les feuilles ;
résister au vent ;
assurer parfois la reproduction.

La ramification résulte donc d’un compromis permanent entre :

lumière + eau + carbone + mécanique.

VIII. L’architecture racinaire

La partie souterraine est souvent beaucoup plus importante que ne le suggère la partie visible.

Les racines assurent :

ancrage ;
absorption de l’eau ;
absorption des nutriments ;
stockage ;
interaction avec les microorganismes ;
exploration du sol.

Un arbre peut présenter une architecture racinaire :

profonde ;
superficielle ;
pivotante ;
fasciculée ;
fortement ramifiée ;
opportuniste.

IX. Profondeur racinaire et climat futur

Dans un climat soumis à des sécheresses plus fréquentes, la profondeur d’exploitation du sol peut devenir déterminante.

Deux arbres peuvent recevoir exactement la même pluie.

Mais :

Arbre A

→ racines concentrées dans les 30 premiers centimètres.

Arbre B

→ racines exploitant plusieurs mètres de sol.

Leur accès à l’eau disponible peut être radicalement différent.

X. L’arbre exploite plusieurs réservoirs

Le sol peut être considéré comme un ensemble de réservoirs hydriques.

Surface
────────────────────
Racines superficielles
████████████████████

Horizon intermédiaire
────────────────────
████████████████████

Horizon profond
────────────────────
████████████████████
        ↓
   eau accessible
        ↓
      racines

L’arbre ne « boit » donc pas simplement l’eau de pluie.

Il exploite une architecture hydrologique du sol.

XI. Croissance des arbres

La croissance d’un arbre est très différente de celle d’une plante annuelle.

Un arbre peut accumuler de la biomasse pendant :

plusieurs décennies ;
plusieurs siècles ;
parfois davantage.

Chaque année ajoute une nouvelle couche de croissance.

La croissance devient donc une histoire enregistrée dans le bois.

XII. Croissance primaire et secondaire

La croissance primaire augmente :

hauteur ;
longueur des branches ;
longueur des racines.

La croissance secondaire augmente :

diamètre du tronc ;
diamètre des branches ;
diamètre des racines.

Le cambium joue ici un rôle central.

Il produit notamment :

xylème secondaire ;
phloème secondaire.

XIII. Les anneaux de croissance

Chez de nombreuses espèces, les variations saisonnières produisent des structures visibles dans le bois.

Elles peuvent fournir des informations sur :

croissance ;
sécheresse ;
température ;
perturbations ;
compétition.

La dendrochronologie transforme ainsi l’arbre en archive climatique biologique.

XIV. Croissance et disponibilité en eau

La croissance dépend notamment de :

température ;
rayonnement ;
eau ;
nutriments ;
durée de la saison ;
état physiologique.

Une sécheresse peut réduire la croissance même si l’arbre survit.

Il faut donc distinguer :

survie ≠ croissance optimale.

Un arbre peut survivre pendant plusieurs années tout en accumulant progressivement une dette physiologique.

XV. Allocation du carbone

L’arbre doit répartir les produits de la photosynthèse entre plusieurs « postes » :

feuilles ;
branches ;
tronc ;
racines ;
fruits ;
graines ;
défenses ;
réserves.

En situation de stress, cette allocation peut changer.

L’arbre peut privilégier :

racines ;
réserves ;
maintenance ;

au détriment de la croissance aérienne.

XVI. La croissance n’est donc pas toujours un avantage

Une croissance très rapide peut sembler souhaitable.

Mais elle peut entraîner :

forte consommation d’eau ;
forte demande nutritionnelle ;
bois moins dense dans certaines espèces ;
forte exposition ;
réserves proportionnellement insuffisantes.

À l’inverse, une croissance lente peut être associée à :

forte longévité ;
bois dense ;
stratégie conservatrice ;
meilleure économie des ressources.

Il faut donc rechercher la croissance adaptée, et non nécessairement la croissance maximale.

XVII. Les stratégies de croissance

On peut schématiquement opposer :

Stratégie rapide

croissance forte ;
reproduction précoce ;
colonisation rapide ;
forte demande en ressources.

Stratégie conservatrice

croissance plus lente ;
tissus durables ;
investissement dans la maintenance ;
forte longévité potentielle.

Entre les deux existe une grande diversité de stratégies.

XVIII. Longévité

La longévité est l’une des caractéristiques les plus remarquables des arbres.

Certains vivent :

quelques décennies ;
plusieurs siècles ;
parfois plusieurs millénaires.

Cette longévité donne à l’arbre une particularité fondamentale :

il devra probablement traverser plusieurs régimes climatiques au cours de sa propre vie.

XIX. Le problème du siècle

Un arbre planté aujourd’hui peut connaître :

climat actuel

→ climat de 2050

→ climat de 2070

→ climat de 2100.

Il ne suffit donc pas qu’il soit parfaitement adapté au climat actuel.

Il doit posséder une marge de sécurité climatique.

XX. Longévité et changement climatique

La longévité crée une contradiction.

Plus l’arbre vit longtemps :

plus il stocke du carbone ;
plus il structure l’écosystème ;
plus il crée d’habitats ;
plus son infrastructure biologique devient importante.

Mais plus il doit également traverser :

davantage de sécheresses ;
davantage de canicules ;
davantage d’événements extrêmes ;
plusieurs générations de parasites.

La longévité devient donc à la fois :

un avantage écologique

un défi climatique.

XXI. La mémoire de l’arbre

Un arbre conserve une partie de son histoire dans :

son bois ;
ses réserves ;
son architecture ;
ses blessures ;
ses racines ;
sa structure de branches.

On peut parfois retrouver dans son architecture les traces de :

sécheresses ;
tailles ;
blessures ;
incendies ;
attaques ;
compétition.

L’arbre est ainsi un enregistreur biologique du territoire.

XXII. Hydraulique interne

L’une des grandes particularités de l’arbre est de devoir transporter l’eau depuis le sol jusqu’aux feuilles.

Chez certains grands arbres, cette distance peut dépasser plusieurs dizaines de mètres.

Le système doit fonctionner malgré :

gravité ;
résistance hydraulique ;
variations de température ;
sécheresse ;
gel ;
cavitation.

XXIII. Le xylème

Le xylème constitue le principal système de transport de l’eau et des solutés minéraux depuis les racines vers les parties aériennes.

On peut schématiquement représenter :

Mais le fonctionnement réel est beaucoup plus complexe.

XXIV. La transpiration comme moteur

Lorsque l’eau s’évapore au niveau des feuilles, elle crée une diminution du potentiel hydrique.

Cette transpiration contribue à générer une force permettant la montée de l’eau dans le xylème.

Le système fonctionne donc en grande partie comme un continuum sol–plante–atmosphère.

SOL
 ↓
Racines
 ↓
Xylème
 ↓
Feuilles
 ↓
Stomates
 ↓
Atmosphère

L’atmosphère participe donc directement à la circulation de l’eau dans l’arbre.

XXV. Le continuum sol–plante–atmosphère

Cette notion sera essentielle dans le Tome 8.

L’eau se déplace selon des gradients de potentiel hydrique.

On peut schématiquement représenter :

sol humide

→ racine

→ xylème

→ feuille

→ atmosphère sèche.

Lorsque l’atmosphère devient très sèche, la demande évaporative augmente.

L’arbre doit alors ajuster sa conductance stomatique et son fonctionnement hydraulique.

XXVI. Les stomates

Les stomates contrôlent les échanges gazeux entre la feuille et l’atmosphère.

Ils permettent :

entrée du CO₂ ;
sortie de vapeur d’eau.

Mais cette relation crée un compromis fondamental :

pour capter davantage de CO₂, la plante doit généralement accepter une perte d’eau plus importante.

L’arbre doit donc arbitrer en permanence entre :

carbone

eau.

XXVII. Le compromis carbone-eau

On peut le résumer :

Stomates ouverts
      ↓
CO₂ ↑
      ↓
Photosynthèse ↑
      ↓
Croissance potentielle ↑

mais

Transpiration ↑
      ↓
Perte d'eau ↑

À l’inverse :

Stomates fermés
      ↓
Perte d'eau ↓

mais

CO₂ entrant ↓
      ↓
Photosynthèse ↓

Ce compromis est au cœur de l’écophysiologie des arbres.

XXVIII. La vulnérabilité hydraulique

Lorsque la sécheresse devient extrême, le xylème peut perdre progressivement sa capacité à transporter l’eau.

L’apparition d’emboles gazeuses peut provoquer une diminution de la conductivité hydraulique.

Si les dommages deviennent suffisamment importants :

transport de l’eau ↓

→ hydratation foliaire ↓

→ photosynthèse ↓

→ dépérissement

→ mortalité potentielle.

XXIX. Toutes les espèces ne possèdent pas le même système hydraulique

Les arbres diffèrent considérablement par :

diamètre des conduits ;
architecture du xylème ;
densité du bois ;
vulnérabilité à l’embolie ;
capacité de fermeture stomatique ;
profondeur racinaire ;
capacité de récupération.

C’est l’une des raisons pour lesquelles deux espèces voisines peuvent présenter des comportements radicalement différents pendant une canicule.

XXX. La sécurité hydraulique

Certaines espèces privilégient une grande sécurité hydraulique.

Elles peuvent posséder :

conduits relativement résistants à l’embolie ;
stomates réactifs ;
forte régulation de la transpiration ;
tissus hydrauliques redondants.

Elles peuvent être moins productives dans des conditions idéales mais mieux résister aux épisodes extrêmes.

XXXI. L’efficacité hydraulique

D’autres espèces peuvent privilégier une forte efficacité hydraulique.

Elles transportent rapidement de grandes quantités d’eau.

Cela peut soutenir :

croissance rapide ;
forte surface foliaire ;
forte productivité.

Mais cette stratégie peut présenter davantage de vulnérabilité lorsque la sécheresse devient extrême.

On retrouve donc un compromis :

efficacité hydraulique ↔ sécurité hydraulique.

XXXII. Les racines comme première ligne de défense

L’hydraulique de l’arbre commence dans le sol.

La disponibilité réelle de l’eau dépend :

texture ;
structure ;
profondeur ;
réserve utile ;
macroporosité ;
microporosité ;
racines ;
mycorhizes ;
température.

Un arbre « résistant à la sécheresse » planté dans un sol compacté et peu profond peut donc se comporter très différemment du même arbre dans un sol profond et vivant.

XXXIII. Les mycorhizes

Les associations mycorhiziennes peuvent augmenter l’exploration du sol et modifier les relations entre :

racines ;
eau ;
phosphore ;
microorganismes.

L’arbre ne doit donc pas être considéré comme un organisme isolé.

Son système hydraulique est intégré à un écosystème souterrain.

XXXIV. Le bois comme compromis mécanique et hydraulique

Le bois doit simultanément :

supporter l’arbre ;
transporter l’eau ;
transporter les assimilats ;
stocker du carbone ;
résister aux blessures.

Sa structure résulte donc de compromis multiples.

Cela explique pourquoi les propriétés mécaniques et hydrauliques sont souvent intimement liées.

XXXV. Arbre et vent

Le vent impose une contrainte mécanique majeure.

Un arbre doit supporter :

flexion ;
torsion ;
vibrations ;
mouvements de la couronne.

L’architecture influence directement cette résistance.

La croissance peut donc être remodelée par le vent.

Les arbres exposés développent parfois des architectures très différentes de celles des arbres protégés.

XXXVI. L’arbre comme système autorégulé

Un arbre possède de nombreux mécanismes de régulation :

stomates ;
allocation du carbone ;
croissance racinaire ;
chute des feuilles ;
dormance ;
fermeture hydraulique ;
stockage ;
compartimentation des blessures.

Il ne fonctionne donc pas comme une machine dont les paramètres restent fixes.

Il réalloue en permanence ses ressources.

XXXVII. L’arbre du futur devra gérer des compromis

Il ne faudra donc pas chercher :

« l’arbre qui pousse le plus vite ».

Il faudra rechercher des combinaisons telles que :

croissance

efficacité hydrique

sécurité hydraulique

résistance mécanique

longévité

capacité de récupération

reproduction

compatibilité avec le sol

intégration écologique.

XXXVIII. Vers une fiche fonctionnelle de l’arbre

Pour Omakëya™, chaque espèce ou provenance pourrait être caractérisée par une véritable fiche agroclimatique :

Domaine	Variables
Architecture	hauteur, largeur, forme de couronne
Croissance	vitesse, saisonnalité, allocation carbone
Racines	profondeur, densité, architecture
Hydraulique	conductivité, vulnérabilité à l’embolie
Feuilles	SLA, surface, cuticule, stomates
Bois	densité, résistance mécanique
Phénologie	débourrement, floraison, sénescence
Eau	consommation, efficience, seuils de stress
Chaleur	température optimale, seuils critiques
Froid	résistance au gel
Vent	stabilité, flexibilité
Reproduction	âge, fréquence, dispersion
Longévité	durée de vie potentielle
Résilience	récupération après stress
Écologie	mycorhizes, biodiversité associée

XXXIX. Une nouvelle manière de choisir les arbres

Le choix d’un arbre ne devrait donc plus être :

« Cet arbre pousse-t-il bien dans ma région ? »

mais plutôt :

« Comment cet arbre fonctionnera-t-il dans le microclimat, le sol et le régime hydrologique de mon terrain aujourd’hui, en 2050 et dans les conditions projetées pour 2100 ? »

Cela constitue précisément le passage de la botanique horticole à la botanique agroclimatique.

XL. Le principe Omakëya™

L’arbre du futur doit être considéré comme une infrastructure biologique vivante.

Il capte :

énergie solaire ;
CO₂ ;
eau ;

et fournit :

ombre ;
évapotranspiration ;
biomasse ;
carbone ;
habitat ;
nourriture ;
protection du sol ;
régulation hydrologique ;
régulation thermique.

Son architecture détermine son fonctionnement.

Sa croissance construit son infrastructure.

Sa longévité permet à cette infrastructure de durer.

Son hydraulique interne permet à l’ensemble de fonctionner.

Comprendre l’arbre, c’est donc comprendre simultanément une architecture, une pompe hydraulique, un système de stockage du carbone, une structure mécanique et un organisme capable d’évoluer dans le temps.

Cette base permettra ensuite d’aborder beaucoup plus précisément « Les arbres du futur » : arbres résistants à la sécheresse, arbres à enracinement profond, arbres méditerranéens du Nord, arbres fruitiers adaptés aux hivers plus doux, porte-greffes, espèces pionnières, arbres de canopée, arbres des zones humides, choix des provenances et conception de forêts-jardins capables de traverser 2050–2100.

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