Biomécanique de l'interaction racine-obstacle

La croissance racinaire est fortement réduite dans des sols compacts, ce qui affecte la croissance de la plante dans son ensemble. A l'échelle de la racine, le sol est physiquement hétérogène et la racine en croissance qui rencontre une interface rigide comme une pierre ou un agrégat va être soumise à une augmentation de la résistance axiale à la pénétration, c'est-à-dire à une force qui s'oppose à sa croissance. De façon à reproduire les mécanismes à l'œuvre lorsqu'une racine rencontre un obstacle, nous avons mis en place une expérience modèle couplant mesures de force racinaire et suivi cinématique de sa croissance. Plus précisément, nous avons réalisé un suivi spatio-temporel sous éclairage infra-rouge de la croissance de racines de maïs canalisées dans un gel d'agarose et contactant un capteur de force (jouant le rôle d'obstacle) pour suivre la force racinaire de poussée contre l'obstacle (et donc la force appliquée sur la racine). L'évolution du champ de vitesse de croissance le long de la racine est obtenue grâce à une analyse cinématique de la texture racinaire se basant sur une technique de vélocimétrie par image de particules (PIV). Un modèle sans paramètre ajustable et basé sur les lois de Lockhart prédit quantitativement comment la force au contact de l'obstacle modifie plusieurs paramètres caractéristiques de la croissance (longueur de la zone d'élongation, taux d'élongation maximal, et vitesse) au cours des 10 premières minutes du contact. Ces résultats suggèrent une grande ressemblance entre les premières réponses en croissance déclenchées par une contrainte directionnelle (tel qu'un contact) ou par une perturbation isotrope (tel qu'un bain hyperosmotique). Dans un deuxième temps, nous avons également étudié les propriétés mécaniques in situ de la racine en croissance grâce à l'adaptation du système expérimental précédent pour contrôler l'indentation de compression dans la racine. Les mesures cinématiques ont permis d'évaluer le champ de compression dans la racine, tandis que le suivi de la force a permis d'étudier la relaxation du tissu racinaire face à la contrainte de compression. Grâce au couplage des mesures de force et de cinématique, nous avons été en mesure d'évaluer les modules d'Young le long de la racine et de caractériser les propriétés poroélastiques du tissu racinaire. En particulier, nous avons pu montrer que la zone mature est beaucoup plus rigide que la zone d'élongation.