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Effets du contexte pédoclimatique sur les teneurs en réserves glucidiques chez le peuplier en taillis à  très courtes rotations


par Chloé Morin-Payé
Université d'Orléans - Master 1 2020
  

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Liste des abréviations utilisées

ANOVA ANalysis Of VArianoe

ARCHE Arbres et Réponses aux Contraintes Hydriques et Environnementales

GES Gaz à Effet de Serre

GIEC Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (IPCC)

GIS Groupement d'Intérêt Scientifique

GOPOD Glucose Oxydase/Peroxydase

INRAE National Research Institute for Agriculture, Food and the Environment

LBLGC Laboratoire de Biologie des Ligneux et des Grandes Cultures

NSC Non-Structural Carbohydrates (glucides non structuraux)

rpm Revolution per minute (tour par minute)

TCR Taillis à Courtes Rotations

TTCR Taillis à Très Courtes Rotations

Résumé h

Table des matières

Remerciements iii

Liste des abréviations utilisées iv

I.

II.

Introduction

Matériels et méthodes

1

4

1.

Présentation des sites expérimentaux

4

2.

Présentation du matériel végétal et du dispositif expérimental

5

3.

Echantillonnages

5

4.

Dosage des glucides non structuraux

6

5.

Estimation des quantités de réserves dans les arbres

7

6.

Analyses statistiques

7

III. Résultats 9

1. Effets génotypes, site et interaction génotype x site pour les concentrations en réserves

glucidiques 9

2. Relations entre la teneur en sucres solubles, amidon ou glucides totaux et la croissance ___ 10

IV. Discussion 13

1. Variabilité génétique et plasticité phénotypique des réserves glucidiques 13

2. Relations entre NSC et croissance 14

V. Conclusion et perspectives 16

Références bibliographiques a

Annexes e

1.

Annexe 1

e

2.

Annexe 2

e

3.

Annexe 3

g

 

Table des illustrations

Figure 1 : Localisation des sites expérimentaux basés à Saint Cyr-en-Val et Echigey _____4

Figure 2 : Schéma explicatif de la culture en taillis à très courte rotation 6

Figure 3 : Concentration en sucres solubles, amidon et sucres totaux (NSC) chez 44 génotypes de peuplier cultivés en taillis à très courte rotation (TTCR) sur deux sites (ECH vs.

SCV) 10

Figure 4 : Performances de croissance pour les 44 génotypes de peuplier en cultivés en

taillis à très courte rotation (TTCR) sur deux sites de culture (ECH vs. SCV) 11

Figure 5 : Diagramme de corrélation entre la concentration en sucres solubles (SS), amidon ou NSC totaux et la biomasse du brin dominant à chacun des sites d'étude (ECH vs. SCV) 12

1

I. Introduction

Selon les estimations du GIEC en 2019, les émissions anthropiques liées aux activités humaines ont provoqué un réchauffement de l'atmosphère de près de 1°C depuis l'ère préindustrielle. Si le réchauffement continue à suivre la tendance, il est fort probable qu'il atteigne 1,5°C d'ici 2030 à 2052. La raréfaction du pétrole, mais aussi la prise de conscience de la nécessité de diminuer les rejets de CO2, dirige de plus en plus l'attention générale vers les énergies issues de la biomasse végétale. En 2020, la Commission européenne s'est fixée pour objectif de réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES) de 55% en 2030 par rapport à 1990 en substituant peu à peu l'utilisation des énergies renouvelables à celle des énergies fossiles.

En France, la forêt couvre environ 30% du territoire (IGN, 2021) ce qui fait du bois une ressource stratégique, tant au niveau écologique qu'économique. Le peuplier constitue la deuxième essence la plus récoltée en France derrière le chêne (AAF, 2019). A l'échelle du pays, on retrouve spontanément à l'état sauvage trois espèces pures autochtones, le peuplier blanc (Populus alba L.), le peuplier tremble (P. tremula L.) et une espèce caractéristique des forêts ligériennes, le peuplier noir (P. nigra L.). De façon générale, ce sont des arbres inféodés aux zones humides de l'hémisphère nord ce qui en fait des espèces emblématiques de nos régions. Ils sont également présents au sein de compartiments cultivés largement représentés sur le territoire avec un volume de bois sur pied d'environ 30 millions de m3 en 2020 (Ministère de l'Agriculture, 2020). Ces plantations sont la plupart du temps composées de variétés issues de l'hybridation interspécifique et sélectionnées sur des critères de performance (productivité, qualité du bois, résistance aux maladies...). La plupart des variétés élevées sur le territoire sont actuellement des hybrides de type P. deltoïdes (?) X P. nigra (?). Le bois produit par ces arbres est surtout utilisé pour l'industrie de la pâte à papier, la confection d'emballages légers ou de panneaux de particules, le chauffage et la production de biocarburant. De plus, ces plantations permettent de soulager la pression exercée sur les forêts naturelles pour la production de bois.

La sylviculture participant grandement à la production d'énergies vertes (Bichat & Mathis, 2013), la demande en biomasse végétale est prédisposée à devenir de plus en plus importante dans les années à venir (Pouet, 2009). Pour faire face à ce besoin, les sylviculteurs se sont tournés vers des modes alternatifs de culture à courtes et très courtes rotations. Le fonctionnement de ces plantations est basé sur des récoltes plus fréquentes et des densités plus élevées qu'en sylviculture classique. Le principe est simple, les arbres sont laissés à la pousse durant 7 à 8 ans pour les taillis à courte rotation (TCR) et 2 à 4 ans pour les taillis à

2

très courte rotation (TTCR) puis sont coupés à la base du tronc. Des pousses secondaires vont alors repartir de la souche qui seront de nouveau coupées 7 à 8 ans (TCR) ou 2 à 4 ans plus tard (TTCR). Au bout de plusieurs rotations (environ cinq pour les TTCR), les arbres sont remplacés par des nouveaux. Ce type de plantation nécessite des essences à croissance juvénile rapide et aptes au rejet de souche comme les peupliers. Ces itinéraires de culture ont l'avantage de pouvoir s'adapter à des milieux non exploitables par l'agriculture, d'être plantés en forte densité et de constituer un pool d'approvisionnement rapide et facilement mobilisable.

Cependant, la hausse des températures risque de favoriser l'apparition d'évènements climatiques sévères tels que des périodes de sécheresses et d'inondations (Grésillon et al., 2007). Cela constituerait une menace pour la production de la biomasse végétale qui risque fortement de diminuer (GIEC, 2014). Le peuplier étant une espèce pérenne et sessile, sa stabilité dépend des performances du matériel génétique planté notamment face aux aléas climatiques (Liu & El-Kassaby, 2019 ; Alberto et al., 2013). Il doit utiliser les ressources à sa disposition de manière stratégique afin d'optimiser sa croissance et de s'acclimater aux contraintes liées aux changements climatiques. Le métabolisme et l'allocation du carbone chez les plantes constituent un élément clé pour l'acclimatation. Les réserves carbonées sont principalement de nature glucidique, azotée, et lipidique et sont le produit d'une accumulation de ressources pouvant être mobilisées lorsque la disponibilité en nutriments vient à baisser. Parmi ces réserves, les glucides non-structuraux (NSC) sont de loin la forme la plus étudiée. Au cours de la photosynthèse, le CO2 prélevé dans l'air est converti en NSC (majoritairement les sucres solubles et l'amidon) constituant une réserve énergétique et servant à la croissance ou à la réponse aux stress environnementaux (Hartmann & Trumbore, 2016). Le peuplier est un arbre qui stocke surtout l'amidon ("starch tree") (Geisler-Lee et al., 2006), ce qui n'est pas le cas de toutes les espèces ligneuses. Les niveaux de réserves traduisent l'état physiologique de la plante. Dans de bonnes conditions climatiques le stockage des NSC se fait de façon passive une fois que tous les besoins en carbone ont été satisfaits (Chapin et al., 1990). La croissance de l'arbre est alors privilégiée même si la construction des réserves se fait en parallèle (Barbaroux et al., 2003). L'allocation aux réserves peut se faire également de façon active au détriment de la croissance lorsque les conditions sont défavorables (Wiley & Helliker, 2012). Au même titre que l'environnement, l'âge de l'arbre va jouer un rôle dans les variations de l'utilisation du carbone (Genet et al., 2006). Le fait de cultiver les peupliers en pépinière va donc inévitablement influer sur ces processus de stockage et de croissance. L'étude des NSC peut permettre d'évaluer la plasticité de cette stratégie chez le peuplier cultivé et de comprendre et prévoir les réponses des arbres face à des changement de paramètres environnementaux.

3

Les nouvelles mesures mises en place par la politique agricole commune (PAC, 2021) promeuvent la culture des espèces ligneuses au sein d'exploitations agricoles. Le peuplier est une essence emblématique en France à la croissance juvénile très rapide, il est à ce titre en haut de la liste pour les essais des nouveaux systèmes de production de biomasse. Bien que ces derniers soient très variés, nous nous sommes concentrés sur la culture en taillis à très courtes rotations.

L'augmentation de la fréquence et de la durée des épisodes de sécheresse estivales est un problème environnemental majeur pour les plantations. L'avancée du réchauffement climatique fait que le peuplier ne se retrouvera plus à terme dans des conditions propices à son développement. Les conditions de l'insertion de ces itinéraires de culture dans les exploitations agricoles restent donc à évaluer d'un point de vue environnemental. Il serait à ce titre nécessaire de déterminer les cultivars les plus productifs et aptes à s'acclimater aux conditions environnementales futures.

Mon stage s'inscrit dans le cadre d'un projet d'intérêt régional (APR-IR 2017 région CVL) coordonné par l'équipe ARCHE (Arbres et Réponses aux Contraintes Hydriques et Environnementales) du LBLGC (Laboratoire de Biologie des Ligneux et des grandes Cultures). Le projet a pour objectif général d'identifier des leviers génétiques pour l'amélioration de (1) l'empreinte environnementale des plantations (en termes d'eau, d'éléments minéraux), (2) la résilience des plantations (tolérance à la sècheresse), et (3) le rendement de conversion en énergie de la biomasse, notamment via la production de bioéthanol. La réponse à l'environnement est abordée au travers de plusieurs caractères clés, notamment la dynamique des réserves. Le but de mon stage était d'effectuer des dosages glucidiques sur le bois de 44 génotypes de peupliers élevés en TTCR sur deux sites contrastés pour leurs conditions météorologiques et pédologiques (contexte « pédoclimatique ») afin de faire une évaluation variétale de l'effet des conditions climatiques et du génotype.

Nous testerons plusieurs hypothèses :

? Les conditions pédoclimatiques défavorables poussent les peupliers à puiser dans leurs réserves d'amidon alors qu'en conditions favorables, les arbres n'en ont pas besoin.

? Il y aura des variation phénotypiques entre les génotypes au sein d'un même site de culture en ce qui concerne l'allocation des glucides.

? La constitution des réserves de NSC est privilégiée par rapport à la croissance en conditions défavorables et inversement en conditions favorables.

4

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