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Zeste de Science, Pourquoi les arbres ont-ils cette forme ? - ZdS#12

Bonjour à tous !

Si je vous demande de dessiner des branches d'arbres

vous allez sûrement faire quelque chose qui ressemble à ce que fait mon petit frère.

Oui

Quand on a appris à dessiner on avait déjà remarqué que...

il fallait faire une branche puis la diviser en deux

puis que chacune des branches se divisait en branches plus petites, etc.

Léonard de Vinci, lui-même, avait établi à son époque

une relation entre le diamètre du tronc et le diamètre des branches qu'il porte.

Et quand j'ai appris ça, ...

ça m'a sciée.

Mais vous ne vous êtes jamais demandé pourquoi on retrouve toujours plus ou moins cette forme ?

Un groupe de recherche interdisciplinaire

composé de bio-mécaniciens,

de physiciens des systèmes complexes,

d'éco-physiologistes des arbres.

(j'adore les mots de plus de trois syllabes)

Et donc ce groupe s'est intéressé à la question suivante...

Et si la forme des arbres était juste le résultat de la lutte contre le vent

et de la compétition pour accéder à la lumière.

Les chercheurs ont choisi de tester leurs hypothèses par la modélisation.

Et ça donne ça !

Ouais ! Faut reconnaître qu'on est un peu loin du dessin de mon petit frère.

Pour créer ces arbres virtuels, ce n'est pas si simple.

Les chercheurs doivent intégrer tout un tas de connaissances,

en biologie, en mécanique et en météorologie.

Ils vont donner à ces arbres des paramètres qui sont un peu comme leurs gènes.

Par exemple, avoir des feuilles larges et opaques qui captent bien la lumière,

ou des branches solides,

ou être capable de faire pousser de nouvelles branches rapidement.

Et puis le modèle inclut deux règles qui sont issues de deux découvertes récentes.

D'une part, la localisation des nouvelles branches qui bourgeonnent dépend de la lumière reçue.

Et d'autre part, le diamètre des branches est contrôlé par les effets du vent.

Et ça s'appelle la thigmomorphogénèse.

Bam ! Six syllabes !

Parfait !

Sauf que ...

tout ça ne suffit pas expliquer la croissance d'un arbre dans une forêt.

Il manque un élément clé.

L'é-vo-lu-tion.

Oui !

Les paramètres ou les gènes des arbres dont je vous parlais

ont une certaine variabilité à l'échelle d'une forêt.

Un arbre va avoir des branches plus solides,

l'autre va être plus sensible à la lumière.

Et certaines mutations peuvent apparaître au cours de l'évolution

L'évolution est ensuite simulée sur île virtuelle,

baignée de soleil et de vent.

Pourquoi une île ?

Non ! Pas parce que les chercheurs rêvaient de partir en vacances.

Quoique !

Mais parce qu'on peut supposer qu'elle est isolée

et qu'elle ne reçoit pas de graines de l'extérieur.

Voici une représentation des différentes espèces sur une île forêt de vingt mille arbres.

Chacun des points représente un arbre.

Et la taille du point représente l'étendue de son feuillage.

Les couleurs correspondent à des variétés d'arbres différentes,

donc avec des paramètres gènes différents.

Ce qu'on constate d'abord, c'est une sélection naturelle,

enfin virtuelle du coup,

des arbres ayant les propriétés les plus favorables à la survie.

Donc branches robustes, croissance rapide.

Et à la fin, on a plus que la variété d'arbres représentée en vert.

Ah ! Et au cas où vous ne l'auriez pas remarqué,

vous venez de voir l'évolution d'une forêt de vingt mille arbres,

pendant dix mille ans.

Rien que ça !

On peut aussi rentrer dans cette forêt virtuelle et observer la structure des arbres.

Les chercheurs ont mis en évidence que la compétition pour la lumière

va contrôler la division branches et donner une forme fractale aux arbres.

Et ils ont montré, qu'il existe un lien entre opacité du feuillage et dimension fractale de l'arbre.

De son côté, la réponse au vent,

(pour rappel, thigmomorphogénèse, six syllabes)

influence l'évolution du diamètre des branches

Et en bonus, les chercheurs ont même montré que l'on retrouve la loi de Léonard de Vinci

sur la taille des branches.

Dans un arbre, la somme des sections des branches portées par un tronc

est égale à la section de ce tronc.

En tout cas, cette étude a montré que le couple lumière / vent,

à lui-seul, permet de faire émerger la forme, bien connue, des arbres d'aujourd'hui.

Voilà ! J'espère que vous avez apprécié ce sujet...

parce que moi en tout cas...

ça m'a bien branché.

Et surtout, n'oublie pas de t'abonner !



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Bonjour à tous !

Si je vous demande de dessiner des branches d'arbres

vous allez sûrement faire quelque chose qui ressemble à ce que fait mon petit frère.

Oui

Quand on a appris à dessiner on avait déjà remarqué que...

il fallait faire une branche puis la diviser en deux

puis que chacune des branches se divisait en branches plus petites, etc.

Léonard de Vinci, lui-même, avait établi à son époque

une relation entre le diamètre du tronc et le diamètre des branches qu'il porte.

Et quand j'ai appris ça, ...

ça m'a sciée.

Mais vous ne vous êtes jamais demandé pourquoi on retrouve toujours plus ou moins cette forme ?

Un groupe de recherche interdisciplinaire

composé de bio-mécaniciens,

de physiciens des systèmes complexes,

d'éco-physiologistes des arbres.

(j'adore les mots de plus de trois syllabes)

Et donc ce groupe s'est intéressé à la question suivante...

Et si la forme des arbres était juste le résultat de la lutte contre le vent

et de la compétition pour accéder à la lumière.

Les chercheurs ont choisi de tester leurs hypothèses par la modélisation.

Et ça donne ça !

Ouais ! Faut reconnaître qu'on est un peu loin du dessin de mon petit frère.

Pour créer ces arbres virtuels, ce n'est pas si simple.

Les chercheurs doivent intégrer tout un tas de connaissances,

en biologie, en mécanique et en météorologie.

Ils vont donner à ces arbres des paramètres qui sont un peu comme leurs gènes.

Par exemple, avoir des feuilles larges et opaques qui captent bien la lumière,

ou des branches solides,

ou être capable de faire pousser de nouvelles branches rapidement.

Et puis le modèle inclut deux règles qui sont issues de deux découvertes récentes.

D'une part, la localisation des nouvelles branches qui bourgeonnent dépend de la lumière reçue.

Et d'autre part, le diamètre des branches est contrôlé par les effets du vent.

Et ça s'appelle la thigmomorphogénèse.

Bam ! Six syllabes !

Parfait !

Sauf que ...

tout ça ne suffit pas expliquer la croissance d'un arbre dans une forêt.

Il manque un élément clé.

L'é-vo-lu-tion.

Oui !

Les paramètres ou les gènes des arbres dont je vous parlais

ont une certaine variabilité à l'échelle d'une forêt.

Un arbre va avoir des branches plus solides,

l'autre va être plus sensible à la lumière.

Et certaines mutations peuvent apparaître au cours de l'évolution

L'évolution est ensuite simulée sur île virtuelle,

baignée de soleil et de vent.

Pourquoi une île ?

Non ! Pas parce que les chercheurs rêvaient de partir en vacances.

Quoique !

Mais parce qu'on peut supposer qu'elle est isolée

et qu'elle ne reçoit pas de graines de l'extérieur.

Voici une représentation des différentes espèces sur une île forêt de vingt mille arbres.

Chacun des points représente un arbre.

Et la taille du point représente l'étendue de son feuillage.

Les couleurs correspondent à des variétés d'arbres différentes,

donc avec des paramètres gènes différents.

Ce qu'on constate d'abord, c'est une sélection naturelle,

enfin virtuelle du coup,

des arbres ayant les propriétés les plus favorables à la survie.

Donc branches robustes, croissance rapide.

Et à la fin, on a plus que la variété d'arbres représentée en vert.

Ah ! Et au cas où vous ne l'auriez pas remarqué,

vous venez de voir l'évolution d'une forêt de vingt mille arbres,

pendant dix mille ans.

Rien que ça !

On peut aussi rentrer dans cette forêt virtuelle et observer la structure des arbres.

Les chercheurs ont mis en évidence que la compétition pour la lumière

va contrôler la division branches et donner une forme fractale aux arbres.

Et ils ont montré, qu'il existe un lien entre opacité du feuillage et dimension fractale de l'arbre.

De son côté, la réponse au vent,

(pour rappel, thigmomorphogénèse, six syllabes)

influence l'évolution du diamètre des branches

Et en bonus, les chercheurs ont même montré que l'on retrouve la loi de Léonard de Vinci

sur la taille des branches.

Dans un arbre, la somme des sections des branches portées par un tronc

est égale à la section de ce tronc.

En tout cas, cette étude a montré que le couple lumière / vent,

à lui-seul, permet de faire émerger la forme, bien connue, des arbres d'aujourd'hui.

Voilà ! J'espère que vous avez apprécié ce sujet...

parce que moi en tout cas...

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