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Évolution : 200 000 ans dans la vie d’une forêt virtuelle
Actualités

Évolution : 200 000 ans dans la vie d’une forêt virtuelle

Sur une île virtuelle, Christophe Eloy, de Centrale Marseille, et ses collègues ont semé des graines d’arbres, elles aussi virtuelles, pour les voir pousser, produire de nouvelles graines, observer l’apparition de mutations génétiques et le résultat de la sélection naturelle. Les chercheurs ont ainsi mis en évidence deux facteurs qui influent particulièrement sur l’évolution des arbres et notamment sur leur structure : la résistance au vent et la compétition pour la lumière du soleil.

La géométrie des arbres suit certaines relations mathématiques simples, nommées lois d’échelles allométriques. Par exemple, Léonard de Vinci avait observé que la somme des sections des branches connectées au tronc était égale à la section de ce tronc. De façon plus générale, la structure en branches  est dite auto-similaire car elle se reproduit à toutes les échelles depuis le tronc et les branches principales jusqu’aux plus petites branches, sur le même principe que les fractales. Les lois allométriques relient encore d’autres grandeurs : la masse moyenne d’un arbre au nombre d’arbres par hectare – c’est la loi d’auto-éclaircie –, ou la hauteur de l’arbre à son diamètre. Les explications classiquement avancées pour justifier ces observations sont d’origine mécanique et hydraulique : les arbres sont contraints à cette géométrie afin de ne pas s’effondrer sous leur propre poids et pour pouvoir faire monter la sève des racines jusqu’aux feuilles.  

Les modèles développés à partir de ces principes négligent cependant deux facteurs de première importance : le rôle du vent qui exerce une importante contrainte mécanique sur les branches, élaguant les branches trop faibles et abattant les arbres mal équilibrés, et la compétition pour l’accès à la lumière. Le rayonnement solaire est indispensable à la photosynthèse, qui produit les ressources de l’arbre. Ainsi des arbres plus hauts et plus étendus capteront mieux la lumière et feront de l’ombre à d’autres espèces plus petites. À ces deux actions ont été rajoutés deux ingrédients issus des dernières recherches en biologie végétale : la capacité des arbres à percevoir les déformations liées au vent (on parle de thigmomorphogenèse) et la lumière qui arrive sur leurs bourgeons, et d’y réagir en modulant leur croissance !

Pour en savoir plus sur l'interaction de tous ces facteurs, Christophe Eloy et ses collègues ont développé un modèle numérique nommé MechaTree. Les arbres sont définis par un vaste éventail de caractéristiques : la longueur et le diamètre des branches, l’importance et la transparence du feuillage, la vitesse de croissance, etc. En principe, un arbre transmet ses caractéristiques à sa descendance, mais les chercheurs ont conçu leur modèle de sorte que ces paramètres puissent éventuellement varier d’une génération à une autre de façon aléatoire. Ils simulent ainsi l’apparition de mutations aléatoires.

Le modèle est divisé en cycles comprenant chacun plusieurs étapes. Pour commencer, le programme calcule la quantité de lumière reçue par le feuillage de chaque arbre et la résistance mécanique de chaque branche. Il procède alors à une étape de pousse du diamètre des branches en fonction l’énergie produite par photosynthèse et des stimulations exercées parle vent. Un vent de force et de direction arbitraire souffle alors sur la forêt et casse les branches qui ne sont pas assez résistantes : c’est la phase d’élagage. Une sélection s’opère alors : les arbres qui ont atteint l’âge respectable de 1 000 ans ou ceux de plus de 6 ans qui ont moins de dix branches meurent. Pour les arbres survivants commence alors la pousse de nouvelles branches et la production de graines. La croissance d’un arbre est contrôlée par un réseau de neurones qui détermine où une nouvelle branche pousse, selon quelle direction (en fonction de la lumière perçue), etc. Les graines sont semées et de nouveaux arbres poussent. Un nouveau cycle peut alors commencer.

Les chercheurs ont initié leur simulation avec plusieurs milliers d’arbres dotés de « génomes » aléatoires plantés sur une île, afin d’avoir un environnement isolé. Ils ont fait courir leur simulation pendant l’équivalent de dizaines de milliers d’années (jusqu’à 200 000 ans, soit des milliers d’heures de calcul). Ils ont ainsi vu sous leurs yeux les générations d’arbres se succéder et la sélection naturelle opérer. Les arbres dont les caractéristiques n’étaient pas compétitives ont fini par disparaître et ceux qui avaient un génome avantageux se sont imposés.

Quels ont été les résultats de cette simulation ? L’arbre qui domine l’île à la fin de la simulation présente des caractéristiques proches de celles des pins à pignon. Et les chercheurs ont retrouvé toutes les lois d’échelle connues : la loi de Léonard de Vinci, la dimension fractale des branches, la loi d’auto-éclaircie et le lien entre taille et diamètre de l’arbre. Ils ont pu identifier le rôle de chaque facteur dans ce résultat. La compétition pour l’accès à la lumière et la transparence du feuillage conduisent à la dimension fractale de l’arbre tandis que la réponse au vent, la thigmomorphogenèse, contrôle le diamètre des branches. Cela n’écarte pas le rôle du transport de sève dans la structure des arbres, un rôle dont l’importance pourrait varier selon les conditions climatiques et environnementales où poussent les arbres.


Source : Pour la science
Crédit : C. Eloy/Centrale Marseille

Un arbre typique obtenu à la fin de la simulation. Les couleurs définissent l’ordre des branches. On retrouve une structure autosimilaire à toutes les échelles de branches (sur le même principe que les fractales), comme dans les vrais arbres.

Évolution : 200 000 ans dans la vie d’une forêt virtuelle Actualités

Évolution : 200 000 ans dans la vie d’une forêt virtuelle

Sur une île virtuelle, Christophe Eloy, de Centrale Marseille, et ses collègues ont semé des graines d’arbres, elles aussi virtuelles, pour les voir pousser, produire de nouvelles graines, observer l’apparition de mutations génétiques et le résultat de la sélection naturelle. Les chercheurs ont ainsi mis en évidence deux facteurs qui influent particulièrement sur l’évolution des arbres et notamment sur leur structure : la résistance au vent et la compétition pour la lumière du soleil.

La géométrie des arbres suit certaines relations mathématiques simples, nommées lois d’échelles allométriques. Par exemple, Léonard de Vinci avait observé que la somme des sections des branches connectées au tronc était égale à la section de ce tronc. De façon plus générale, la structure en branches  est dite auto-similaire car elle se reproduit à toutes les échelles depuis le tronc et les branches principales jusqu’aux plus petites branches, sur le même principe que les fractales. Les lois allométriques relient encore d’autres grandeurs : la masse moyenne d’un arbre au nombre d’arbres par hectare – c’est la loi d’auto-éclaircie –, ou la hauteur de l’arbre à son diamètre. Les explications classiquement avancées pour justifier ces observations sont d’origine mécanique et hydraulique : les arbres sont contraints à cette géométrie afin de ne pas s’effondrer sous leur propre poids et pour pouvoir faire monter la sève des racines jusqu’aux feuilles.  

Les modèles développés à partir de ces principes négligent cependant deux facteurs de première importance : le rôle du vent qui exerce une importante contrainte mécanique sur les branches, élaguant les branches trop faibles et abattant les arbres mal équilibrés, et la compétition pour l’accès à la lumière. Le rayonnement solaire est indispensable à la photosynthèse, qui produit les ressources de l’arbre. Ainsi des arbres plus hauts et plus étendus capteront mieux la lumière et feront de l’ombre à d’autres espèces plus petites. À ces deux actions ont été rajoutés deux ingrédients issus des dernières recherches en biologie végétale : la capacité des arbres à percevoir les déformations liées au vent (on parle de thigmomorphogenèse) et la lumière qui arrive sur leurs bourgeons, et d’y réagir en modulant leur croissance !

Pour en savoir plus sur l'interaction de tous ces facteurs, Christophe Eloy et ses collègues ont développé un modèle numérique nommé MechaTree. Les arbres sont définis par un vaste éventail de caractéristiques : la longueur et le diamètre des branches, l’importance et la transparence du feuillage, la vitesse de croissance, etc. En principe, un arbre transmet ses caractéristiques à sa descendance, mais les chercheurs ont conçu leur modèle de sorte que ces paramètres puissent éventuellement varier d’une génération à une autre de façon aléatoire. Ils simulent ainsi l’apparition de mutations aléatoires.

Le modèle est divisé en cycles comprenant chacun plusieurs étapes. Pour commencer, le programme calcule la quantité de lumière reçue par le feuillage de chaque arbre et la résistance mécanique de chaque branche. Il procède alors à une étape de pousse du diamètre des branches en fonction l’énergie produite par photosynthèse et des stimulations exercées parle vent. Un vent de force et de direction arbitraire souffle alors sur la forêt et casse les branches qui ne sont pas assez résistantes : c’est la phase d’élagage. Une sélection s’opère alors : les arbres qui ont atteint l’âge respectable de 1 000 ans ou ceux de plus de 6 ans qui ont moins de dix branches meurent. Pour les arbres survivants commence alors la pousse de nouvelles branches et la production de graines. La croissance d’un arbre est contrôlée par un réseau de neurones qui détermine où une nouvelle branche pousse, selon quelle direction (en fonction de la lumière perçue), etc. Les graines sont semées et de nouveaux arbres poussent. Un nouveau cycle peut alors commencer.

Les chercheurs ont initié leur simulation avec plusieurs milliers d’arbres dotés de « génomes » aléatoires plantés sur une île, afin d’avoir un environnement isolé. Ils ont fait courir leur simulation pendant l’équivalent de dizaines de milliers d’années (jusqu’à 200 000 ans, soit des milliers d’heures de calcul). Ils ont ainsi vu sous leurs yeux les générations d’arbres se succéder et la sélection naturelle opérer. Les arbres dont les caractéristiques n’étaient pas compétitives ont fini par disparaître et ceux qui avaient un génome avantageux se sont imposés.

Quels ont été les résultats de cette simulation ? L’arbre qui domine l’île à la fin de la simulation présente des caractéristiques proches de celles des pins à pignon. Et les chercheurs ont retrouvé toutes les lois d’échelle connues : la loi de Léonard de Vinci, la dimension fractale des branches, la loi d’auto-éclaircie et le lien entre taille et diamètre de l’arbre. Ils ont pu identifier le rôle de chaque facteur dans ce résultat. La compétition pour l’accès à la lumière et la transparence du feuillage conduisent à la dimension fractale de l’arbre tandis que la réponse au vent, la thigmomorphogenèse, contrôle le diamètre des branches. Cela n’écarte pas le rôle du transport de sève dans la structure des arbres, un rôle dont l’importance pourrait varier selon les conditions climatiques et environnementales où poussent les arbres.


Source : Pour la science
Crédit : C. Eloy/Centrale Marseille

Un arbre typique obtenu à la fin de la simulation. Les couleurs définissent l’ordre des branches. On retrouve une structure autosimilaire à toutes les échelles de branches (sur le même principe que les fractales), comme dans les vrais arbres.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

22 - Côtes d'Armor

►Le 20 mars

SORTIE NATURE
"LA NUIT DE LA GRENOUILLE"

Une soirée de découverte des amphibiens, qui se déroule en deux temps : un diaporama en salle suivi d’une sortie de terrain. Une animation destinée à toute la famille pour découvrir la vie aquatique d'une mare et plus particulièrement les amphibiens qui y vivent. Sur réservation uniquement. Informations au 02 96 50 60 04 (place limitées).

Château de la Hunaudaye
22270 Plédéliac
02 96 34 82 10
www.la-hunaudaye.com

25 - Doubs

►Du 1er mai 2026 au 14 février 2027

EXPOSITION 
"MYSTIFICATION" - ARCHITECTURE ET CINÉMA, LA QUÊTE DE L’ILLUSION

À une époque où les frontières entre le réel et la fiction sont brouillées, l’architecture et le cinéma se rencontrent pour vous inviter à une expérience visuelle immersive à travers l’art de l’illusion.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

►Du 7 juin au 18 octobre 

FESTIVAL DES JARDINS
"LES INSECTES : LE MONDE DE LA MÉTAMORPHOSE"

Dans les nouveaux jardins du Festival, découvrez un monde visible et fascinant : la beauté des papillons, la mécanique des lucarnes, la cruauté de l’élégante mante religieuse, le vol imposant de l’abeille charpentière ou encore les libellules d’un autre temps…

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

38 - Isère

►Le 22 mars

VOYAGE MUSICAL ET SENSORIEL 

Autour de la thématique de la nature et des océans, venez écouter, expérimenter et découvrir les différentes familles d’instruments. Conçu spécialement pour le jeune public accompagné d’un adulte, cet atelier propose une immersion progressive dans l’univers musical à partir d'un conte. 

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

►Jusqu'au 30 mars  

EXPOSITION
"PEINDRE LA LUMIÈRE, DE LA MAQUETTE AU VITRAIL"

Arcabas (1926-2018) s’est intéressé toute sa vie au vitrail qu’il abordait en tant que peintre avant tout. De l'expérience fondatrice de l'église Saint-Hugues aux dernières réalisations du Sacré-Cœur de Grenoble et de Saint-Christophe-sur-Guiers, l’exposition met l’accent sur les maquettes créées par Arcabas et la façon dont elles ont été traduites par les maitres verriers.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

39 - Jura

►Le 25 mars

CONFÉRENCE
"LA CONTREBANDE DU SEL EN FRANCHE-COMTÉ AU XVIIIᵉ SIÈCLE"

Pour les Nocturnes de l’Histoire, André Ferrer, vous entraîne au cœur de la contrebande du sel en Franche-Comté au XVIIIe siècle. Une conférence passionnante, suivie d’un temps d’échanges. Entrée gratuite. Sur réservation.

Grande Saline de Salins-les-Bains
3 Place des Salines
39110 Salins les Bains
03 84 73 10 92
www.grande-saline.com

42 - Loire

►Le 26 mars

BOURSE D'ÉCHANGES
PARC NATUREL REGIONAL DU PILAT

Le Parc naturel regional du Pilat organise à Jonzieux le jeudi 26 mars 2026 une bourse d échanges de matériel publicitaire des 50 sites cotisant à l'office de tourisme du PARC.
Cette manifestation est une tournante dans des villages différents chaque année depuis l'an 2000.

Contact : 
Musée de la Passementerie
5 rue des passementiers
42660 Jonzieux
04 77 39 93 38
www.maison-passementerie.info

52 - Haute-Marne

►Jusqu'au 19 avril 

EXPOSITION 
"175 ANS DE CRÉATION BRASSICOLEÀ SAINT-DIZIER"

La brasserie du fort carré a été un des fleurons économiques de Saint-Dizier. En activité de 1796 à 1955, elle marqué le paysage urbain de la ville, et est à l’origine de la construction de la Tour Miko. Des techniques de productions de la bière, au nombreux objets publicitaires, l’exposition retracera l’histoire d’une brasserie restée dans les mémoires.

Musée de Saint-Dizier
17 rue de la Victoire 
52100 Saint-Dizier
03 25 07 31 50
www.saint-dizier.fr

67 - Bas-Rhin

►Les 21 & 22 mars

"DÉFIS EN CASCADE !"
JOURNÉE MONDIALE DE L’EAU

Flotte ou coule, colle ou colore : explorez les propriétés physiques de l’eau à travers des défisludiques à réaliser en famille. Observez, testez, créez et laissez-vous surprendre en découvrant lesnotions de densité, pression, capillarité et pH. À partir de 3 ans.

Le Vaisseau
1 bis rue Philippe Dollinger 
67100 Strasbourg
03 69 33 26 69
www.levaisseau.com

►Jusqu’au 29 mars

EXPOSITION
"UN AMOUR DE LALIQUE – UNE IDÉE DE PARADIS"

Une sélection d’œuvres de la collection du Fonds Régional d’Art Contemporain (FRAC) Alsace entre en résonance avec un choix effectué parmi les pièces conservées au musée Lalique. Pour cette première collaboration, c’est une certaine vision du paradis qui est proposée au fil de l’exposition. 

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

►Les 28 & 29 mars

LES SPECTACLES
"MINI CURIEUX"

La version Mini du Curieux Festival revient au Vaisseau ! Au programme : un week-end despectacles, de sciences et de merveilles pour faire germer la curiosité des enfants dès le plus jeuneâge. Tout publi. cRéservation et modalités sur lecurieuxfestival.com.

Le Vaisseau
1 bis rue Philippe Dollinger 
67100 Strasbourg
03 69 33 26 69
www.levaisseau.com

68 - Haut-Rhin

►Jusqu'au 28 juin

EXPOSITION 
"JOUSTRA, DES JOUETS MADE IN ALSACE"

Contraction de "JOUets de STRAsbourg", Joustra a produit de nombreux jouets avec un pic de popularité dans les années 1950 et 1960. Grâce à la collection d’un passionné bas-rhinois, Claude Schwach, venez découvrir tous types de jouets : jouets mécaniques, jouets téléguidés puis radiocommandés, voitures, grues, engins de chantier, bateaux, jeux scientifiques puis plus tard le célèbre télécran...

La Nef des Jouets
12 rue Jean Jaurès
68360 Soultz
03 89 74 30 92
www.ville-soultz.fr

75 - Paris

►Jusqu'au 10 janvier 2027

ZEUS, LE CHEVAL MÉTALLIQUE AU MUAM

Le musée accueille sur son parvis le cheval métallique Zeus, œuvre monumentale qui a marqué les esprits lors de la cérémonie d’ouverture des Jeux Olympiques et Paralympiques de Paris 2024.
Jusqu'au 29 mars 2026, dans le chœur de l’église Saint-Martin-des-Champs du MuAM, une exposition exceptionnelle intitulée "Zeus, chef-d’œuvre d’artisans" retrace la genèse et la fabrication de cette œuvre.

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 13 décembre

EXPOSITION
"CHAÏM KALISKI - JIM D’ETTERBEEK"

Double graphique de l’artiste, Jim d’Etterbeek est le titre d’une monumentale œuvre dessinée sur l’Occupation à Bruxelles, constituée de plus de cinq mille dessins de Chaïm-Charles Kaliski (1929-2015), être singulier dont l’existence fut à jamais marquée par la Shoah.

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

►Jusqu'au 17 mai 

EXPOSITION "FLOPS" 

Échec, bide, raté, fiasco… on estime que neuf innovations sur dix échouent et les raisons de la galère ne sont pas toujours évidentes ! En explorant les "bides" comme les trajectoires de réussites inattendues, l’exposition Flops-?! propose une lecture bienveillante de l’échec et ouvre la voie à une découverte singulière des collections du MuAM – Musée des Arts et Métiers.  

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 31 juillet 

EXPOSITION
"L’ÉTOFFE DES RÊVES"

Le vent de l’Art Brut et du surréalisme soufflera sur les 300 œuvres des 36 artistes réunis dans tout l’espace de la Halle Saint Pierre. "L’Étoffe des rêves" est le fruit d’une collaboration entre la Halle Saint Pierre et le Centre international du surréalisme et de la Citoyenneté mondiale à Saint-Cirq-Lapopie.

Halle Saint Pierre
2 rue Ronsard
75018 Paris
01 42 58 72 89
www.hallesaintpierre.org

84 - Vaucluse

►Le 28  mars

PROJECTION ET CONFÉRENCE
"MATISSE ET LYDIA"

Le Château de Lourmarin accueillera le 28 mars à 15h la projection du film « Matisse et Lydia », suivi d'un échange avec la réalisatrice Élisabeth Kapnist. Ce documentaire sensible retrace la relation entre Henri Matisse et Lydia Delectorskaya, muse et collaboratrice essentielle du peintre pendant plus de vingt ans.

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert 
84160 Lourmarin 
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

Lieux:
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