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

11 - Aude

Du 10 juillet au 29 août

ATELIERS
MOULIN À PAPIER DE BROUSSES

Tous les mercredis du 14 juillet au 25 août : ateliers d'initiation à l'impression Monotype.
Du 10 juillet au 29 août : ateliers calligraphie et aquarelle.
Toutes les dates et Renseignement sur https://www.moulinapapier.com/agenda

Moulin à Papier de Brousses
11390 Brousses et Villaret
04 68 26 67 43
www.moulinapapier.com


25 - Doubs

Jusqu'au 9 janvier 2022

EXPOSITION
"DESTINS DE CIRQUE"

Cette exposition présente les destins des femmes et hommes du cirque entre ombres et lumières. Costumes, affiches, instruments de musique, gravures originales, films … évoquent l’art du cirque du XVIIIe siècle à nos jours.
Les fabuleux dessins aquarellés des sœurs Vesque, les planches uniques du grand costumier Gérard Vicaire éclairent ces destins de cirque.

Saline royale
Grande rue
25610 ARC-ET-SENANS
03 81 54 45 45
www.salineroyale.com


34 - Hérault

Jusqu'au 22 août

EXPOSITION
"TISSER LA NATURE, XVE-XXIE SIÈCLE"

Le Musée de Lodève vous invite dans un univers riche et foisonnant, composé de tapis et de tapisseries représentant la nature du XVe au XXIe siècle. Grâce au parcours familial proposé, prenez le temps d'entrer dans les détails,  de vous immerger dans ces immenses compositions(jusqu’à 7 mètres de long)... En raison des restrictions actuelles, il est très important de confirmer votre présence en précisant à quelle heure vous souhaitez venir.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


41 - Loir et Cher

Jusqu'au 6 novembre

SON & LUMIERE
CHATEAU ROYAL DE BLOIS

Chaque soir, dès la tombée de la nuit, devenez le témoin d'une expérience époustouflante !
Sur les 4 façades de la cour, projections d'images vidéo monumentales et effets spéciaux immersifs s’emparent de l’architecture grandiose des lieux, métamorphosent le château et lui donnent vie.

Office de Tourisme de Blois-Chambord
23 place du château
41000 Blois
02 54 90 41 41
www.bloischambord.com


46 - Lot

Jusqu'au 26 septembre

EXPOSITION MUSEE CHAMPOLLION
"DONGBA.DES PICTOGRAMMES NAXI À L’ART CONTEMPORAIN"

L’exposition présente un panorama complet de la culture Dongba à travers une collection de manuscrits, de peintures sacrées, de costumes et d’instruments de la culture divinatoire dongba jusqu’aux plus importants pionniers de la création contemporaine de style Dongba.

Musée Champollion
Place Champollion
46100 Figeac
05 65 50 31 08
www.musee-champollion.fr


50 - Manche

Jusqu'au 1er novembre

EXPOSITION
"RIVAGES"

Photographe et aventurière, Amélie Blondiaux a parcouru à l'automne 2020 l'intégralité du GR 223 pour capter les nombreuses facettes du littoral de la Manche et promouvoir la mobilité douce dans le département.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


Jusqu'au 2 janvier 2022

EXPOSITION
"LE PEUPLE DES DUNES, DES GAULOIS SOUS LA PLAGE"

Menée en partenariat avec l’INRAP. Dans cette exposition visant à valoriser le site archéologique gaulois découvert sous la plage d’Urville-Nacqueville, c’est une véritable immersion dans la vie quotidienne de nos ancêtres, à la fois navigateurs et commerçants, qui vous sont proposée.

Manoir du Tourp
Omonville-la-Rogue
50440 La Hague  
02 33 01 85 89
www.letourp.com


56 - Morbihan

Du 5 juillet au 27 août

ATELIERS
JARDIN BOTANIQUE YVES ROCHER

Cet été, vivez les Ateliers Nature de nos Botanistes et animateurs ! Tous les jours, 3 formats d’Atelier (30min, 1h et 1h30), payants et sur réservation. A partir de 3 € par personne

Jardin Botanique Yves Rocher
La Croix des Archers
56200 La Gacilly
02 99 08 37 36
www.jardinbotanique-yvesrocher.fr


Du 8 juillet au 22 août

EXPERIENCES BIEN-ÊTRE
JARDIN BOTANIQUE YVES ROCHER

Selon l’Activité, rendez-vous au Jardin Botanique Yves Rocher ou à La Grée des Landes, Eco-Hôtel Spa Yves Rocher. Tous les jeudis à 15h. Payant et sur réservation – 4 € par personne

Jardin Botanique Yves Rocher
La Croix des Archers
56200 La Gacilly
02 99 08 37 36
www.jardinbotanique-yvesrocher.fr


71 - Saone et Loire

Jusqu'au 31 décembre

EXPOSITION
"LES COULEURS DU CHAROLAIS-BRIONNAIS"

Ils sont nés ici, y ont grandi ; ils y résident pour la plupart ou y séjournent durant les vacances…leur point commun ? Ils l’ont tous dans la tête et dans le cœur ! Le Charolais-Brionnais sera mis à l’honneur à travers 130 photographies des membres du groupe Facebook « Les Couleurs du Charolais-Brionnais ».

La Maison du Charolais
43 Route de Mâcon, RCEA N79 sortie 12
71120 Charolles
03 85 88 04 00
www.maison-charolais.com


76 - Seine-Maritime

Jusqu’au 4 septembre

EXPOSITION
"PLAYMOBIL, LE MONDE DE L’IMAGINATION"
 
Personnages mythologiques, histoires fantastiques, contes populaires et héros magiciens, tous vont se côtoyer dans de nombreuses scénettes dans les salles de la mythothèque de l’Historial Jeanne d’arc.
Tarifs : 2,50 €, gratuit pour les moins de 6 ans. Exposition gratuite si visite de l’Historial Jeanne d’Arc.
Renseignement : http://www.historial-jeannedarc.fr/exposition-playmobil-le-monde-de-limagination/

Historial Jeanne d’Arc
7 rue Saint Romain
76000 Rouen
02 35 52 48 00

Lieux:

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