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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 . . .

02 - Aisne

Le 27 septembre

VISITE GUIDEE NOCTURNE

A la tombée de la nuit, l'homme mystère vous conte l'histoire du fort à la lumière de la lanterne.

Fort de Condé
20 ter rue du Bois Morin
02880 Chivres-Val
03 23 54 40 00
www.fortdeconde.com


03 - Allier

Jusqu'au 30 septembre

EXPOSITION
"HALTE AUX ENVAHISSEURS"

Découvrez les espèces exotiques envahissantes installées sur le trrritoire de Montluçon Communauté.
Des conseils sont également donnés pour les identifier et éviter leur propagation.

Maison de la Combraille
Place Pierre Bitard
03420 Marcillat-en-Combraille
04 70 51 10 23
maisondelacombraille.over-blog.com


07 - Ardèche

Jusqu'au 11 octobre

CANOE KAYAK EN ARDECHE

Canoë Kayak 07 propose cette saison des journées découvertes permettant de découvrir cette activité gratuitement.
Les 17 et 24 mai, 7, 14, 21, 28 juin, 5 juillet, 30 aout, 6, 13, 20, 27 septembre et 4, 11 octobre.
Mini-descente du pont d’Arc, 8 km, le matin à 9h à AM à 15h, sur réservation au 04 75 37 17 79 ou par email : charmasson.yves@wanadoo.fr

Canoë Kayak 07
Quartier de Châmes
07150 Vallon Pont d’Arc
04 75 88 03 06
www.canoekayak07.com


09 - Ariège

Le 23 octobre

ANIMATION
"VIENS GOÛTER À LA MAISON" et "PERLES PRÉHISTORIQUES"

De 14h00 à 17h30, à l’aide de silex, d’os, de grès ou encore de cuir, vous découvrirez comment réaliser des éléments de parures en stéatite. Ainsi embellis, vous pourrez déguster un délicieux goûter maison.
Sur inscription. Adulte 8,50 €, enfant 7 €.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr


Le 19 octobre

INITIATION AU TRAVAIL MANUEL DU BOIS

De 14h00 à 17h30, venez découvrir le travail manuel du bois tout au long de cette après-midi. Vous fabriquerez une spatule grâce à la plane et au banc à planer (sorte de banc-étau) et peut être d’autres objets en bois du quotidien.
Sur inscription. Adulte 18 €, enfant 15 €.

Au Pays des Traces
Ferme de Miguet
09190 Saint-Lizier    
05 61 66 47 98
www.paysdestraces.fr


18 - Cher

Le 28 septembre

SPECTACLE MUSEUM
"CABINET DE CURIOSITÉS ZOOPOÉTIQUES"

Un spectacle en hommage à la fantaisie des hommes qui produit depuis des siècles des légendes autour des animaux imaginaires !
Par la Cie du Petit Théâtre Dakoté, avec les CDC Pays de Nérondes et des Trois Provinces À partir de 16h30 visite libre de La Tuilerie 18h début du spectacle - 6 € (entrée + spectacle).

La Tuilerie
27 rue du lieutenant Petit
18150 La Guerche-sur-l’Aubois
02 48 74 23 93
www.ciap-latuilerie.fr


Jusqu'au 2 novembre

EXPOSITION
"PORTRAITS DE JARDINS"

Du jardin médiéval, vivrier et médicinal, jusqu’aux jardins ouvriers nourriciers en passant par le jardin ornemental et le jardin sauvage réserve de biodiversité, l’exposition vous propose de parcourir une histoire des jardins intimement liée à celle des Hommes.

La Tuilerie
27 rue du lieutenant Petit
18150 La Guerche-sur-l’Aubois
02 48 74 23 93
www.ciap-latuilerie.fr


21 - Côte d'Or

► Jusqu'au 17 novembre

EXPOSITION
"NATURE INCOGNITO" : la face cachée des villes

Vous me reconnaissez ? Je fais partie des millions d’espèces sauvages, animales ou végétales qui vivent dans les villes, tout près de chez nous et qui, pour la plupart, demeurent « Incognito » !
La nouvelle exposition du Jardin des sciences & Biodiversité vous invite à voir la ville autrement

Le Jardin des Sciences
Parc de l’Arquebuse
1 avenue Albert 1er & 14 rue Jehan de Marville
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


22 - Côtes d'armor

► Le 22 septembre

JOURNEE DU PATRIMOINE
PLANETARIUM DE BRETAGNE

A 15h, séance "Voyage au coeur du Moyen-âge" : venez découvrir un pan méconnu de l'histoire bretonne au Planétarium de Bretagne.
A 16h, séance "Hubble" : venez découvrir les magnifiques images prise par le télescope spatial Hubble.

Planétarium de Bretagne
Parc du Radôme
22560 Pleumeur-Bodou
02 96 15 80 30
www.planetarium-bretagne.fr


25 - Doubs

Jusqu'au 5 janvier 2020

EXPOSITION
« LE MONDE DE JULES VERNE »

L’exposition présente le créateur et poète, évoque ses voyages extraordinaires d’un nouveau genre littéraire puis explore sa quête de l’ailleurs.
Gravures, affiches de cinéma, maquettes, dessins de reconstitutions des machines de Jules Verne, carte géante représentant les itinéraires des personnages…rythment le parcours de l’exposition.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
www.salineroyale.com


Du 15 février au 3 mai 2020

EXPOSITION
« GEORGES FESSY ET LA PHOTOGRAPHIE »

Exposition en coproduction avec le Familistère de Guise. Georges Fessy et la photographie est une rétrospective présentée à travers plus d’une centaine de photographies qui traduit la diversité d’une vie de photographe : paysages, portraits, natures mortes, objets d’art, vues d’architectures.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
www.salineroyale.com


26 - Drôme

Les 21 et 22 septembre

JOURNÉES EUROPÉENNES DU PATRIMOINE
"ARTS & DIVERTISSEMENTS"

Découvrez le pays de Dieulefit-Bourdeaux avec des activités jeune public et à faire en famille :
- parcours d’orientation jeune public dans la viale de Dieulefit
- Rando Quizz pour petits et grands dans la Viale de Bourdeaux
- Découverte du vieux village de Bourdeaux à travers les yeux d'un tailleur de pierre
- Chasse aux mots cachés dans le vieux village du Poët-Laval

Office de Tourisme Pays de Dieulefit-Bourdeaux
1 place Abbé Magnet
26220 Dieulefit
04 75 46 42 49
www.dieulefit-tourisme.com


Jusqu'au 24 septembre

EXPOSITION
Tableaux de l'artiste Brigitte Nêmes

Jardin Zen d’Erik Borja
26600 Beaumont-Monteux
04 75 07 32 27
www.erikborja.fr


34 - Hérault

Jusqu'au 23 février 2020

EXPOSITION
Ensor, Magritte, Alechinsky...

L'exposition invite à un cheminement sensible sur les sentiers de l'art Belge à travers une sélection de chefsd’oeuvre des collections du Musée d'Ixelles (Bruxelles).

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


39 - Jura

Les 21 et 22 septembre

JOURNÉES EUROPÉENNES DU PATRIMOINE
MUSÉE DE LA LUNETTE

Tout le week-end sur le parvis du Musée : création d'une oeuvre illusion d'optique éphémère par l'artiste Streepainter 3D JM Navallo.

Musée de la Lunette
Place Jean Jaurès
39400 Morez - Hauts de Bienne
03 84 33 39 30
www.musee-lunette.fr


48 - Lozère

Le 24 septembre

VANNERIE

Agnès apportera ses connaissances et son savoir-faire. Les plus courageux pourront s'essayer à la tâche. De 14h30 à 17h.

La Ferme Caussenarde d'Autrefois
Hyelzas, 48150 Hures-La Parade
04 66 45 65 25
www.ferme-caussenarde.com


Jusqu'au 30 octobre

EXPOSITION PHOTOS

Jérôme Lauze propose de découvrir "La Lozère En Toutes Saisons".

La Ferme Caussenarde d'Autrefois
Hyelzas, 48150 Hures-La Parade
04 66 45 65 25
www.ferme-caussenarde.com


50 - Manche

Jusqu'au 5 janvier 2020

EXPOSITION
"DÉTOURS EN COTENTIN"

Il y a sept ans, la famille du photographe Gustave Bazire (1893-1941) découvre 1 400 plaques de verre. Aujourd'hui, le Cotentin expose les vues de l'artiste.

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


68 - Haut-Rhin

 ► Jusqu'au 29 septembre

EXPOSITION
"PENNY TOYS, JOUETS CENTENAIRES À QUAT’SOUS"

Une rétrospective inédite à Soultz sur des jouets peu connus du grand public, les penny toys. Ils étaient vendus par des colporteurs dans les foires et marchés du 19e siècle aux années 1950. Bon marché, ces jouets étaient accessibles au plus grand nombre et cachaient souvent, en prime, une friandise, un bonbon…

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


 ► Les 21 et 22 septembre

JOURNÉES EUROPÉENNES DU PATRIMOINE
MUSÉES DE SOULTZ

Nef des Jouets : Exposition "Penny Toys, jouets centenaires à quat’sous". Des jeux géants (morpion, puissance 4, cartes, petits chevaux…) seront mis en place dans les étages.
Bucheneck : Exposition "Les couleurs de l’Alsace" - acryliques de Erika Rosson.
Dans les deux musées : dimanche durant toute l’après-midi, récitals et pièces pianistiques, par Sarah Frick et Sandrine Weidmann et Structures gonflables dans les jardins des musées.

La Nef des Jouets
12 rue Jean Jaurès - 68360 Soulz
03 89 74 30 92
Musée du Bucheneck
Rue Kageneck- 68360 Soulz
03 89 76 02 22


71 - Saône et Loire

Jusqu'au 3 novembre

EXPOSITION
"VU, PAS VU, PAS PRIS …"
Mimétisme et camouflage dans la nature

Manger ou être mangé... la lutte pour la survie dans le monde animal passe par différents stratagèmes. Illustrations, animaux vivants ou naturalisés, tout est mis en œuvre dans l’exposition pour que mimétisme, camouflage, et dissimulation n’aient plus de secret pour vous.

Centre Eden
26 rue de l’Eglise
71290 Cuisery
03 85 27 08 00
www.centre-eden71.fr


78 - Yvelines

Octobre

FÊTE DU GOÛT

Textures, saveurs, odeurs, goûts et parfum seront à l'honneur. Eveillez vos sens en dégustant et en analysant les yaourts de la ferme de Grignon ! Réservée aux 7-12 ans, réservation obligatoire.

Ferme de Grignon - AgroParisTech
Route de la Ferme
01 30 54 37 34
www.fermedegrignon.fr


Les 5 & 6 et 12 & 13 octobre

BRÂME DU CERF À CHEVAL

A l'aube ou à la tombée de la nuit, venez écouter le brâme des cerfs, en profitant d’une agréable promenade en pleine forêt de Rambouillet. En petit groupe de cavaliers confirmés, partez à la découverte du grand cervidé qui peuple les forêts de la région. Infos et réservation sur : https://lacense.com

Le Haras de la Cense
RD 988
78730 Rochefort-en-Yvelines
01 30 88 49 00


87 - Haute-Vienne

Les 21 et 22 septembre

JOURNÉES DU PATRIMOINE
LE JARDIN DE LILIANE
Jardin remarquable

Visites guidée à 14h30. Salon de thé, vente de plantes... 5 € - Gratuit jusqu'à 16 ans.

Le Jardin de Liliane
Chateau des Bermondet
87310 Saint-Laurent-sur-Gorre
06 43 89 33 59
http://www.jardindeliliane.com

Lieux:

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