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Trees architecture of a broad range of species have been repeatedly as self-similar structures in which branch lengths and diameters vary allometrically within the tree architecture, The currently dominant explanation for such allometric laws results from combining hydraulic optimisation of sap transport with maximal span design versus buckling (through a set of model initiated par the WBE model [1] ). The argument that such “design” could have evolved from mechanical constraints set on trees by wind-loads has been disregarded over the last decades [2].. Using a novel approach combining a Structure-Fonction numerical model of tree growth, light competition and wind&trees interactions with a simulation of the competition and Evolution of heterogeneous forests on a virtual island [4] , we show that all the empirical allometric relationship also emerges from a mechanically-based model based that does not include hydraulics. In this model, called MECHATREE, trees compete for light and the photosynthates are allocated to grow seeds, create new branch segments, or reinforce existing ones through a thigmomorphogenetic response to wind-induced strains [2]. Moreover, wind breaks are modelled as the main selective hazard. These results put emphasis on mechanosensitive growth control and wind breaks as major drivers of the natural selection of tree shapes, especially in habitat in which drought is not as challenging as wind-loads.

[Departement_IRSTEA]Territoires [TR1_IRSTEA]SEDYVIN [ADD1_IRSTEA]Dynamique et fonctionnement des écosystèmes; International audience; Des forêts semi-arides aux forêts boréales, en passant par les biomes méditerranéens, tempérés, et montagnards, 19 équipes ont étudié la plasticité du développement architectural de 18 espèces d'arbres soumis à des variations et stress climatiques dans 8 pays sur 3 continents. L'analyse porte sur la croissance des branches, leur ramification, le nombre et la taille des feuilles, la reproduction qui interfère avec ce développement et la phénologie qui en est l'un des moteurs. Le tout dans le milieu naturel, suivant de larges gradients d'altitude et de latitude, et dans des expérimentations contrôlant le climat (température, exclusion de pluie, irrigation). De façon très homogène, tous les arbres étudiés quel que soit le milieu réagissent aux stress en réduisant leur taux de ramification et le nombre de feuilles, en réduisant la taille des feuilles si la contrainte est hydrique et en modifiant leur stratégie reproductive. Nous montrons que l'adaptation de la surface foliaire à la ressource en eau est largement pilotée par la branchaison. L'inertie architecturale restreint l'adaptation foliaire et tamponne la production de biomasse longtemps après un stress fort ou répété. Le changement climatique modifie la phénologie de ces arbres, ajoutant des contraintes à leur développement. La modélisation du développement architectural des arbres dans ses relations au climat est une avancée significative pour comprendre leur capacité d'adaptation au changement climatique et les risques qui en découlent pour la production forestière.

[Departement_IRSTEA]Territoires [TR1_IRSTEA]SEDYVIN; International audience; Les arbres s'adaptent au changement climatique à différentes échelles de temps et d'espace. Ces adaptations peuvent être phénologique, physiologique, morphologique, génétique, migratoire et autres. Nous présentons particulièrement dans ce travail l'adaptation de l'architecture et du développement des houppiers, phénomènes en partie liés à la phénologie qui évolue très vite avec le climat. Les conséquences des accidents climatiques et de sécheresses répétées sont une forte diminution des taux de ramification et de polycyclisme des branches, du nombre et de la taille des aiguilles, du nombre de cônes. Il en résulte une réduction durable de la surface foliaire. Le réchauffement climatique entraîne une saison de croissance beaucoup plus longue et même depuis quelques années une croissance continue même en hiver. Des pousses et des fleurs apparaissent en plein hiver et dès le mois de novembre ou décembre sur les pins, ce qui accroît le nombre de cycles. Mais ces pousses sont incomplètes et fragiles et avortent parfois à cause des dégâts de l'hiver sur leurs tissus peu lignifiés. L'excès de chaleur et de sécheresse d'été retarde l'apparition de pousses d'automne.

Irradiance elicits a large plasticity in leaf traits, but little is known about the modulation of this plasticity by ontogeny. Interactive effects of relative irradiance and ontogeny were assessed on leaf traits for two tropical rainforest tree species: Dicorynia guianensis Amshoff and Tachigali melinonii (Harms) Barneby (Fabaceae, Caesalpinioideae). Eleven morphological and physiological leaf traits, relative to photosynthetic performance, were measured on saplings at three different architectural development stages (ASD 1, 2 and 3) and used to derive composite traits like photosynthetic N-use efficiency. Measurements were made along a natural irradiance gradient. The effect of ASD was very visible and differed between the two species. For Dicorynia guianensis, only leaf mass-per-area (LMA) significantly increased with ASDs whereas for Tachigali melinonii, almost all traits were affected by ASD: LMA, leaf N content and photosynthetic capacity increased from ASD 1 to ASD 3. Photosynthetic N-use-efficiency was not affected by ASD in any species. Leaf traits were severely modulated by irradiance, whereas the degree of plasticity was very similar among ASDs. Only few interactions were detected between irradiance and ASD, for leaf thickness, carbon content, and the ratio Chl/N in T. melinonii and for photosynthetic capacity in D. guianensis. We conclude that ontogenic development and irradiance-elicited plasticity modulated leaf traits, with almost no interaction, i.e., the degree of irradiance-elicited plasticity was stable across development stages and independent of ontogeny in these two species, at least in the early stages of development assessed here., Les traits foliaires varient fortement avec l'éclairement mais également avec l'ontogenèse. Cependant, l'impact de l'ontogenèse sur la plasticité induite par l'éclairement reste mal connu. Les interactions entre ontogenèse et éclairement relatif ont ainsi été étudiées pour des traits fonctionnels foliaires de deux espèces de forêt tropicale humide de Guyane française : Dicorynia guianensis Amshoff et Tachigali melinonii (Harms) Barneby (Fabaceae, Caesalpinioideae). • Onze traits morphologiques et physiologiques foliaires, relatifs aux capacités photosynthétiques, ont été mesurés sur de jeunes arbres ayant atteint trois stades architecturaux de développement successifs (ASD 1, 2 et 3) et utilisés pour en déduire des traits composites. Les mesures ont été réalisées le long d'un gradient naturel d'éclairement en forêt. • L'impact de stades successifs de développement différait entre espèces. Pour D. guianensis, seule la masse surfacique (LMA) a augmenté significativement avec les stades de développement tandis que pour T. melinonii, presque tous les traits foliaires étaient modulés. Pour cette espèce, LMA, teneur en N et capacité photosynthétique ont augmenté de ASD 1 à ASD 3. Par contre, l'efficience d'utilisation de N par la photosynthèse est restée stable entre ASDs. • Les traits foliaires ont été fortement modifiés par l'éclairement mais le degré de plasticité était similaire entre les ASDs. Des interactions entre ASD et éclairement n'ont été observées que pour l'épaisseur, la teneur en C et le rapport Chl/N de T. melinonii ainsi que pour la capacité photosynthétique de D. guianensis. • En dépit de l'effet significatif de l'ontogénèse sur les traits foliaires, seules de très faibles interactions ont pu être détectées avec l'éclairement pour les deux espèces. On peut en conclure que les stades successifs de développement ne modifient pas le degré de plasticité foliaire en réponse à l'éclairement tout au moins dans le cas des stades jeunes pris en compte ici.

The dialogue took place at the intersection of three complementary points of view : the ecologist’s standpoint which emphasizes theoretical and applied ecology (structure of the forest mosaic, dynamics, functioning, management of dense rain forests) ; the biometrician’s point of view which focuses on metrology, on the planning of observations and experimentations and on the optimal use of existing data ; the standpoint of biomathematician who develops new computer, statistical and mathematical methods for modelling forest dynamics. The problems related to the choice of relevant spatial and temporal scales were at the very core of the discussion and built a permanent methodological framework. Short and medium-term perspectives were drawn from the emergence of two categories of new tools : (i) multi-agent systems, this approach based on object-oriented programming languages was proposed by computer scientists with the aim of progressively integrating the knowledge of the naturalists ; (ii) cellular automata, they were proposed by mathematicians and correspond to a more phenomenological and theoretical approach intended to identify the basic principles that generate the sustained diversity and heterogeneity of the rain forests. Quantitative architectural models, which can be viewed as a sub-category of multi-agents systems, were also discussed as a powerful tool for describing tree morphology and investigating spatial tree-to-tree interactions., Le dialogue s’est organisé autour du croisement de trois points de vue : celui de l’écologue intéressé par des problèmes d’écologie théorique et appliquée (structure, dynamique, fonctionnement et gestion des forêts denses humides) ; celui de l’expérimentateur concerné par la métrologie, l’organisation des observations et des expériences, et l’utilisation optimale des sites existants ; celui du biomathématicien qui propose des méthodes nouvelles (mathématiques, statistiques, informatiques) de modélisation de la dynamique des peuplements forestiers. A l’intersection de ces points de vue, les problèmes de choix des échelles d’espace et de temps pertinentes ont constitué une trame méthodologique permanente. La discussion a permis de dégager des pistes à court et moyen terme autour de deux groupes d’outils : les systèmes multi-agents, proposés par les informaticiens et dont la flexibilité permet d’envisager une intégration progressive des connaissances écologiques ; les automates cellulaires, suggérés par les mathématiciens et qui correspondent à une approche plus théorique, abstraite et phénoménologique. L’adaptation et la mise en œuvre des méthodes architecturales quantitatives ont enfin été évoquées dans la perspective d’une représentation tridimensionnelle de la morphologie des arbres et de leurs interactions spatiales., Houllier François,Millier Claude. Dynamique des peuplements de forêt dense humide : dialogue entre écologues, expérimentateurs et modélisateurs. In: Revue d'Écologie (La Terre et La Vie), tome 50, n°3, 1995. pp. 303-311.