Architecture racinaire et stabilité chez le pin maritime (Pinus pinaster Ait.)

204 Pages·2015·6.71 MB·English

THÈSE PRÉSENTÉE
POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR DE

L’UNIVERSITÉ DE BORDEAUX
ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET ENVIRONNEMENTS
SPÉCIALITÉ Ecologie évolutive, fonctionnelle et des communautés

Par Antoine DANQUECHIN DORVAL

Architecture racinaire et stabilité
chez le pin maritime (Pinus pinaster Ait.)
au stade jeune

Sous la direction de : Frédéric DANJON
co-directrice : Céline MEREDIEU

Soutenue le 26 Mars 2015

Devant le jury composé de :

M. Gardiner, Barry Directeur de recherche, UMR ISPA, INRA, Bordeaux Président
M. Jourdan, Christophe Chargé de recherche, UMR Eco & Sols, CIRAD, Montpellier Rapporteur
Mme Kolb, Evelyne Maître de conférence, UPMC, PMMH de l'ESPCI, Paris Rapporteur
Mme Stokes, Alexia Directrice de recherche, UMR AMAP, INRA, Montpellier Rapporteur
M. Morel, Stéphane Professeur, UMR US2B, Université Bordeaux Examinateur
M. Pagès, Loïc Directeur de recherche, UR PSH, INRA, Avignon Examinateur
M. Danjon, Frédéric Chargé de recherche, UMR BioGeco, INRA, Bordeaux Directeur de thèse
Mme Meredieu, Céline Chargée de recherche, UMR BioGeco, INRA, Bordeaux Directrice de thèse
M. Fraysse, Jean-Yves Personnalité qualifiée, FCBA, Bordeaux Invité

Titre de la thèse: Architecture racinaire et stabilité chez le pin maritime
(Pinus pinaster Ait.) au stade jeune
Résumé : Les tempêtes sont responsables de la moitié des dégâts dans les forêts européennes. Le
massif landais a été touché par deux tempêtes. L’ancrage racinaire est une composante majeure de
la stabilité des arbres. L'ancrage du pin adulte est dépendant du développement des racines au stade
jeune puisqu’elles ne fourchent pas spontanément et ne possèdent pas d’axes à développement
retardé. Notre but était de mettre en relation architecture racinaire, stabilité et itinéraire sylvicole. Nous
avons mesuré et analysé de façon innovante l'architecture racinaire d'arbres âgés de 3 à 5 ans et de
13 ans ayant subi une tempête.
Le pivot des arbres de 13 ans ne représente que 12% de la biomasse racinaire mais reste le
composant majeur de la stabilité. Un ancrage efficace est assuré par un pivot vertical unique, petit et
large ou long et fin, par le volume des racines profondes et par la rigidité des racines traçantes. Le
maintien du tronc est uniquement lié à la rigidité de la partie centrale du système racinaire. La fonction
d’haubanage des racines traçantes est faible. La taille du plus grand secteur sans racine traçante au
vent et sous le vent tout comme une microtopographie importante au vent n’interviennent pas dans la
stabilité.
Au stade jeune, les arbres plantés présentent de nombreuses déformations des racines traçantes,
déformations qui les redistribuent au hasard tout autour de la souche avant d’être rapidement incluses
par la souche en croissance. Le développement du pivot est en général correct. Les différents types
de labour n’impactent pas l’architecture racinaire. Les racines traçantes suivent la surface du sol et
peuvent être coupées lors des entretiens de la strate basse.
Mots clés : architecture racinaire 3D, stabilité, Pinus pinaster, chablis, biomécanique, sylviculture,
forêt cultivée, environnement

Title: Root architecture and mechanical stability in Pinus pinaster Ait.
saplings
Abstract: Storms account for half of the damages in European forests; the Landes forest has been
heavily damaged by two major storms. Root anchorage is a major element in tree stability. The root
anchorage of mature pine is strongly linked with the root development in seedlings as this species do
not spontaneously fork and do not grow delayed branches. The aim of our research was to link root
architecture, stability and stand management practices. We measured and analyzed in an innovative
way the root architecture of 3-5-year-old trees as well as 13-year-old trees from stands damaged by a
storm.
The 13-year-old trees, taproot only represented 12% of root biomass but still remained the main
component of stability. An efficient anchorage was provided by a unique vertical taproot, short and
large or long and thin, together with a larger deep root volume. Windward shallow roots stiffness also
contributed to stability. Stem leaning was solely prevented by the stiffness of the central part of the
root system. The guying of shallow roots did not contribute to stability. The size of the largest angle
between shallow roots windward and leeward was not related to stem leaning. Similarly, a larger
furrow leeward did not weaken tree stability.
Planted seedling show large deformations of their shallow lateral roots, randomly distributed around
the stump before being later included in the growing stump. The taproot growth was generally correct.
Root architecture of trees after strip ploughing was not different from those of full ploughing. The
shallow roots follow the soil surface and can be cut during mechanical weed control.
Key-words: 3D root architecture, stability, Pinus pinaster, windthrow, biomechanics, forestry,
cultivated forest, environment
INRA, UMR1202 BIOGECO, F-33610 Cestas, France
Univ. Bordeaux, BIOGECO, UMR 1202, F-33615 Pessac, France

Remerciements

Merci à Evelyne Kolb, Alexia Stokes et Christophe Jourdan pour avoir accepté d’être
les rapporteurs de mon travail de thèse ainsi que l’ensemble des membres du jury.

Je tiens à remercier Céline Meredieu et Frédéric Danjon pour m’avoir accompagné
dans cette aventure racinaire. Merci pour ces longues discussions et vos qualités
humaines. Du déterrage à l’analyse des données en passant par la numérisation et
l’extraction sous Amap, les nombreux dessins d’ancrage (à plusieurs couleurs), la
création de variables…m’ont beaucoup apporté. On en aura numérisé des arbres ;-)

"Oh, le beau système racinaire que voilà !"

Merci à Raphaël Segura de m’avoir épaulé dans toutes ces mesures. Merci à toi
d’avoir rendu agréable les longues journées de terrain et de numérisation dans des
conditions pas toujours des plus clémentes mais également pour tout le reste.
Merci également à Tiphaine et à Nesrine pour leur aide précieuse sur le terrain et
leur bonne humeur de tous les jours. Merci à Ambre et aux collègues du FCBA pour
ces nombreux échanges et ce dynamisme.

Plus généralement, je souhaite remercier tous les pierrotonnais qui m’ont aidé et ont
contribué à rendre cette période vraiment enrichissante aussi bien les permanents
que les non-permanents. Merci aux promeneurs, aux joueurs de parties effrénées de
ping-pong et aux nomades du café de la pagode.

Et simplement merci à toutes ces personnes croisées qui m’ont beaucoup appris…

Merci également à la Caisse Des Dépôts et Consignations et le Conseil Régional
d’Aquitaine pour avoir financé cette thèse.

Et, bien sûr, un immense merci également à ma famille et amis…

Aux présents, aux absents

Antoine

Sommaire

I. Introduction .................................................................................................. 11
Constat ........................................................................................................... 13
Fonctions racinaires ....................................................................................... 14
Architecture, topologie et distribution spatiale ................................................ 14
Caractérisation et mesures de l’architecture racinaire ................................... 18
Adaptation au vent et distribution racinaire .................................................... 20
Influence du sol, du travail du sol, du conteneur et des méthodes de plantation
....................................................................................................................... 22
Mesure des paramètres liés à la stabilité ....................................................... 23
Le treuillage statique ........................................................................... 24
Les mesures d'écart à la verticalité du tronc ou de dégâts après
tempête ............................................................................................... 24
La simulation de treuillage avec des modèles informatiques de
systèmes racinaires mesurés ou simplifiés. ........................................ 25
Evolution de la stabilité en fonction des dimensions ...................................... 27
Objectifs de la thèse....................................................................................... 27
Bibliographie .................................................................................................. 31

II. Several root system components contribute to wind firmness in 8-m high
Pinus pinaster saplings seeded or planted on a moderately deep spodosol ... 39
Abstract .......................................................................................................... 41
Introduction .................................................................................................... 42
Materials and Methods ................................................................................... 43
Results ........................................................................................................... 50
Discussion ...................................................................................................... 57
Acknowledgements ........................................................................................ 63
References ..................................................................................................... 64

III. Architecture racinaire et stabilité de pins maritimes ayant un diamètre de
tronc à 1,30 m de 12 cm, sur sol sableux labouré en bandes ............................. 71
Introduction .................................................................................................... 73
Matériel et méthodes...................................................................................... 75
Résultats ........................................................................................................ 81
Données d’inventaire ........................................................................... 81
Caractérisation des arbres sélectionnés .............................................. 81
Influence de la position de la dérayure sur l’écart à la verticalité ......... 83
7
Comparaison entre arbres penchés et arbres droits............................ 84
Comparaison semis/plantation pour un labour en bande .................... 85
Comparaison entre la plantation perpendiculaire au vent et la plantation
parallèle au vent .................................................................................. 87
Discussion ...................................................................................................... 90
Méthodologie raciporteur ..................................................................... 90
Comparaison entre classes d’inclinaison ............................................. 91
Comparaison entre semés et plantés .................................................. 92
Influence de la position de la dérayure ................................................ 93
Conclusions ................................................................................................... 94
Bibliographie .................................................................................................. 96

IV. Influence de la microtopographie sur la profondeur, le développement et
la branchaison des racines .................................................................................. 101
Introduction .................................................................................................. 103
Matériel et méthodes.................................................................................... 105
Résultats ...................................................................................................... 109
Niveau du sol et altitude des racines de surface ............................... 109
Réitérations et blessures ................................................................... 111
Distance radiale des réitérations et blessures autour des arbres ...... 115
Nombre moyen de racines issu de réitérations et perte de CSA et de
rigidité en flexion à la suite de ces réitérations .................................. 116
Nombre et localisation des pivots secondaires .................................. 116
Discussion .................................................................................................... 119
Bibliographie ................................................................................................ 122

V. Root system structure in planted maritime pine and resilience to
disturbances ......................................................................................................... 125
Abstract ........................................................................................................ 126
Introduction .................................................................................................. 127
Material and Methods................................................................................... 129
Results ......................................................................................................... 136
Inventory variables and biomass allocations ..................................... 136
Variables for order 1 root ................................................................... 138
Variables for laterals branching from the stump ................................ 142
Root architecture ............................................................................... 145
Discussion .................................................................................................... 150
Planting practices and tillage treatments ........................................... 150
Deformations ..................................................................................... 151
8
Tropism ............................................................................................. 151
Root architecture mechanical properties and stability ....................... 152
Conclusion ................................................................................................... 153
Acknowledgements ...................................................................................... 155
References ................................................................................................... 156

VI. Conclusion et perspectives ...................................................................... 161
Des connaissances nouvelles et des résultats originaux ............................. 163
Stabilité d’arbres de 12 cm de DHP, ne se déracinant pas avec une
plaque sol/racines, à enracinement profond sur sol sableux ............. 163
L’influence du mode de régénération sur la morphologie racinaire ... 164
L’influence des déformations causées par le conteneur et la plantation
.......................................................................................................... 165
L’influence du travail du sol et de la végétation ................................. 166
L’influence de la direction de la ligne de plantation ........................... 166
L’influence des entretiens .................................................................. 166
Perturbation du schéma architectural ................................................ 167
Difficultés rencontrées ....................................................................... 167
Des innovations techniques dans la mesure des systèmes racinaires et la
topographie du sol ....................................................................................... 169
Mesure de la microtopographie sur le terrain .................................... 169
Nouvelle technique de mesure de l’architecture sur le terrain ........... 169
Préparation de points de mesures et reconstitution de l’architecture
d’arbres treuillés par numérisation ..................................................... 170
Des innovations dans le calcul de nouvelles variables et l’analyse racinaire 171
Estimation des volumes perdus dus à la casse lors du déterrage des
systèmes racinaires ........................................................................... 171
Volume des racines traçantes dans la ZRT ....................................... 172
Le plus grand secteur sans racines (LABS) ...................................... 172
Rigidité en flexion et charge de traction maximale ............................ 174
Indices de déformation ...................................................................... 174
Perspectives ................................................................................................ 174
Bibliographie ................................................................................................ 178

VII. Annexe A – Supplementary material for the Chapter 2 .......................... 183

VIII. Annexe B – Protocole de mesure et bordereau de saisie Raciporteur du
chapitre 3 ............................................................................................................... 193

IX. Annexe C – Supplementary data – Chapter 5 .......................................... 201
9