La taille des feuilles des plantes dépend des contraintes climatiques globales

Jeudi 5 Octobre 2017


Rappelons d’abord l’importance des feuilles pour la plante. Les feuilles sont le siège de la photosynthèse ; dans leurs chloroplastes elles fabriquent, à partir de l’énergie solaire, des sucres qui sont les réserves d’énergie chimique du monde vivant. Dans les mitochondries a lieu la respiration : les sucres y sont convertis en molécules circulantes qui vont fournir l’énergie nécessaire à la synthèse de toutes les autres molécules cellulaires. Par ses alvéoles, la feuille échange avec l’extérieur le gaz carbonique repris par la photosynthèse, l’oxygène oxydant de la respiration et la vapeur d’eau qui régule la température de la feuille. Enfin les cellules foliaires sont le lieu d’une intense activité métabolique créatrice et destructrice de molécules ; ce métabolisme  est indispensable au fonctionnement de la plante.

Toutes ces fonctions sont influencées par les différentes composantes du climat : la photosynthèse s’accroit avec la température mais en même temps la respiration augmente ; il en résulte  une dégradation accélérée défavorable des réserves sucrées. Le métabolisme est aussi très sensible aux conditions thermiques, il cesse quand les températures sont trop bases et se ralentit à mesure qu’elles deviennent trop élevées. Ainsi il existe une température optimale caractéristique de l’espèce en relation avec son milieu d’adaptation. Les pertes en eau de la plante en climat aride vont être limitées par la diminution de la densité des stomates, par l’épaisseur de la cuticule cirée de la feuille et sa réflexivité élevée vis-à-vis des radiations solaires, enfin par sa position relative à l’éclairement : les feuilles retombantes recevant moins d’énergie radiante que les feuilles étalées.  Il est un dernier caractère qui va jouer un rôle fondamental dans cette adaptation aux caractéristiques climatiques c’est la taille de la feuille celle-ci varie de manière importante dans le monde végétal, il est des espèces dont la surface de la feuille est inférieure à 1mm2, d’autres dont la surface est supérieures au 1 m2.

Des chercheurs* se sont intéressés à la variation de la taille des feuilles en relation avec les caractéristiques climatiques du site dans lequel la plante vit ; ils ont  pour cela compilé des données sur 7670 espèces sur 680 sites non agricoles. A chaque site ils ont établi une moyenne pour chaque espèce de la valeur de la surface projetée des feuilles ou des folioles.

La surface des feuilles varie d’une espèce à l’autre d’un ordre de grandeur de cinq. D’une manière générale les arbres ont des feuilles plus grandes que les buissons ou les herbes. Il existe un important effet lié à la famille à laquelle appartient l’espèce, ainsi on trouve de très grandes feuilles chez les Magnoliacées et des très petites chez les Fabacées. Enfin la taille de la feuille est fortement corrélée aux variables climatiques : moyenne des températures du site au cours des mois le plus chaud, irradiation et humidité. Les combinaisons des variables climatiques expliquent la plus grande part de la variation de la surface des feuilles.

Selon ces chercheurs, la clé expliquant les variations géographiques de la taille des feuilles réside dans la différence de température qui existe entre la feuille et l’air environnant. Cette différence reflète la balance énergétique de ce que la feuille reçoit  et de ce qu’elle perd. Les pertes sont atténuées par des feuilles petites, au contraire quand les gains seront élevés la feuille sera grande. Ainsi s’explique une observation écologique ancienne : les feuilles des plantes sont plus grandes lorsqu’on se déplace des régions septentrionales vers l’équateur.


*Ian J. Wright et al. Science 1 septembre 2017, N° 6354, pp.817-920.

La fonte des glaciers

Lundi 7 Août 2017


La fonte des glaciers est sans doute le phénomène qui nous fait prendre le plus simplement conscience du réchauffement climatique ; les petits glaciers qui existaient dans les Alpes et les Pyrénées disparaissent, les grands glaciers se réduisent : la mer de glace Chamoniarde recule chaque année, combien de fois nous l’a-t-on montré à la télévision !

Les réserves d’eau libérées par la fonte des glaciers vont entraîner dans une période extrêmement courte (quelques dizaines d’années) l’élévation du niveau des mers et l’inondation des terres basses provoquant de ce fait des déplacements considérables de populations. Mais ce risque n’est pas unique, les glaciers constituent des réserves d’eau douce qui vont disparaître, ils interviennent au niveau terrestre dans les systèmes de circulation de l’air et des eaux, ils fournissent aliments et abris à de nombreuses espèces animales et végétales, ils offrent à l’homme des paysages uniques pour la contemplation et l’exploration*.

L’étude des glaciers ou glaciologie est une science du 21ème siècle elle se base sur des observations faites sur et dans le glacier : stations météorologiques, sismomètres, caméras, radars, GPS ces trois derniers systèmes permettant de mesurer des variations ponctuelles de la dynamique du glacier. A l’échelle d’une région les observations satellitaires sont indispensables, les satellites mesurant la gravité permettent d’estimer les variations de volume du glacier, les satellites à altimètres permettent de mesurer les changements de l’élévation des surfaces, enfin les satellites à caméras ou à radars à images permettent de suivre l’avance ou le retrait du glacier et observent les propriétés de sa surface.

Tous ces moyens d’observation confirment qu’au niveau mondial les glaciers majeurs régressent : en Antarctique (pôle Sud), en Patagonie, au Kilimandjaro, dans l’Everest, au Groenland. Des modélisations font prévoir que la plupart des petits glaciers vont disparaître dans les 25 prochaines années. Les signes de cette déstabilisation sont apparus au début des années 1990. Plus grave encore est le risque de fonte de la couverture glacière de l’Ouest du continent Antarctique dont les réserves d’eau pourraient faire monter de 5 m la hauteur des océans car elle repose sur un lit rocheux exposé en profondeur aux eaux chaudes de l’océan.

La lutte contre le réchauffement climatique est notre risque écologique majeur, n’ayons aucun doute à ce sujet.
*Twila Moon, Science 12 mai 2017, N°6338, pp. 580-581.


Il n’y aura pas de billet en septembre. Bonnes vacances.                     

La niche écologique

Mercredi 5 juillet 2017

Au sens commun une niche est un abri destiné à l’animal de compagnie, une cavité faite pour y loger un objet important : statue, clé, lit etc.
La notion de niche écologique est une notion plus complexe, elle garde seulement du sens commun les idées  d’abri et de logement.

Chaque espèce vivante a un niveau d’activité en rapport avec les facteurs physiques, chimiques et biologiques de son environnement.  Prenons l’exemple du lézard animal poïkilotherme (la température de son corps est variable en fonction de la température extérieure) son activité se modifie dans les limites de température de 10 à 40°C environ ; elle est optimale lorsque la température externe sera voisine de 30°C. Si l’on construit une courbe ayant en abscisse la température et en ordonnée une mesure de l’activité du lézard, cette courbe aura la forme d’une cloche avec des valeurs minimales aux températures 10 et 40°C et une valeur maximale à la température 30°C. Notons que pour une autre composante du milieu comme la taille des insectes dont le lézard peut se nourrir on peut établir un graphique analogue, il en serait de même pour la teneur en oxygène de l’air etc. Ainsi le lézard se « niche » dans des limites  environnementales définies dans chacun de ces axes, l’ensemble faisant penser à un espace mathématique à n dimensions. En dehors de ces limites (que nous ne pouvons représenter graphiquement puisque, au plus, nous ne pouvons représenter qu’un espace à trois dimensions), sa vie sera impossible.

Il n’est pas facile d’établir pour chaque espèce la courbe relative à chaque axe de cet espace à n dimensions, mais il est important de la connaître quelquefois pour des facteurs qui déterminent les possibilités de présence d’une espèce dans un milieu donné. Prenons le cas de la truite qui à des besoins en oxygène élevés ; si l’on veut répandre des alevins de truite dans une rivière dont la teneur en oxygène de l’eau est inférieure au seuil minimum de survie de cette espèce on court à l’échec. En revanche ces eaux moins oxygénées peuvent être suffisantes pour des poissons moins exigeants en oxygène comme le gardon ou la carpe.

Si l’on s’intéresse à l’axe de la niche relatif à la taille des proies susceptibles d’être utilisées par deux espèces prédatrices ; on peut avoir une concurrence entre elles lorsque leurs courbes se chevauchent partiellement et même des exclusions lorsque leurs courbes se superposent. Dans ce cas l’une des deux espèces disparaîtra si la richesse en proies du milieu est insuffisante pour nourrir les deux espèces.


La richesse d’un milieu en ressources est fondamentale pour expliquer sa richesse en espèces. Ainsi la zone tropicale recèle beaucoup plus d’espèces que les zones plus septentrionales car la diversité des ressources y est beaucoup plus grande.          

Les arbres de nos villes

 Lundi 5 Juin 2017


Il y a un réel effort pour végétaliser les villes et notamment pour y planter des arbres. Est-ce un besoin ? La réponse à cette question n’est pas aussi simple qu’il y paraît ; plusieurs chercheurs* ont essayé d’analyser le rôle des arbres dans les villes, je vais rapporter ici l’essentiel de leurs observations.

Les arbres des villes nous fournissent, avec la photosynthèse, de l’oxygène et prélèvent d’importantes quantités de CO2 ; par évapotranspiration ils augmentent l’hygrométrie de l’air et donc rafraîchissent l’atmosphère ce qui n’est pas négligeable en été ; ils font aussi de l’ombre avec leur feuillage ; enfin, ce qui est moins connu sans doute, ils réduisent la pollution en piégeant les microparticules de l’air soit par interception ou par absorption des composants gazeux de l’air à travers la respiration stomatique.

L’efficacité du piégeage des microparticules de l’air dépend des espèces et est associée à la surface de leur feuille (cireuse ou non cireuse), à la densité du feuillage et à sa forme ; parmi les espèces efficaces pour capter les microparticules on trouve : l’orme, le magnolia, le frêne, le houx. Les lianes grimpantes sont plus efficaces que certains arbres (d’où leur intérêt pour végétaliser les murs). L’efficacité est aussi associée à la persistance du feuillage, les arbres à feuilles persistantes sont plus intéressants en hiver car ils restent efficaces en période où les pics de pollutions sont fréquents. D’une manière générale, leurs capacités à résorber la pollution ne sont guère connues des services techniques en charge des espaces verts des villes alors qu’elles devraient être prises en compte au moment des plantations.

Bien qu’il soit difficile de le prouver, il semble aussi que la présence des arbres dans la ville à un effet positif sur la  santé mentale  et physique des populations urbaines. Ainsi, un chercheur canadien comparant des quartiers aux densités d’arbres différentes à des relevés statistiques sur la santé des habitants, a pu montrer que les fortes densités d’arbres étaient en corrélation positive avec un bon état sanitaire des populations et une plus faible incidence des maladies cardio-vasculaires. Aux Etats Unis la disparition de milliers de frênes par suite de l’attaque d’une chenille s’est révélée associée à une mortalité accrue par les maladies cardiovasculaires  et les déficiences respiratoires. Il s’agit évidemment de corrélations qui peuvent masquer l’origine réelle de l’accroissement de la morbidité ; il n’en demeure pas moins que la répétition de ces corrélations positives conforte l’hypothèse d’une cause à effet réelle.

Les arbres n’ont pas que des effets positifs sur la santé, ils peuvent émettre des pollens allergènes citons à cet effet : le bouleau, le frêne, le platane, les cyprès. Ils peuvent émettre aussi des substances volatiles organiques associées à la formation d’ozone. Les peupliers, les chênes, les robiniers, les platanes et les sycomores sont émetteurs de ces substances. Ils peuvent avoir enfin un feuillage ou des fruits toxiques. Le choix de l’essence au moment de la plantation est donc primordial, il faudrait le faire en connaissant bien ses aptitudes. Or la plupart du temps le choix se fait sur des qualités esthétiques ou sur l’originalité de l’espèce et néglige les  inconvénients ou avantages qu’elle peut apporter. Enfin on devrait privilégier les espèces locales et délaisser les espèces exotiques qui, moins bien adaptées, risquent de poser des problèmes sanitaires ou de survie.


*K. J. Willis et G. Petrokofsky, Science 28 avril 2017, N°6336, pp.374-376. 

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