Stratégies écologiques des lianes africaines en milieu stable et perturbé : des modèles bio-inspirants pour la robotique douce

par Asli begum Kacamak

Projet de thèse en Ecologie et Biodiversité

Sous la direction de Nicholas Rowe, Vivien Rossi et de Sylvie Gourlet-fleury.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec AMAP - botAnique et Modélisation de l'Architecture des Plantes et des végétations (laboratoire) depuis le 01-10-2020 .


  • Résumé

    Les dynamiques naturelles et post-perturbation des forêts tropicales sont de plus en plus étudiées afin de comprendre la capacité de réponse de ces forêts aux changements climatiques et aux perturbations humaines. Depuis quelques années, un nombre croissant de travaux a mis en évidence le rôle central des lianes dans la dynamique forestière, à travers leur impact négatif sur la productivité des arbres (e.g. Van der Heijden and Philips, 2009 ; Ingwell et al., 2010, Tymen et al., 2016). En Amazonie, l'abondance relative des lianes semble augmenter de manière significative sous les effets conjugués des changements climatiques et perturbations anthropiques (Philips et al., 2002, Schnitzer and Bongers, 2011, Laurance et al., 2014). Une telle augmentation pourrait avoir des conséquences négatives sur le potentiel de séquestration du carbone de ces forêts et sur la durabilité de l'exploitation du bois d'œuvre, une activité économique essentielle dans de nombreux pays tropicaux. Toutefois, le manque de données acquises sur les forêts africaines notamment, rend très incertain (i) le caractère pantropical de cette augmentation (Schnitzer and Bongers, 2011) et (ii) l'impact réel des lianes dans les dynamiques naturelles et de reconstitution des peuplements d'arbres sur le long terme. De plus, ces lianes, souvent considérées comme parasites, possèdent une grande diversité de stratégies pour coloniser différents milieux et s'adapter à différents environnements (Dalling et al., 2012 ; Chalmers and Turner, 1994). Cette diversité de stratégies est traduite par une diversité de traits structurelles et fonctionnels, intéressantes pour non seulement comprendre la répartition des espèces en fonction de la structure forestière mais à un niveau multidisciplinaire plus large, pour le développement de nouvelles structures innovantes pour les nouvelles technologies, en particulier en robotique (Must et al., 2019 ; Burris et al., 2018 ; Mazzolai et al., 2014 ; Mazzolai and Mattoli, 2016). En effet, les travaux de terrain et de laboratoire sur les caractéristiques fonctionnelles de ces plantes grimpantes fournissent de nouvelles informations, en particulier sur les "tiges chercheuses", partie autoportante de la plante, et les différents systèmes d'accrochage qu'elles possèdent. Ces travaux sont particulièrement importants pour fournir de nouveaux concepts structurels et fonctionnels sur la manière dont les artefacts robotiques en croissance peuvent naviguer en toute sécurité dans des environnements non structurés. Ainsi le premier objectif de cette thèse est de produire des connaissances sur les caractéristiques structurelles et fonctionnels des lianes afin de mieux comprendre les différentes stratégies de colonisation des lianes et d'alimenter le développement d'un nouveau type de technologies robotiques douces dans le cadre du projet H2020 GrowBot. Le deuxième objectif est de comprendre l'influence des communautés de lianes sur la dynamique naturelle et post-exploitation des peuplements d'arbres et d'en comprendre les conséquences en matière de gestion sylvicole.

  • Titre traduit

    Ecological strategies of African lianas in stable and disturbed environments: bio-inspiring models for soft robotics


  • Résumé

    The natural and post-perturbation dynamics of tropical forests are more and more studied in order to understand the response capacity of these forests to climate change and human disturbances. In recent years, an increasing number of studies have pointed out the importance of lianas in forest dynamics, through their negative impact on tree productivity (Van der Heijden and Philips, 2009; Ingwell et al., 2010, Tymen et al., 2016). In neotropical forests, the relative abundance of lianas seems to increase significantly under the combined effects of climate change and anthropogenic disturbances (Philips et al., 2002, Schnitzer and Bongers, 2011, Laurance et al., 2014). Such an increase could have negative consequences on the carbon sequestration potential of these forests and on the sustainability of timber exploitation, a key economic activity in many tropical countries. However, the lack of data acquired on African forests in particular, makes very uncertain (i) the pantropical nature of this increase (Schnitzer and Bongers, 2011) and (ii) the real impact of lianas in natural dynamics and tree stand recovery in the long term. Moreover, these lianas, often considered as parasites, possess a wide range of strategies for colonizing different environments and adapting to different environments (Dalling et al., 2012; Chalmers and Turner, 1994). This diversity of strategies is translated into a diversity of structural and functional traits, interesting not only for understanding the distribution of species according to forest structure but at a broader multidisciplinary level, for the development of new innovative structures for new technologies, particularly in robotics (Must et al., 2019; Burris et al., 2018; Mazzolai et al., 2014; Mazzolai and Mattoli, 2016). Indeed, field and laboratory work on the functional characteristics of these climbing plants provide new information, in particular on the "search stems", the self-supporting part of the plant, and the different attachment systems they possess. This work is particularly important not only to better understand the mechanisms underlying this increase but also to provide new structural and functional concepts on how growing robotic artifacts can safely navigate in unstructured environments. Thus the first objective of this thesis is to generate knowledge on the structural and functional characteristics of lianas in order to better understand the different strategies of liana colonization and to feed the development of a new type of soft robotic technologies in the framework of the H2020 GrowBot project. The second objective is to understand the influence of liana communities on the natural and post-disturbance dynamics of tree stands and to understand the consequences for silvicultural management.