Observation et modélisation de la croissance de Postia placenta : de l'échelle discrète de la colonie à l'échelle macroscopique

Observation and modeling of the growth of the wood-decay fungus Postia placenta : scaling from discrete mycelial networks to macroscopic fungal development

• Auteur / Autrice : Huan Du
• Direction : Patrick Perré, Mehdi Adrien Ayouz, Pin Lv
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 28/03/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Paul-Henry Cournède
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francis Duchiron, Yves Dumont
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ian Turner, Frédéric Rouger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois -- Détérioration

Champignons destructeurs du bois

Analyse multiéchelle

Microscopie confocale

Mycélium

Mots clés libres

Mycélium

Pourriture brune

Microscope confocal

Modèle discret

Modèle continu

Multi-Échelles

Mycelium

Brown rot fungi

Confocal microscopy

Discrete model

Continuous model

Multi-Scale

Résumé

L’utilisation de matériaux d’origine végétale dans les bâtiments thermiquement performants pose la question de la pérennité des ouvrages principalement à cause de la dégradation fongique. Postia placenta est une espèce des champignons provoquant la pourriture brune, qui est la plus destructrice pour les constructions en bois.Ce travail se concentre sur l’observation et la modélisation de la croissance de Postia placenta à trois échelles successives : l'arborescence du mycélium (échelle discrète), la croissance en milieu libre (échelle continue) et la croissance en milieu encombré (échelle macroscopique). L’observation expérimentale de la croissance de Postia placenta utilise un microscope confocal à balayage laser pour quantifier les différentes mécanismes et obtenir les paramètres de croissance. A partir de cette observation, un modèle discret capable de générer un mycélium de forme extrêmement similaire à celle observée a été imaginé, développé et validé. Ensuite, à partir des profils de biomasse moyennés selon le rayon des mycéliums simulés par le modèle discret, un modèle continu basé sur une équation de réaction diffusion a été identifié pour décrire l’évolution de la concentration de biomasse fongique. Ce modèle continu offre la possibilité de la transition de l’échelle locale vers l’échelle macroscopique. Pour cela, des simulations de la prolifération en environnement encombré sont obtenues à l'aide du modèle continu. Par prise de moyenne, les champs spatio-temporels obtenus permettent de déterminer les paramètres d'un modèle continu similaire, mais valable à l'échelle macroscopique, sur un milieu fictif qui prend en considération la morphologie des obstacles.

The use of bio-based materials in thermally efficient buildings raises the question of the sustainability mainly due to fungal degradation. Among the wood-decay fungi, Postia placenta is one of the most common brown rot fungi, which are the most destructive due to their rapid decaying mechanisms. This work focused on the experimental observation and the modeling of fungal growth at three successive scales: the mycelial network (discrete scale), mycelial growth in homogeneous media (continuous scale) and mycelial growth in porous media (macroscopic scale).The experimental observation of the growth of Postia placenta was performed using confocal laser scanning microscopy to quantify the different growth mechanisms and obtain the growth parameters. A discrete model has been derived from this observation and is capable of generating mycelial networks extremely similar to the observed ones. A continuous formulation based on a reaction diffusion equation was developed from the radial biomass density of a mycelial network obtained in the discrete model. This continuous formulation was then used to derive an equivalent macroscale model able to account for fungal development in porous media. Simulations were performed on various periodic porous media. The parameters of the macroscale model was identified on the macroscopic fields obtained by averaging the local field over one periodic unit cell.