Structures, fonctions et mouvements des pousses chercheuses chez les plantes grimpantes

Structures, functions and movements of searcher shoots in climbing plants

• Auteur / Autrice : Tom Hattermann
• Direction : Nicholas P. Rowe, Patrick Heuret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie et Biodiversité
• Date : Soutenance le 31/03/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMAP - Laboratoire de modélisation mathématique et d'architecture des plantes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Anne Sara Puijalon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicholas P. Rowe, Sandrine Isnard, Pierre-Eric Lauri
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Julien Bachelier, Thomas Speck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bionique

Aménagement végétal des jardins

Biomécanique

Plantes -- Anatomie

Plantes grimpantes

Mots clés libres

Plantes grimpantes

Lianes

Anatomie végétale

Biomécanique

Architecture végétale

Biomimétisme

Climbing plants

Liana

Plant anatomy

Biomechanics

Plant architecture

Biomimetic

Résumé

Les plantes grimpantes dépendent de supports physiques pour soutenir leur structure et coloniser les espaces. De nombreuses espèces sont capables de changer de supports en produisant des structures temporairement autoportantes que l’on nomme pousses chercheuses, et qui permettent de traverser les espaces. Ces pousses chercheuses montrent des morphologies très variées selon les espèces et expriment le plus souvent des mouvements amples que l’on associe à la recherche de support ou à des mécanismes d’accrochage. La diversité des plans d’organisation morpho-anatomiques des pousses chercheuses en regard des différentes fonctions qu’elles assument reste néanmoins mal comprise. L’objectif principal de cette thèse est de décrire les relations structure-fonction au sein des pousses chercheuses en regard de leurs capacités à franchir des espaces discontinus et de leurs stratégies d’accrochage aux supports. Ainsi, durant ce travail, plus de 260 pousses chercheuses appartenant à 56 espèces tropicales et tempérées (31 familles) ont pu être observées, mesurées et/ou filmées. Dans un premier chapitre, ce travail vise à retracer l'historique du terme de ''pousse chercheuse'' afin d'en expliciter les notions qui lui ont été associées et d’établir une définition de travail consensuelle. Un second chapitre porte sur les distances maximales que peuvent franchir les espèces, et comment cette portée est permise par les propriétés mécaniques et anatomiques de la base des pousses chercheuses. Dans un troisième chapitre, nous étudions comment les différentes architectures mécaniques et vasculaires des pousses chercheuses sont associées à leurs capacités à explorer des espaces tout en portant ou non des feuilles photosynthétiques. Dans un quatrième chapitre, les types de mouvements permettant aux pousses de balayer l’espace à la recherche de support ont été décrits à partir de films en time-laps. Ces observations ont ainsi permis d’identifier les points d’articulation des mouvements le long des pousses et de décomposer ce mouvement à l’échelle de différents organes. Finalement, dans le cadre d’un projet en robotique douce bio-inspirée, les observations de cette thèse ont contribué au développement et à la validation d’un modèle mathématique de croissance et de contrôle postural permettant de décrire le comportement mécanosensoriel des pousses chercheuses. La diversité des mécanismes par lesquels les plantes grimpantes peuvent franchir des espaces discontinus à la recherche de supports est discutée.

Climbing plants depend on physical supports to sustain their growth and colonize spaces between the forest floor and canopy. Most of them alternate between different supports by producing temporarily self-supporting structures, called “searcher shoots”. During their development, searcher shoots can combine various adaptations to explore their local environment and forage for a suitable support to be attached to. Nevertheless, it is poorly understood how the diversity of morpho-anatomical organizations of searcher shoots is linked with space exploration capacities and different attachment mechanisms. The main objective of this thesis is to document the variability of exploratory abilities and morpho-anatomical organizations of climbing plants in the context of crossing gaps. Thus, during this work, more than 260 searcher shoots belonging to 56 tropical and temperate species (31 families) were observed, measured and/or filmed. In the first chapter, this thesis aims to trace the history of the term ''searcher shoot'' in the scientific literature to clarify its meaning and establish a working definition. In a second chapter, this thesis shows that, according to the species, searcher shoots can cross gaps from a few centimeters to several meters. This range depends on the mechanical and anatomical properties produced at the base of the stem that supports them. In a third chapter, the aim is to understand how developmental trends of mechanical and vascular stem tissues are linked with different exploratory capacities and photosynthetic leaf production. In a fourth chapter, we qualitatively describe how various support foraging movements can originate from different structural organisations of searcher shoots. Finally, in the context of a bio-inspired soft robotic projects, the observations of this thesis have been used to develop and validate a mathematical model to describe the mechano-sensorial behavior of searcher shoots against gravity. In conclusion, this thesis showed that a wide diversity of mechanisms is used by climbing plants when they cross gaps in search of support.