Comparaison avec une détermination acoustique

Associons la détection acoustique de l’embolie à l’observation optique. Nous utilisons le dispositif expérimental présenté figure 3.18a et un échantillon d’Eucalyptus. Les microphones sont placés de part et d’autre du champ d’observation de la caméra, sur la nervure centrale. L’un d’entre eux est placé très près du pétiole (courbe gris clair figure 3.18b).

Lors de l’embolie, observée optiquement, très peu de sons sont enregistrés. C’est après le début du séchage de la feuille que les microphones détectent de nombreux événements. Le microphone placé près du pétiole détecte moins de sons et plus tardivement que celui placé au centre de la feuille. Comment expliquer ces comportements ?

Peu de sons durant l’embolie Plusieurs éléments peuvent expliquer le faible nombre de sons enre-gistrés durant l’embolie. D’abord, Ponomarenko et al., 2014 [60] ont montré que le mode de propagation de l’embolie a un impact sur l’émission sonore acoustique : la nucléation d’une bulle génère plus de deux

(a)

(b)

Figure 3.18 – Détection optique et acoustique. (a) Dispositif expérimental. Le dispositif acoustique est détaillé au chapitre 2. Les microphones sont placés sur la nervure centrale de part et d’autre du champ d’observation. (b) Progression de l’embolie en fonction du temps et nombre de sons enregistrés.

fois plus de sons que l’invasion d’air à partir d’un conduit déjà embolisé. Dans les feuilles, la propagation s’effectue de proche en proche, ce qui suggère que le mécanisme à l’œuvre est l’invasion d’air de conduit en conduit et non pas la nucléation de bulles. Nous n’observons que très rarement l’apparition de bulles dans des zones non connectées (section 3.2.1). L’énergie acoustique produite lors de l’invasion d’un nou-veau conduit dépend de l’énergie élastique relâchée par l’apparition de la bulle (Ponomarenko et al., 2014, [60]) :

E_élastique = ¹ 2

P²

K^Vc (3.11)

avec P la pression initiale dans le conduit, V_c son volume etK son module de compressibilité effectif. Le petit nombre d’événements détectés suggère que la pression nécessaire à l’invasion d’un conduit voisin à partir d’un conduit embolisé est faiblement négative.

Le séchage de la feuille Intéresserons nous au microphone situé au centre de la feuille. La forte augmentation du nombre d’événements débute alors que la feuille commence à sécher. Cela suggère que ces événements sont des craquements lié au séchage, sans lien avec l’embolie. Le microphone situé sur le pétiole semble détecter un autre type d’événements : la croissance du nombre de sons commence plus tardivement, sur une très courte période et comporte moins d’événements. Ces sons peuvent correspondre aux émissions acoustiques soit du pétiole, soit de la branche à laquelle la feuille est attachée.

L’utilisation de notre dispositif d’enregistrement acoustique ne nous permet pas de détecter l’embolie dans les feuilles. Cependant, il peut fournir des informations sur l’embolie dans le pétiole ou la branche, bien que nous n’ayons pas déterminé à quoi correspondait exactement les événements enregistrés par le microphone situé près du pétiole. Il serait intéressant de reproduire l’expérience en plaçant un microphone sur le pétiole et l’autre sur la branche.

3.5 Conclusion

Nous avons mis en évidence les caractéristiques de l’embolie dans les feuilles, communes aux espèces étudiées parmi les angiospermes et les fougères. L’embolie commence très fréquemment au niveau du pétiole, ce qui suggère une plus grande vulnérabilité de cette zone. Elle se propage par à-coups, en accord avec l’idée de la propagation de l’air à travers les ponctuations au-delà d’un certain seuil de tension. L’air envahit d’abord les veines majeures puis les veines mineures. Ces caractéristiques sont cependant modulées par l’architecture et la répartition de taille des vaisseaux dans les veines. Un réseau hydrique hiérarchisé et réticulé combiné à des veines composites est le plus robuste face à la rupture hydraulique.

Expériences dans les hydrogels

Dans le chapitre précédent, nous avons vu que l’embolie dans les feuilles était un phénomène complexe dont on pouvait dégager quelques règles : l’embolie commence au niveau du pétiole, se propage de manière discontinue, des nervures majeures vers les veines mineures. Nous relevons aussi plusieurs temps caracté-ristiques : sans compter le temps de séchage de la feuille, la bulle met quelques heures à envahir le réseau, par étapes de quelques secondes.

La question générale à laquelle nous cherchons à répondre est la suivante : quelles sont les lois physiques qui sous-tendent ces phénomènes ? Plus précisément, de quelle manière l’embolie apparait-elle et comment se propage-t-elle dans les cavités d’un milieu à pression négative ? Pour cela, nous utiliserons des systèmes modèles, permettant une meilleure observation dans des conditions plus contrôlées que celles offertes par les expériences dans les feuilles.

Contenu du chapitre Nous explorons ici l’embolie dans des systèmes modèles en hydrogel, notam-ment dans des cavités allongées et des réseaux mimétiques. Nous présenterons d’abords deux expériences introductives dans la section 4.1. Nous décrierons ensuite les différents phénomènes se produisant entre l’apparition de la bulle et son expansion dans l’ensemble de la cavité dans les sections 4.2 à 4.4.

4.1 Expériences introductives

Nous aborderons d’abord à la cavitation dans des cavités de petite taille. Leur grand nombre permet de présenter la première phase de l’embolie, la cavitation. Nous observons notamment des comportements collectifs.

Nous nous intéresserons ensuite à l’embolie dans une cavité allongée, plus proche de la réalité biologique. Le déclenchement de la cavitation est réalisé par une impulsion laser. Ce système permet d’étudier la progression de la bulle pendant des temps plus longs que les petites cavités précédentes, tout en imposant la tension initiale du réseau.