Recalibration des optodes

Après la mesure, une recalibration partielle de l’optode doit être effectuée pour vérifier si l’optode fonctionne normalement et donc si les ratios mesurés en expérimentation peuvent être exploités avec la calibration précédente. La réaction des fluorophores avec les ions hydrogène étant réversible, lors de la recalibration dans un tampon, les ratios sur l’optode doivent être parfaitement homogènes (aux effets de bords près...).

80 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 2 4 6 Rati o R /V pH

pH = a + b * log((c-d)/(R-d)-1)

Modélisation de la courbe La plage optimale de fonctionnement est pH 2-4 0 1 2 3 4 5 0 2 4 6 8 R atio R /V pH RC RN RS RO RE R N RC RO RE RS RB

Calibration des optodes

Résultat de la calibration en prenant la zone RC

2,5 3 3.5 4,5 5 5,5

Effet « bord » important pour pH <3.5 sur le canal vert.

Détermination de la moyenne des ratios obtenus sur 5 régions de l’optode: RC, RN, RO, RE, RS et RB.

Pour les pH <3.5, la valeur du ratio est plus élevée lorsque l’on s’éloigne du point central de l’image (RC). La région RB atteint un ratio > 5 et n’est donc pas représentée sur le graphique ci-dessous.

Planche 4

Canal R « rouge » Canal G « vert » Ratio R/V

Grande variabilité spatiale depuis le centre vers l’extérieur de l’optode Tampons

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III. M

ESURES

,

LIMITES

Concernant le dispositif : Une sécheresse particulièrement intense a frappé notre zone d’étude en 2014. Cette sécheresse, une des plus importantes survenues au Brésil en 84 ans (Peixoto et Pitombo, 2015) a considérablement affecté la colonisation des rhizotrons par les racines.

Concernant les mesures optodes en fosse : la planche 5 présente trois exemples de mesure réalisée en fosse. L’image obtenue traduit une acidification du sol rhizosphérique par la racine. Cependant lorsque l’optode ayant servie à la mesure est placée dans un tampon, on voit que le signal n’est pas réversible. L’optode est en fait également « tâchée » à l’œil nu (Figure 2). Lors de la recalibration, le signal provoqué par la racine persiste. Il n’est pas possible de distinguer la part du signal non perturbé et donc d’interpréter l’image en terme de pH. Le second exemple montre que le signal parasite augmente au cours du temps, pouvant s’étendre au-delà de la racine. L’encrassement biologique des optodes en condition marine est évoqué dans certains articles (Farhat et al. 2015), mais pas de commentaires sur d’éventuels encrassements par des activités biologiques du sol ou des racines.

Figure 2. Photo d’une optode tachée (marques oranges) après avoir été mise en contact avec une racine.

La question de l’humidité : Dans les expérimentations en rhizobox, ceux-ci sont saturés en eau. Dans notre expérimentation, les sols ont un pourcentage massique d’humidité très faible (<8%). Or, la solution du sol doit jouer le rôle de la phase d’équilibration. Dans le cas de sols avec une trop faible teneur en eau, cette phase d’équilibration ne peut être réalisée sur le lieu de la mesure. Chaque optode, avant mesure, passe donc par la phase d’équilibration décrite dans la partie calibration. Cette phase permet de diminuer le temps de réponse du capteur mais n’a pas résolu le problème d’un signal persistant lors de la recalibration.

La question de l’espèce ciblée : Nous avons vu sur les mesures présentées qu’un signal parasite le signal des fluorophores au niveau des racines d’eucalyptus. Les eucalyptus semblent produire une substance incompatible avec la matrice des optodes qui émet dans le même domaine ou alors, qui occulte le passage de la réponse du capteur. Des mesures en surface ont été réalisées sur des racines de pin, en comparaison de mesures réalisées dans les mêmes conditions sur des racines d’eucalyptus (planche 6). Il semblerait que le pin ne provoque pas ce signal irréversible sur l’optode. Dans le cas du pin, l’empreinte de la racine correspond donc bien à un changement réversible des propriétés du fluorophore sensible au pH. On retrouve une image homogène lorsque l’optode est en contact avec un milieu de pH homogène. On peut donc conclure que les racines de pin ont acidifié leur rhizosphère.

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Mesure Recalibration

Comparaison mesures sur Pin et sur Eucalyptus

• Cas du pin, surface

• Cas de l’eucalyptus, surface

Planche 6

Mesure Recalibration L’empreinte de la racine persiste lorsque l’optode est exposé à un milieu homogène. On ne peut pas conclure.

L’empreinte de la racine correspond bien à un changement réversible des propriétés du fluorophore sensible au pH. On retrouve une image homogène lorsque l’optode est en contact avec un milieu de pH homogène. On peut donc conclure que les racines de pin ont acidifiés leur rhizosphère.

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IV. C

ONCLUSION

–P

ERSPECTIVES

Le dispositif présenté dans cette thèse semble être compatible avec le fonctionnement des optodes. La phase d’activation hors milieu de mesure permet d’améliorer la réponse du capteur à faible humidité. En revanche, l’eucalyptus semble produire une substance ne permettant pas de convertir l’image ratiométrique d’intensités en image pH. Par ailleurs, l’optode acide développée par l’entreprise PreSens semble avoir une plage dynamique légèrement trop acide pour notre étude. Cependant, l’essai sur les racines de pin rend les perspectives d’utilisation des optodes in situ en plantation forestière prometteuse.

En perspective pour les futurs essais in situ des optodes, afin de s’affranchir de certaines contraintes, on pourrait proposer :

- De travailler sur une autre espèce que l’eucalyptus

- De travailler en milieu tempéré (ou tropical) avec des sols correspondant parfaitement avec la plage dynamique de l’optode utilisée

- De faire des mesures en période humide

- D’optimiser la calibration en condition au champ En perspective pour la thèse :

Même s’il est délicat d’interpréter les valeurs de pH obtenues, les résultats vont tout de même dans le sens d’une acidification de la rhizosphère par les racines d’eucalyptus. Nous allons utiliser une méthode classique de collecte puis d’analyse destructive pour confirmer, à l’échelle du système racinaire global, cette tendance d’acidification constatée à l’échelle d’une racine.

Cette phase de développement méthodologique a également permis de constater une présence importante de racines ectomycorhizées derrière les fenêtres rhizotrons. La littérature actuelle sur la mycorhization se limite à l’étude dans les premiers centimètres de sol or il semblerait que des ectomycorhizes soient capables de coloniser des profondeurs importantes (Lambais et al. in prep.). Afin de s’assurer que les ectomycorhizes observées derrière les rhizotrons ne sont pas arrivées en profondeur à cause de contaminations, le chapitre 3 de la thèse présente une collecte de racines jusqu’4 m de profondeur dans le but de prouver leur présence en profondeur et d’identifier les espèces présentes, en prêtant attention à un éventuel effet profondeur et réduction des précipitations. D’autre part, le fait que les racines d’eucalyptus tachent les optodes peut laisser penser à une sécrétion par les racines, d’une substance organique. Une collecte d’exsudats racinaires in situ et en profondeur a été réalisée jusqu’à 4 m en suivant le protocole illustré annexe 3 (adapté de Michalet et al. 2013). Cependant, les résultats n’ont pas permis de conclure et ne seront donc pas présentés dans cette

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thèse. Une des raisons pouvant expliquer que la collecte n’ait pas fonctionnée est l’état des racines en profondeur au moment de la collecte : pas de racines en croissance, beaucoup de racines paraissant mortes. La présence de ces racines sans croissance pose par ailleurs plusieurs interrigations : sont-elles inactives mais non dégradées (flux de décomposition faible) ? Certaines sont-elles au contraire toujours fonctionnelles ? Sont-elles temporairement inactives ? Autant de questions encore en suspend.

R

EFERENCES

Blossfeld S, Schreiber CM, Liebsch G, et al. (2013) Quantitative imaging of rhizosphere pH and CO2 dynamics with planar optodes. Ann Bot 112:267–276. doi: 10.1093/aob/mct047

Lambais G-R *, Jourdan C *, Piccolo M-C, et al. (in preparation) Fine roots dynamics of Eucalyptus trees in a depth tropical soil: effects of soil depth, diameter classes and mycorrhizal status

Michalet S, Rohr J, Warshan D, et al. (2013) Phytochemical analysis of mature tree root exudates in situ and their role in shaping soil microbial communities in relation to tree N-acquisition strategy. Plant Physiol Biochem 72:169–177. doi: 10.1016/j.plaphy.2013.05.003

Peixoto P, Pitombo JP (2015) Off-Season Drought Makes 93 Brazilian Cities Cut Off Water. Folha de S.Paulo.

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Dans le document Rôles fonctionnels des racines fines profondes en plantation d'eucalyptus au Brésil sur sols pauvres en nutriments. Réponse à une situation hydrique limitante (Page 96-103)