Mouillabilité des feuilles d'espèces fruitières. Mesure par traitement d'images des anges de contact statique et dynamique

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Mouillabilité des feuilles d’espèces fruitières. Mesure par

traitement d’images des anges de contact statique et

dynamique

France Rouby

To cite this version:

France Rouby. Mouillabilité des feuilles d’espèces fruitières. Mesure par traitement d’images des anges de contact statique et dynamique. [Stage] Université Blaise Pascal (Clermont Ferrand 2) (UBP), FRA. 2011, 29 p. + annexes. �hal-02804517�

Rapport de stage de fin de 2

nd

_{année d’école d’ingénieur,}

spécialité Génie Physique

MOUILLABILITE

DES FEUILLES D’ESPECES FRUITIERES

Mesure par traitement d’images

des angles de contact statique et dynamique

France ROUBY

Maitre de stage Inra : M. Marc SAUDREAU

Maitre de stage Polytech’Clermont : M. Eric MOUZAT

2

Institut National de la Recherche Agronomique

Centre INRA de Clermont-Ferrand - Theix

Unité Mixte de Recherche Physique et Physiologie Intégrée de l'Arbre Fruitier et Forestier (UMR PIAF, Inra-Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand)

Maîtres de stage

Eric MOUZAT, Professeur d’Expression-Communication à l’Université Blaise Pascal

(Polytech’Clermont-Ferrand),

Marc SAUDREAU, Chargé de recherche 1

ère

classe (Inra)

Programme de thèse en biophysique d’Alexandre LECA, doctorant en physique de l’environnement, sur le sujet « Modélisation physique de la durée d’humectation sur feuilles de pommiers en relation

avec les épidémies de Tavelure » Institut National de la Recherche

Agronomique UMR PIAF INRA-UBP Site de Crouël 234 avenue du Brézet 63100 Clermont-Ferrand Cedex 2 Tel : 04 73 62 43 73 Fax : 04 73 62 44 54 Polytech’Clermont-Ferrand

Campus des Cézeaux 24 avenue des Landais BP 20206

63177 Aubière Tel : 04 73 40 75 00 Fax : 04 73 40 75 10

3

Remerciements

Je tiens à remercier Jean-Louis Julien et Thierry Ameglio, directeur et directeur adjoint de l’U.M.R. PIAF, ainsi que Philippe Balandier responsable de l’équipe AMi pour m’avoir accueilli au sein de leur équipe.

Mes remerciements s’adressent également à Marc Saudreau, mon maître de stage, qui m’a fait partager son expérience dans le monde de la recherche, expérience enrichissante et pleine d’intérêt. Sa sympathie et ses remarques pertinentes ont été précieuses au quotidien.

Merci aussi à Alexandre Leca pour son soutien technique. Je te souhaite bon courage pour ta thèse.

Je tiens à remercier tout spécialement Eric Mouzat pour son suivi et sa présence rassurante au cours de ce stage.

Je remercie également l’ensemble du personnel du PIAF pour leur accueil, sans oublier Jérôme pour le temps qu’il m’a consacré à chaque étape du stage, Christian pour sa bonne humeur et sa disponibilité, Bruno pour nos discussions sur les ingénieurs, Stéphane qui a su améliorer mon cadre de travail, Pascal pour m’avoir fait partager sa passion pour la photographie ainsi que Dominique qui trouve solution à tous problèmes.

4

Résumé

L’intensification de l’usage des fongicides depuis les années 50 entraine des dangers pour la santé humaine et pour l’environnement. C’est pourquoi l’INRA travaille à rendre leur utilisation plus intelligente notamment pour le traitement du champignon Venturia responsable de la maladie de la Tavelure du pommier. Pour que la maladie se développe, une température et une humectation particulières des feuilles sont requises.

La durée d’humectation dépend de l’apport d’eau (pluie et rosée) et de la vitesse d’évaporation des gouttes d’eau sur les feuilles. Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’étude de cette évaporation et a consister à mesurer les angles de contact statiques et dynamiques des gouttes d’eau sur les feuilles de huit variétés de pommiers mais aussi sur des feuilles de différents âges ; les jeunes feuilles étant plus sensibles à la maladie. La mesure d’angle est faite par traitements d’images photos.

Une analyse statistique a été faite pour comparer les angles dynamiques de recul et d’avancée. Il existe des différences statistiquement significatives entre les pommiers étudiées. Ainsi il faudrait que le modèle de prévention de la maladie soit adapté non plus à l’espèce pommier mais à la variété spécifique du verger. Néanmoins, l’hétérogénéité de surface des feuilles et l’échantillonnage restreint sont responsables d’une assez forte dispersion des mesures. Pour l’étude ontogénique, il existe une différence des angles mesurés suivant l’âge de la feuille.

Mots Clés

Tavelure Gouttes d’eau Mouillabilité des feuilles Durée d’humectation Angles de contact statiques et dynamiques Hystérésis Surface Hétérogène

Abstract

The increased use of fungicides since the fifties endangers human health and environment. Therefore INRA is working to make their use more human and environment friendly especially for the treatment of the fungus Venturia responsible for the apple scab disease. For the disease development, particular temperature and leaf wetness duration are required.

The wetness duration depends on the supply of water (rain and dew) and on the rate of evaporation of the water droplets on leaves. The present study concerns the evaporation stage and consisted in measuring static and dynamic contact angles of water droplets on leaves of eight varieties of apple trees. As young leaves are more susceptible to the disease, change in angles with leaf age was also investigated. The angle measurement is made by pictures processing.

Statistical analysis was done to compare the dynamic angles. There are statistically significant differences between apple trees studied. So the model of disease prevention should be adapted not more to the apple tree species but to the apple variety present in each specific orchard. However, the heterogeneity of leaf surface and the limited sampling are responsible for relatively high measures dispersion. In the ontogenetic study, there is a difference of measured angles by leaf age.

Keywords

Apple scab Water droplets Leaf wettability Wetting period Static and dynamic contact angles Hysteresis Heterogeneous surface

5

Lexique

Tous les mots en gras dans le texte sont définis sur cette page

Centile : en statistique, 1 centile est chacune des 99 valeurs qui divisent des données triées

en 100 parts égales de sorte que chaque partie représente 1/100 de la population.

Cuticule : édifice hydrophobe de protection des organes végétaux composé d’un squelette

polymérique (la cutine) et de cire. Les propriétés physico-chimiques de ces couches sont à la base d’un certain nombre de fonctions importantes dans les relations entre la plante et l’environnement. (BIA-ELIPS, B. Bakan, 2005)

Espèce : groupe d’individus ayant les mêmes caractéristiques et pouvant s’interféconder.

Une variété est une subdivision d’une espèce ou d’une sous-espèce de plante. Une plante diffère des individus de son espèce par une ou plusieurs caractéristiques de forme ou de couleur. Les variétés d’une même espèce peuvent se croiser entres elles.

Phyllotaxie : ordre dans lequel sont implantés les feuilles ou les rameaux sur la tige d’une

plante. Les feuilles d’une même espèce sont disposées de la même manière.

Protection intégrée : système de lutte contre les organismes nuisibles qui utilise un

ensemble de méthodes satisfaisant les exigences à la fois économiques, écologiques et toxicologiques, en réservant la priorité à la mise en œuvre délibérée des éléments naturels de limitation et en respectant les seuils de tolérances (OILB-SROP, 1973)

Quartile : un quartile est chacune des 3 valeurs qui divisent les données triées en 4 parts

égales de sorte que chaque partie représente ¼ de l’échantillon de population. Le 1er quartile sépare les 25% inférieurs des données, le 2ème quartile est la médiane de la série, le 3ème quartile sépare les 75% inférieurs des données.

Répétabilité : série d’action reproduite dans les conditions suivantes : même mode

opératoire, même observateur, même instrument de mesure utilisé dans les mêmes conditions, même lieu et durant une courte période de temps (Mot issu d’un anglicisme : repeatability).

Spore : la spore est le plus petit élément pouvant assurer la perpétuation (conservation ou

propagation) d’un champignon.

Trichomes : (du grec trikhoma : croissance du poil) fines excroissances ou appendices qui

6

Table des figures et des tableaux

Figure 1 : Cycle de développement de la Tavelure [c] ... 10

Figure 2 : Exemple de courbes de Mills [d'après 4] ... 11

Figure 3 : Tensions superficielles en jeu lorsque la goutte est à l’équilibre [e] ... 13

Figure 4 : Illustration des deux modes d’évaporation [d’après 15] ... 15

Figure 5 : Effet de la gravité sur la morphologie de la gouttelette [e] ... 15

Figure 6 : Présentation du dispositif expérimental ... 19

Figure 7 : Amélioration de l'aiguille permettant l'aspiration ou l'arrivée d'eau ... 19

Figure 8 : Position de l'aiguille : mesure d'angle de recul (A) ou mesure d'angle d'avancée (B) ... 19

Figure 9 : Trois étapes de mesure de l’angle de contact ... 20

Figure 10 : Boites à moustaches des angles d'avancée des 8 variétés de pommiers ... 23

Figure 11 : Boites à moustaches des angles de recul des 8 variétés de pommiers ... 23

Figure 12 : Durée d'évaporation simulée d'une goutte formant un angle de contact θ=85° en fonction d’une goutte avec un angle de contact θ = 90° ... 24

Figure 13 : Comparaison des surfaces des feuilles de prunier "Reine Claude" (A) et de pêcher "Redhaven" (B) ... 24

Figure 14 : Boites à moustaches des angles d'avancée/recul pour 3 espèces de fruitiers ... 24

Figure 15 : Exemple d'une forte présence de trichomes sur feuille de Golden de 5jours... 25

Figure 16 : Photo prise au MEB, de l'ordre du millimètre : feuille de 7 jours (A) et feuille adulte (B) .... 25

Figure 17 : Photo du MEB, feuille de 7 jours (A) et feuille adulte (B) ... 25

Figure 18 : Boites à moustaches des angles d'avancée pour l'étude ontogénique ... 26

Figure 19 : Boites à moustaches des angles de recul pour l'étude ontogénique ... 26

Tableau 1 : Angles de contact de gouttes de 15µL, 5µL et 2µL déposées sur feuilles de Jubilé ... 21

Tableau 2: Bilan de l'étude des pommiers de grande distribution ... 21

Tableau 3 : Groupes homogènes parmi les 8 variétés de pommiers ... 23

7

Table des matières

Remerciements Résumé / Abstract Lexique

Table des figures et des tableaux

Introduction ... 8

1 Laboratoire d’accueil ... 9

2 Contexte général et scientifique ... 10

2.1 Pommiers et maladie de la Tavelure... 10

2.1.1 Cycle de l’agent pathogène, la Venturia Inaequalis ... 10

2.1.2 Mesures préventives contre l’infection ... 11

2.1.3 Contexte européen et stratégies de réduction de l’utilisation des fongicides ... 11

2.2 Durée d’humectation des feuilles ... 12

2.2.1 Mouillabilité ... 13

2.2.2 Détermination des angles de contact, techniques expérimentales ... 14

2.2.3 Evaporation... 15

3 Objectifs du stage ... 16

4 Matériel et Méthodes ... 17

4.1 Cahier des charges ... 17

4.1.1 Etude de la résistance variétale ... 17

4.1.2 Etude de la résistance ontogénique ... 18

4.2 Dispositif expérimental ... 19

4.2.1 Eclairage et support de goutte ... 19

4.2.2 Caisson d’eau sous pression et aiguille de gonflage/aspiration ... 19

4.2.3 Caméra PCO.1600 ... 19

4.2.4 Micro Manager ... 20

4.3 Méthodes d’acquisition et d’exploitation des données ... 20

5 Résultats et Discussion ... 21

5.1 Effet du volume de la goutte sur la mesure des angles ... 21

5.2 Influence de l’espèce et de la variété sur les angles de contact ... 21

5.2.1 Analyse individuelle ... 21

5.2.2 Analyse par groupe ... 23

5.2.3 Discussion ... 23

5.2.4 Analyse inter espèce ... 24

5.3 Etude ontogénique ... 25

Conclusion ... 27 Ingénieur à l’Inra, réflexion personnelle

Références Bibliographiques Annexes

INTRODUCTION

8

Introduction

La principale maladie fongique du pommier est la Tavelure due à un champignon Venturia Inaequalis. L’infection des feuilles par des spores1 de Venturia est fonction de la température et de la durée d’humectation des feuilles. Ainsi pour une température donnée, il faut un temps d’humectation minimum pour que l’infection ait lieu. Il apparait donc important d’avoir une bonne connaissance des caractéristiques climatiques auxquelles sont exposés les pommiers afin de pouvoir les traiter de façon légitime.

La durée de cette humectation va dépendre de la quantité d’eau initialement déposée et du temps d’évaporation des gouttes formées à la surface de la feuille. L’évaporation plus ou moins rapide dépend de variables environnementales telles que la température, le rayonnement ou la vitesse du vent. Mais elle dépend également de la surface d’échange eau/air des gouttes. Les feuilles ont des caractéristiques de surface qui leur sont propres ; elles peuvent être lisses, poilues, cireuses, etc. Ainsi selon leurs états de surface, les gouttes d’eau en provenance des pluies ou de la rosée, vont plus ou moins mouiller la feuille. Ce liquide en contact avec la surface, forme un angle de raccordement, dit angle de contact. Connaitre cet angle permet d’approximer la surface d’échange et donc le temps d’évaporation.

Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la mesure des angles de contact statiques et aux angles de contact dynamiques : l’angle d’avancée et l’angle de recul. Ces deux angles permettent de caractériser l’interaction eau/feuille mais aussi la tenue de la goutte sur la feuille. Une analyse variétale des angles de contact de huit pommiers a été faite. De même une analyse ontogénique sur la variété Golden a été réalisée pour étudier le comportement de gouttes d’eau sur des feuilles de différents âges.

La première partie de ce rapport, traitant du processus de développement de la maladie de la Tavelure, permet de mieux comprendre en quoi une bonne connaissance des principes d’évaporation et d’humectation est importante pour mieux appréhender le développement du champignon. Après une présentation du dispositif expérimental de mesures des angles de contact, les résultats de l’analyse variétale et ontogénique sont exposés. Enfin dans une dernière partie, une réflexion sur la validité des résultats obtenus est proposée.

1

LABORATOIRE D’ACCUEIL

9

1 Laboratoire d’accueil

L’Inra (Institut National de la Recherche Agronomique) est le premier institut de recherche agronomique européen et le deuxième mondial pour ses publications scientifiques. Créé en 1946 dans un contexte de reconstruction nationale d’après guerre, il mène des recherches finalisées pour une alimentation saine et de qualité, pour une agriculture compétitive et durable, et pour un environnement préservé et valorisé. Au fil du temps, les défis scientifiques et sociétaux ont pris une dimension mondiale. Aujourd’hui l’Inra cherche à renouveler son approche vis-à-vis de l’évolution de l’alimentation, du développement des maladies émergentes et des progrès de la chimie verte.

L’Inra possède de nombreux atouts grâce à ses 150 sites de recherche et d’expérimentation répartis dans toute la France, y compris en outre-mer. Le dispositif de recherche de l’Inra est structuré en 14 départements scientifiques. Le centre Inra de Clermont-Ferrand – Theix - Lyon rassemble 773 agents titulaires basés principalement en Auvergne, mais aussi à Limoges et en banlieue lyonnaise. L’unité Physique et Physiologie Intégratives de l’Arbre Fruitier et Forestier (PIAF) implantée à Crouël est rattachée aux départements « Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques » (EFPA) et « Environnement et Agronomie » (EA). C’est une unité mixte de recherche (UMR) entre l’INRA et l’université Blaise Pascal. Ses recherches portent principalement sur les réponses des arbres aux facteurs abiotiques (action du non-vivant sur le vivant). J’ai intégrée au cours de ce stage l’équipe Architecture et Microclimat (AMi) dirigée par Philippe BALANDIER. L’équipe AMi aborde la structure de la végétation en termes de distribution spatiale des individus ou des organes. Elle étudie leurs fonctionnements en lien avec leur microclimat environnant et plus particulièrement modélise les interactions physiques entre couvert arboré et environnement (lumière, vent). Cette étude porte sur 3 thèmes : la gestion de la lumière en forêt hétérogène, le développement de l'architecture des arbres, ainsi que la gestion du microclimat pour réduire les risques sanitaires en vergers de pommiers. Mon stage s’inscrit dans ce dernier thème.

Lorsque le producteur agit sur l’architecture de l’arbre fruitier il influence son microclimat ; c'est-à-dire l’exposition de l’arbre à la lumière, aux variations de température et à l’humidité. Par la suite le microclimat impacte directement le développement de différents bioagresseurs et tout particulièrement le développement du champignon Venturia Inaequalis, responsable de la Tavelure, principale maladie fongique (relative aux champignons) du pommier. Il s’agit alors de trouver le lien entre ces différents éléments afin d’agir sur le développement de la maladie. C’est tout particulièrement sur cet axe de recherche que j’ai joint ma participation.

10

CONTEXTE GENERAL ET SCIENTIFIQUE

10

2 Contexte général et scientifique

Cette première partie est à forte influence agronomique. Il s’agit ici de présenter pourquoi l’Inra appuie ses recherches sur le pommier et tout particulièrement sur la maladie de la Tavelure. L’eau présente sur les feuilles des pommiers est la principale cause du développement de la maladie. C’est pourquoi dans un second temps, les principes d’humectation et d’évaporation, mécanismes importants dans l’étude des gouttes d’eau naturelles, seront abordés.

2.1 Pommiers et maladie de la Tavelure

La pomme est le fruit du pommier, arbre fruitier largement cultivé. Il existe trois types de pommes alimentaires : les pommes à cidre, les pommes de table et les pommes à cuire qui sont toutes de l’espèce Malus pumila. Cette espèce compte plus de 20 000 variétés dans le monde.

Les principales variétés de pommiers sont sensibles à la Tavelure. La Tavelure est une maladie fongique due à un champignon : Venturia Inaequalis. Les symptômes sont l’apparition de taches irrégulières de couleur olive et un aspect velouté sur les feuilles et les fruits. Ainsi infectées, les feuilles restent petites, bouclées et finissent par tomber car la cuticule se rompt. Les taches sur les fruits sont de même nature que celles sur le feuillage ; en vieillissant elles évoluent vers des crevasses. Lors d’un développement massif, on observe une défoliation, une chute des feuilles, qui affaiblit l’arbre et qui nuira à sa survie l’hiver. La qualité des fruits est également réduite, conduisant à un déclassement des fruits tavelés et une perte de revenu pour l’arboriculteur [1].

2.1.1 Cycle de l’agent pathogène, la Venturia Inaequalis

Le développement de la maladie se fait en deux temps (Figure 1). A l’automne, le champignon se reproduit dans les feuilles tombées au sol qui forment la litière. Il y restera tout l’hiver dans une structure de survie. Au printemps, le temps devient favorable au développement des ascospores qui sont des spores produites par le champignon. Ejectées dans l’air, les ascospores matures sont entrainées par le vent du sol vers les feuilles des arbres, et vont causer les premières infections. C’est l’infection primaire qui dure de six à huit semaines. Pour infecter des tissus sains, les

spores doivent rester continuellement humides pendant une durée fonction de la température (par

exemple 28h à 6° ou 12h à 26°). Si la feuille s’avère infectée, les ascospores germent, percent la

cuticule et grandissent. Les premières taches diffuses apparaissent [1].

Ces taches vont alors générer de nouvelles spores (les conidies) et un deuxième cycle de contamination va alors commencer : c’est l’infection secondaire. Au bout de 8 à 15 jours des lésions apparaissent. Pendant une pluie ou encore lors de vents forts, les conidies sont emportées vers d’autres feuilles ou vers des fruits. Elles causeront de nouvelles taches et produiront de nouvelles

spores. Comme pour les ascospores, la présence d’eau liquide à la surface des organes est nécessaire

pour que l’infection des conidies ait lieu. Ainsi l’agent pathogène est entretenu grâce aux automnes et printemps humides [1] [7].

11

CONTEXTE GENERAL ET SCIENTIFIQUE

11

2.1.2 Mesures préventives contre l’infection

Il est possible de prévenir la première infection si un traitement est effectué avant, pendant ou immédiatement après une averse. Le traitement débute lorsque la pointe des bourgeons verdit et se poursuit jusqu’à ce que toutes les ascospores soient libérées. Le risque d’infection est grand lorsque la période des pluies est longue et que les conditions de température et d’humidité sont susceptibles d’engendrer l’infection. Du démarrage de la végétation jusqu’à la fin du printemps, le traitement est effectué tous les 5 à 7 jours soit en moyenne 10 à 20 traitements fongicides par an. De plus, en présence de taches de Tavelure à la fin de la contamination primaire, le verger est traité jusqu'à la récolte pour protéger les fruits de la contamination secondaire. Le problème des fongicides utilisés est qu’ils permettent soit de prévenir la maladie soit de la traiter. Un même fongicide ne permet pas de faire les deux à la fois [1] [3] [6].

2.1.3 Contexte européen et stratégies de réduction de l’utilisation des fongicides

Le projet de recherche se situe dans un contexte de prise de conscience de l’importance de la qualité de notre environnement et de notre alimentation. Les pressions politiques et l’opinion publique encouragent les pays européens à prendre des mesures en faveur de la diminution de l’utilisation de pesticides. En France, l’Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) a été créée en 2010 pour évaluer les risques sanitaires et nutritionnels liés à l’utilisation de pesticides. Les fongicides représentent environ 30% des pesticides totaux utilisés en Europe et leur emploi est particulièrement important en arboriculture fruitière [10].

Il existe différentes méthodes qui permettent de limiter le développement des épidémies de Tavelure et ainsi de raisonner la protection par traitements fongicides. La protection intégrée du verger permet la réduction de l’emploi des produits phytosanitaires. Il est possible de raisonner sur une plantation de variétés peu sensibles à la Tavelure, mais celles-ci sont souvent d’anciennes variétés qui ne répondent pas aux critères modernes de production. Il est également possible de réaliser des mélanges variétaux à savoir une association de différentes variétés plus ou moins sensibles à la maladie. Cette méthode est actuellement en cours d’étude mais les vergers commerciaux restent largement dominés par des variétés sensibles à la Tavelure. Une autre méthode consiste au broyage de la litière pour limiter la quantité d’ascospores libérées. Celle-ci présente toutefois des résultats variables [6].

Depuis 1990 des systèmes informatiques simples permettent de prédire le relâchement des

spores et ainsi le risque d’infection par la Tavelure. Ces systèmes sont basés sur l’interaction entre la

température pendant les pluies et le temps d’humectation des feuilles, et sur le temps requis au pathogène pour initier l’infection. La validité de ces modèles dépend pour beaucoup de ces conditions. Des courbes ont également été proposées par Mills et Laplante (1951) pour définir le risque d’infection selon les deux variables d’entrées : la température et la durée d’humectation (Figure 2). Lorsque les conditions météo sont au dessus de la courbe en trait plein, cela signifie que l’humectation et la température des feuilles sont suffisantes pour initier l’infection par les ascospores. Idem pour la courbe en pointillé qui indique le début d’infection par les conidies.

CONTEXTE GENERAL ET SCIENTIFIQUE

12

La stratégie consiste donc à effectuer une protection fongicide avant les pluies annoncées par les prévisions météorologiques. L’efficacité de ces fongicides de prévention n’est que de 3 à 8 jours ainsi un grand nombre d’applications est nécessaire. Avec cette stratégie, de nombreux traitements s’avèrent inutiles car soit la pluie n’arrive pas, soit elle n’est pas contaminatrice (couple température - humectation non favorable à une contamination)[6] [11].

Nous avons vu qu’au printemps, lors des épisodes pluvieux, les ascospores sont libérées des feuilles de la litière. Une fois déposées sur les organes du pommier celles-ci infectent les feuilles à condition qu’elles restent humectées pendant une durée plus ou moins longue selon la température. Il s’agit alors de mieux appréhender les mécanismes liés à l’humectation des feuilles de pommiers. Car si les feuilles ne sont pas humides, un traitement fongique ne s’avèrera pas nécessaire.

2.2 Durée d’humectation des feuilles

Le terme d’humectation fait référence à la quantité d’eau en présence sur un support. Dans le cas de l’étude sur les pommiers, la durée de l’humectation va dépendre de l’apport d’eau par les pluies principalement et de la vitesse d’évaporation des gouttes d’eau sur les feuilles.

L’apport d’eau lors d’une pluie a déjà été modélisé. Les diamètres moyens des gouttes d’eau provoquées par un orage, une pluie étendue ou une averse sont respectivement de 0,5 mm, 0,8 mm et 1 mm. Soit un volume d’eau équivalent à 0,065µL, 0,27µL et 0,52µL. Dans ces trois cas, le volume maximal admissible pour une goutte d’eau est de 14,1µL. Cette étude nous fournit un ordre d’idée intéressant pour le choix des volumes d’eau que nous utilisons de façon expérimentale [14].

Le volume d’eau évaporé dV (m3) pendant une durée dt (s) peut être modélisé par l’équation 2.2.a : (2.2.a) avec S (m²) la surface d’échange, E (kg/m²/s) un flux qui correspond à la perte par évaporation et ρ (kg/m3) la masse volumique. Ainsi que par l’équation 2.2.b, donnant l’équilibre énergétique (W/m²) :

(2.2.b) où λ est la chaleur latente massique (J/kg)

Cette équation permet d’exprimer la régulation de la chaleur de tout organisme avec, H la perte de chaleur vers l’environnement (conduction et convection), Rn le rayonnement net en chaleur et M le gain en chaleur (métabolisme). L’évaporation est donc liée aux variables environnementales que sont : la température, le rayonnement, le vent. Egalement l’évaporation dépend de la surface d’échange eau/air [12].

Pour connaitre cette surface d’échange il est nécessaire d’avoir une idée de la distribution des volumes d’eau des gouttes sur la feuille ainsi que des angles de contact que forment ces gouttes à la surface de la feuille. Pour traiter du contact entre une goutte d’eau et son support il faut auparavant aborder les notions de mouillabilité d’une surface et d’angle de contact.

13

CONTEXTE GENERAL ET SCIENTIFIQUE

13 2.2.1 Mouillabilité

Le terme de mouillabilité permet de définir l’aptitude qu’a un liquide à maintenir un contact avec une surface solide. Le mouillage est l’étude de l’étalement d’un liquide déposé sur un substrat.

Le degré de mouillabilité est déterminé par les forces d’adhésion et de cohésion. Les forces d’adhésion entre un solide et un liquide auront tendance à chercher à étaler le liquide le long de la surface. Au contraire, les forces de cohésion du liquide vont permettre de limiter les contacts avec la surface, le liquide va alors se resserrer sous forme d’une sphère.

L’ange de contact θ est déterminé par la résultante entre les forces de cohésion et d’adhésion. C’est l’angle où l’interface liquide/vapeur rencontre l’interface solide/liquide. La ligne de contact est également appelée ligne triple. Plus la goutte s’étale sous forme de flaque, plus l’angle de contact sera faible ; et inversement. Une mouillabilité parfaite induit un angle de contact θ=0 ; le mouillage est total car le liquide a une forte attraction pour le solide. Un parfait non-mouillage induit un angle de contact θ=180° ; l’interaction solide/liquide est faible [8].

Le mouillage peut également être partiel, et dans le cas de l’eau :

 θ < 90°, la surface est favorable au mouillage : surface hydrophile

 θ > 90°, la surface n’est pas favorable au mouillage : surface hydrophobe

 θ > 150°, la surface est super hydrophobe référencée comme « l’effet Lotus »

Il est à noter que l’angle θ=90° ne joue aucun rôle particulier au sens thermodynamique. Lorsque le liquide en présence n’est pas de l’eau, on parle de surfaces lyophiles pour un angle θ < 90° et de surfaces lyophobes pour un angle θ > 90° [e].

Ces différents régimes de mouillage de l’eau peuvent être distingués par une grandeur : le paramètre d’étalement S donné par la formule 2.2.1.. Ce paramètre mesure la différence entre l’énergie de surface du substrat sec et celle du substrat mouillé (Figure 3).

(2.2.1.) Ou

γ

est la tension superficielle respectivement de solide/gaz, solide/liquide, liquide/gaz.

Lorsque le mouillage est total, S>0 le liquide s’étale pour abaisser son énergie. Lorsque le mouillage est partiel, S<0, la goutte ne s’étale pas et forme à l’équilibre une calotte sphérique qui s’appuie sur le substrat en formant un angle θ (angle de contact) [8].

La mesure de cet angle peut se faire dans un état statique ou dynamique. On parle alors de l’angle de contact statiques et des angles de contact dynamiques : l’angle d’avancée et l’angle de recul.

CONTEXTE GENERAL ET SCIENTIFIQUE

14

L’angle d’hystérésis correspond à la différence entre l’angle de contact lors de l’augmentation du volume de la goutte (noté angle d’avancée, θadv) et l’angle de contact lors de la diminution du volume de la goutte (noté angle de recul, θrec). Lorsque la goutte gonfle, elle s’étale en formant un angle constant θadv qui est le plus grand angle que peut prendre une goutte de liquide sur une surface solide. A l’inverse, lorsque la goutte est aspirée, elle se rétracte à angle constant θrec, qui est le plus petit angle admissible sur une telle surface.

θrec < θstatique < θadv

Les angles d’avancée et de recul sont des angles dynamiques car au cours du temps la goutte bouge, elle s’étale ou se rétracte, mais les angles restent constants.

L’hystérésis n’existe que lorsque la surface solide est à caractère rugueuse ou hétérogène. Les angles θadv et θrec déterminent la tenue de la goutte sur la surface. La mesure d’un angle de contact simple lors de l’observation d’une goutte stationnaire sur une surface donne une valeur d’angle dit angle statique [2].

2.2.2 Détermination des angles de contact, techniques expérimentales

Il existe plusieurs méthodes pour déterminer les angles θ qui caractérisent le processus d’étalement ou de retrait d’une goutte. Il faut pour cela prendre en compte l’évolution au cours du temps de la géométrie de la goutte et de son état d’équilibre. Les techniques employées nécessitent généralement un montage optique et une caméra afin d’enregistrer les données en continu. Pour des angles θ<45°, la méthode par réflexion peut être utilisée. Elle consiste à éclairer une goutte par un faisceau laser parallèle et à observer les franges d’interférence entre le faisceau réfléchi par la surface de la goutte et celui réfléchi par la partie de substrat recouverte par la goutte. Une autre méthode moins précise consiste à observer la déformation de l’image d’un quadrillage au travers d’un coin de liquide de la goutte. Contrairement à la méthode par réflexion, la deuxième méthode permet une mesure directe de l’angle de contact mais ne s’applique néanmoins que dans le cas où le liquide et le substrat sont transparents [8].

Dans le cas de l’étude des gouttes d’eau sur une feuille de pommier, c’est une 3ème méthode qui a été employée. Elle consiste à prendre une photo de profil de la goutte. C’est une méthode qui est acceptable pour des angles relativement grands (supérieurs à 5-10 °) et qui permet une mesure directe [8].

15

Figure 4 : Illustration des deux modes d’évaporation [d’après 15]

CONTEXTE GENERAL ET SCIENTIFIQUE

15 2.2.3 Evaporation

Deux modes d’évaporation d’une goutte sur une surface peuvent être distingués (Figure 4). Soit l’évaporation se fait avec un angle de contact constant ; c’est-à-dire que l’angle de contact reste inchangé pendant l’évaporation. La forme de la goutte reste la même mais la surface de contact entre le liquide et la surface diminue. C’est la conduite attendue pour un système idéal équilibré liquide/gaz/solide où il n’y a pas de différence entre l’angle d’avancé et l’angle de recul. Soit l’évaporation a lieu avec une surface de contact constante ; la forme reste celle d’une calotte sphérique mais l’angle de contact diminue. L’évaporation suit ce mode jusqu’à ce que l’angle de recul soit atteint. Il est possible de trouver que l’angle de contact et l’aire de contact diminuent simultanément ou de façon discontinue. Des analyses théoriques avec chacun des deux modes ont été faites avec une prédiction sur la masse résiduelle de la goutte à tout moment de sa vie et pour des angles de contact de 0° à 180°. Il advient que la théorie des deux modes d’évaporation est acceptable pour des gouttes de 1pg à 40 mg.[13].

Une goutte au repos prend la forme d’une casquette sphérique tant que sa masse est inférieure à 1mg. En effet, les gouttes plus larges sont déformées par gravité.[13]

La dimension d’une goutte est caractérisée pour sa longueur capillaire notée lc ou ĸ-1 (Figure 5). Elle est défini par :

(2.2.3.a) avec γ la tension superficielle (N/m), ρ la masse volumique (kg/m3) et g la constante gravitationnelle (g≈9,8 m/s²)). Pour l’eau, la longueur capillaire est de 2,7 mm [8].

Le nombre de Bond peut également être utilisé. Noté Bo, il caractérise l’influence de la gravité sur la déformation d’une goutte d’un liquide.

(2.2.3.b) avec R la dimension de la goutte : R ~(3V/4π)⅓ pour une goutte de volume V.

Si Bo << 1, la goutte reste sphérique, si Bo >> 1 la goutte s’aplatit sous l’effet de la gravité. Exemple : goutte d’eau d’un orage R≈0,23mm soit un Bo≈0,0073, la tension capillaire est prédominante, la gravité n’a pas d’influence [8].

L’Inra s’intéresse à rendre le traitement de la maladie de la Tavelure plus pertinent car l’usage des fongicides s’est vivement intensifié depuis les années 50. A la lumière des connaissances sur la mouillabilité des surfaces et tout particulièrement des feuilles de pommier, il s’agit de mieux appréhender le mécanisme d’évaporation des gouttes en verger. Peu d’études ont été faites sur l’humectation des feuilles de pommier. A l’échelle macroscopique, seule la variabilité des états de surface des feuilles qui existe au sein d’une espèce comme au sein d’une variété est visible. Mais tout reste à découvrir, pour avoir des renseignements sur l’état de surface des différentes feuilles, sur leur caractère mouillable ou sur l’ordre de grandeur de l’hystérésis.

OBJECTIFS DU STAGE

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3 Objectifs du stage

Ce stage s’inscrit dans l’objectif d’une meilleure compréhension des phénomènes microclimatiques entrant en jeu dans le développement de la maladie fongique Venturia Inaequalis.

Il s’agit de caractériser la mouillabilité des feuilles de pommier afin d’obtenir une modélisation plus réaliste de l’évaporation d’une goutte sur une feuille car l’influence de la mouillabilité du support sur l’évaporation est non négligeable. Des modèles d’évaporation existent. Mais selon le support il est possible d’observer des variations importantes de mouillabilité. Il est donc nécessaire de représenter la gouttelette de manière plus réaliste.

L’objectif du stage consiste à regrouper une banque de données sur les angles dynamiques et les angles statiques de différentes espèces fruitières (pommier, pêcher, prunier, noyer) et de différentes variétés de pommiers présentant des sensibilités différentes à la maladie. Si des différences significatives se font sentir entre les variétés, il sera alors intéressant d’adapter le modèle d’évaporation selon la variété présente en verger.

Egalement, une étude des angles de contact de gouttes d’eau sur des feuilles de différents âges (de la jeune pousse à la feuille adulte) a été faite pour documenter la mouillabilité des végétaux.

MATERIEL ET METHODES

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4 Matériel et Méthodes

Cette partie permet de présenter le cahier des charges de l’expérimentation. Les différents éléments essentiels au dispositif expérimental sont détaillés ainsi que le mode opératoire pour l’exploitation des données.

Pour chaque variété, nous avons mesuré des angles dynamiques et statiques. Pour obtenir une valeur d’angle dynamique moyen, 4 temps sont requis : le choix et la préparation de la feuille à étudier, l’acquisition des séquences de gonflage ou d’aspiration d’une goutte, le tri et la sélection des photos représentatives de l’angle cherché, l’analyse de l’image pour la mesure de l’angle.

4.1 Cahier des charges

Deux axes d’expérimentation sont proposés. (i) Une étude comparative des différentes variétés de pommiers en présence, afin de voir si un lien entre résistance à la Tavelure et angles d’hystérésis peut être admis. (ii) Une étude sur une même variété, Golden, pour voir si une adéquation entre l’âge d’une feuille et son angle d’hystérésis peut être trouvée. Etant donné que les feuilles les plus jeunes sont d’avantages sensibles à la Tavelure.

Dans le cas du pommier, seule l’évaporation de l’eau présente sur le dessus de la feuille est étudiée. Cela dans un objectif pratique, l’eau de pluie atteint principalement le dessus des feuilles.

4.1.1 Etude de la résistance variétale

Afin d’obtenir un panel de données, plusieurs variétés de pommiers présente sur le site de l’INRA de Crouël ont été recensées afin d’être exploitées. Huit variétés sont en présence :

 Jubilé : Delbard Jubilé Delgollune, moyennement sensible aux maladies physiologiques.

 Golden Delicious : pomme la plus produite en France, elle est moyennement sensible à la Tavelure.

 Royal Gala : pommier Tenroy, très productif mais très sensible à la Tavelure.

 Reine des Reinette : pommier robuste, précoce et productif dans toutes les régions. Il est peu sensible à la Tavelure.

 Fuji : l’arbre est très sensible à la Tavelure.

 Ariane : pomme trapue, sa résistance à la Tavelure permet de réduire le nombre de traitement.

 Belle de Boskoop : pomme de gros calibre, le pommier est vigoureux et résistant au froid. Il est peu sensible à la Tavelure.

Les sept notées ci-dessus sont des variétés de distribution, mais est également disponibles : Fille de l’orient qui est une variété de conservatoire [9].

MATERIEL ET METHODES

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Tous les pommiers sont en terre sauf les variétés Golden et Jubilé. Pour pouvoir faire une étude de l’arbre, le prélèvement d’une ou deux feuilles le jour même de leur étude suffit. Mais il faut choisir une feuille représentative de l’ensemble du feuillage. La feuille doit être saine, sèche et d’âge adulte. Nous avons considéré qu’une feuille est adulte lorsqu’elle a une taille et une couleur dans la moyenne de l’ensemble du feuillage et qu’elle n’est pas implantée à l’extrémité d’un branchage. Le bout de feuille sur lequel a été déposée la goutte, devait être relativement plat. Par conséquent la zone contenant la nervure principale a été évitée ainsi que les zones où les nervures secondaires étaient trop développées et en relief. Afin d’assurer une planéité de la feuille, le bout choisi a été fixé avec du scotch double face. Ainsi comme la photo est prise de profil, on s’assure de ne pas avoir de bosse ou d’ombre en surface.

Nous avons choisi de faire 20 acquisitions d’angle d’avancée et 20 acquisitions d’angle de recul. Après exploitation, toutes les acquisitions ne seront pas exploitables, mais on s’assure ainsi d’avoir un assez grand panel d’images analysables. Pour chaque photo, l’angle de droite et l’angle de gauche de la goutte ont été mesurés. Entre 40 et 70 angles ont été mesurés (d’avancée ou de recul) ce qui est correct pour une analyse statistique.

Afin de s’assurer de la qualité des mesures des angles dynamiques, nous avons également choisi de mesurer des angles statiques. Ces derniers doivent en effet être compris entre les 2 angles dynamiques. Pour chaque feuille 30 photos d’angles statiques ont donc été effectuées : 15 avec une goutte lâchée d’un support situé à 11 cm en surplomb de la feuille (matérialisant une très faible pluie), et 15 avec une goutte déposée à l’aide de la pipette.

4.1.2 Etude de la résistance ontogénique

L’ontogenèse décrit le développement progressif d’un organisme depuis sa création jusqu’à sa mort. Ce terme s’applique pour tous les êtres vivants. Dans le cas de l’étude, nous nous sommes intéressés au comportement des gouttes d’eau selon l’âge de la feuille. Pour cela, un pommier en pot de variété Golden a été taillé de manière à favoriser un bourgeonnement rapide. Un suivi photo quotidien a été réalisé. Ce suivi est important car l’âge de la feuille est exprimé en jours. Le jour de départ de l’âge de la jeune feuille est choisi au moment ou la feuille est parfaitement détachée du bourgeon et qu’elle commence à se déplier en largeur. Il s’agit de choisir un panel d’âge de feuille allant de quelques jours à une vingtaine de jours. Plus les feuilles sont jeunes, plus elles sont petites et plus vite la surface d’étude est altérée. Pour chaque feuille, une dizaine de mesures d’angles d’avancée et autant d’angles de recul ont été effectuées, ainsi que quelques lâchés de goutte.

19

Figure 6 : Présentation du dispositif expérimental

Figure 7 : Amélioration de l'aiguille permettant l'aspiration ou l'arrivée d'eau

MATERIEL ET METHODES

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4.2 Dispositif expérimental

Le dispositif expérimental est composé de quatre outils principaux (Figure 6). 4.2.1 Eclairage et support de goutte

L’éclairage est un réseau de fibre optique. La fibre optique n’émet ni chaleur ni rayon UV. Aucune électricité ne circule à travers les fibres. Le générateur de lumière SCHOTT permet de produire un faisceau lumineux homogène à la température voulue, ici 3300 K. Le faisceau est ensuite guidé dans la fibre optique. C’est un dispositif simple qui, placé derrière la goute, permet d’optimiser l’éclairage et donc le contraste de la photo capturée. La goutte ainsi éclairée est déposée sur une plaque blanche et plate, posée sur un support élévateur à plateau carré. Le support de laboratoire permet de garantir la planéité du système durant les mesures.

4.2.2 Caisson d’eau sous pression et aiguille de gonflage/aspiration Le caisson d’eau a été conçu par C. Bodet et H. Cochard. L’air en pression dans le caisson d’eau appuie sur l’eau qui sort dans les capillaires raccordés par des embouts Luer à la même pression que l’air. Les cônes Luer sont des systèmes standardisés pour faire des raccordements étanches de capillaires. Ils sont utilisés pour les instruments médicaux et de laboratoire. L’eau est maintenue à environ 1bar de pression. Ce dispositif est utilisé uniquement pour les mesures dynamiques. L’eau qui arrive par une aiguille Terumo SurGuard2 de 0,30mm de diamètre (30G) est utilisée pour le gonflage d’une goutte. La pointe de l’aiguille d’origine a un bout taillé en biseau. Par conséquent l’arrivé d’eau ne se fait pas de manière homogène au cœur de la goutte d’eau prévue pour l’amorçage. Nous avons donc taillé une pointe droite (Figure 7). Le gonflage et l’aspiration sont plus réguliers même si les bords de l’aiguille ne sont pas parfaits.

Dans le cas de la mesure de l’angle de recul, l’aiguille est placée le plus proche possible de la surface de la feuille. Ainsi le retrait sera continu, jusqu'à l’aspiration complète de la goutte. La goutte est d’un volume approximatif de 90 µL ; assez conséquent pour que le retrait de la goutte soit bien visible, mais pas trop pour ne pas polluer la surface de la feuille. A l’inverse, l’aiguille est placée au plus haut de la goutte pour une mesure de l’angle d’avancée. Cela permet de ne pas créer de turbulences lorsque le jet d’eau touche la surface (Figure 8). Une goutte d’amorçage de 5µL permet un gonflage régulier. Pour les angles statiques, la goutte déposée ou lâchée est de 15µL.

4.2.3 Caméra PCO.1600

La caméra PCO.1600 est une caméra CCD haute résolution : 1600x1200pixels et pouvant atteindre une cadence de 30 images/s. Elle est utilisée pour l’acquisition d’image. Au cours de ce stage j’ai eu l’occasion de m’initier à la photographie et au langage technique qui lui est associé. La caméra est équipée d’un objectif macro sigma 105mm monté sur 2 bagues allonges de 21mm et 31mm. L’objectif macro permet la reproduction de sujets de petites tailles, grâce à une mise au point très rapprochée. Les bagues allonges, utilisées en macrophotographie, ne contiennent pas de lentille mais permettent d’éloigner l’objectif du capteur. Ainsi le grossissement est augmenté et la distance de mise au point réduite. Pour choisir sa profondeur de champ c'est-à-dire pour obtenir une image net du sujet et de son environnement, il faut régler l’ouverture F. Augmenter le nombre F revient à fermer le diaphragme et donc à donner de la profondeur à l’image.

La caméra est fixée sur un rail lui-même posé sur un trépied. Les flous liés aux éventuels mouvements du photographe sont évités ; l’appareil est stabilisé. Une rotule permet d’incliner l’axe longitudinal de la caméra pour prendre une photo légèrement plus de dessus qu’un profil parfait.

20

MATERIEL ET METHODES

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C’est un outil utile pour pouvoir bien distinguer le contact de la goutte avec une feuille poilue. La valeur d’angle mesurée n’est pas influencée par l’inclinaison de la caméra.

4.2.4 Micro Manager

L’ordinateur est équipé du logiciel Micro Manager 1.3 adapté pour le contrôle des microscopes automatisés. Micro Manager travaille avec des microscopes des quatre principaux fabricants (Leica, Nikon, Olympus et Zeiss) et avec la grande majorité des appareils photos scientifiques de qualités, utilisés en imagerie. Dans les menus, il est possible de contrôler l’exposition (quantité totale de lumière reçue par le capteur numérique pendant la prise de vue) mais aussi lors de l’acquisition d’une séquence d’image : le nombre de photo et le temps entre chaque prise sont modifiables. Les images générées sont numérotées automatiquement et enregistrées au format « .tif ».Micro Manager est un plugin du logiciel ImageJ ; c'est-à-dire un module d’extension qui complète ImageJ pour lui apporter de nouvelles fonctionnalités. ImageJ est un logiciel libre de traitement d’images écrit en Java par le National Institute of Health (NIH). C’est à partir du logiciel Micro Manager que se fait l’acquisition d’images, ImageJ est utilisé pour le traitement d’image.

4.3 Méthodes d’acquisition et d’exploitation des données

Les mesures statiques sont exploitées à partir d’une photo alors que les mesures dynamiques sont enregistrées par Micro Manager sous la forme d’une séquence d’images. Nous avons paramétré l’acquisition comme suit : 250 photos prises toutes les 170ms. L’exposition de l’image est de 200/ms. Par la suite, les photos où l’angle de recul ou d’avancée apparait constant sont triées et sélectionnées. Elles sont ensuite exportées sous ImageJ où trois étapes de modification de la photo initiale sont nécessaires pour la mesure des angles de contact : à droite et à gauche. (Figure 9).

Sous ImageJ, chaque photo est reconnue par son nom/numéro (A). Dans un premier temps, il faut agir sur la fenêtre de luminosité-contraste afin que le contour de la goutte soit bien défini par rapport à l’arrière plan. Le réglage se fait au jugé de l’opérateur. Ensuite, la ligne de base est tracée ; elle rejoint les 2 points de contact à droite et à gauche de la goutte d’eau sur la feuille. Nous considérerons que si le dispositif et la feuille ne sont pas parfaitement plans, il est possible d’ajuster la planéité de la ligne de base par une rotation de la photo (B). C’est sur cette ligne que l’équerre permettant la mesure de l’angle, va s’appuyer. L’autre coté de l’équerre suit la pente donnée par la goutte ; la mesure est faite au pixel près. L’angle est donné directement dans la fenêtre d’ImageJ (C).

Le dispositif expérimental est simple et assez bien conçu. Néanmoins les sources d’erreurs sont multiples. Elles peuvent être au niveau du choix pertinent ou non de la feuille à analyser. L’opérateur qui choisit l’orientation de la goutte, la prise de vue et l’inclinaison de la caméra, peut induire des erreurs lors de la capture d’image. Il peut surtout y avoir une perte de justesse lors de la sélection des photos qui représentent fidèlement les angles dynamiques, dans une séquence de gonflage ou d’aspiration de goutte. Enfin une erreur peut s’introduire dans la mesure de l’angle lors du traitement d’image. C’est pourquoi il est important d’effectuer une procédure de répétabilité des mesures. Il s’agit alors de trouver un bon compromis : en effet si beaucoup de mesures sont réalisées, le temps de traitement des acquisitions sera beaucoup plus long.

21 15µL 5µL 2µL Angle moyen 67,477 62,944 62,692 Ecart type 7,769 8,194 9,879 Angle θMin 49,635 50,793 46,042 Angle θMax 84,053 82,694 80,218 Delta = |θMoy-θMin| 17,842 12,151 16,650 Delta = |θMax-θMoy| 16,576 19,750 17,526

Les données du tableau sont en degrés

Tableau 1 : Angles de contact de gouttes de 15µL, 5µL et 2µL déposées sur feuilles de Jubilé

Variété Ariane Belle de Boskoop

Fille de

l'Orient Fuji Golden Jubilé

Reine des Reinettes Royal Gala Sensibilité tavelure

-

-

nc

++

+

+

-

++

Angle d'avancée moyen 81,674 70,801 77,004 80,589 84,117 84,331 91,097 74,931 Ecart type 6,445 5,218 3,976 7,470 6,905 4,112 10,600 4,325 Angle min 68,654 55,231 69,624 66,038 66,644 68,629 74,249 65,624 Angle max 99,090 80,744 85,668 100,235 99,638 91,507 113,305 87,039 Angle moyen goutte déposée 78,102 69,777 72,505 75,357 69,065 68,880 84,301 62,719 Ecart type 7,330 4,991 7,189 8,155 7,114 8,656 12,387 7,298 Angle moyen goutte lachée 37,241 17,345 25,594 40,877 32,961 24,547 29,775 32,079 Ecart type 8,269 4,823 6,709 9,856 7,576 4,908 7,391 10,079 Angle de recul moyen 15,833 9,416 11,608 21,777 17,508 13,701 8,485 <5 Ecart type 5,491 3,158 6,559 5,560 5,184 4,959 2,943 -Angle min 7,696 4,399 0,800 11,602 5,874 4,128 2,710 -Angle max 28,379 16,321 28,720 34,089 31,097 23,962 14,808 -Hystérésis moyenne 65,841 61,385 65,396 58,812 66,609 70,629 82,612 72,431 Hystérésis min 40,275 38,910 40,904 31,949 35,547 44,667 59,441 60,624 Hystérésis max 91,394 76,345 84,868 88,633 93,764 87,379 110,595 87,039

Les données du tableau sont en degrés

Sensibilité à la Tavelure : ++ : très sensible, + : moyennement sensible, - : résistante, nc : non connue

RESULTATS ET DISCUSSION

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5 Résultats et Discussion

Cette dernière partie présente les résultats obtenus et les idées générales qui peuvent en être dégagées. Nous commencerons par détailler les mesures liées à l’étude variétale puis les informations relatives à l’étude ontogénique.

5.1 Effet du volume de la goutte sur la mesure des angles

Afin d’estimer l’influence de la taille des gouttes sur la mesure des angles statique et dynamiques, une analyse préliminaire avec 3 volumes de goutte: 15µL, 5µL et 2µL, a été effectuée sur la variété Jubilé (Tableau 1).

Le calcul de l’angle delta, prouve que l’angle moyen est centré par rapport à la population et que le calcul de cet angle moyen est pertinent. La dispersion des résultats est identique quelque soit le volume de goutte. Les angles moyens de 5µL et de 2µL sont très proches, l’angle de contact pour une goutte de 15µL est légèrement plus grand. Au vu des écarts-types plutôt élevés (écart-type moyen sur les 3 volumes : 8,614° soit environ 13,4% de l’angle moyen), la différence entre les angles moyens des trois volumes est acceptable. On peut supposer qu’avec une goutte plus importante de 15µL, une plus grande surface de la feuille est couverte. La goutte est donc exposée à plus d’hétérogénéité de surface, d’où un angle de contact plus grand. Par la suite, nous avons admis qu’un volume de 15µL pour les mesures statiques est acceptable.

5.2 Influence de l’espèce et de la variété sur les angles de

contact

L’étude variétale a pour intérêt premier de se renseigner sur les différents angles accessibles par des gouttes d’eau sur des feuilles de différentes variétés de pommiers. Nous avons également comparé ces résultats aux résultats obtenus avec deux autres espèces fruitières : le pêcher Redhaven et le prunier Reine Claude.

5.2.1 Analyse individuelle

Le Tableau 2 regroupe l’ensemble des données statiques et dynamiques obtenues pour les 8 variétés de pommiers : Ariane, Belle de Boskoop, Fille de l’orient, Fuji, Golden, Jubilé, Reine des Reinettes et Royal Gala (Tableau 2) (ANNEXE 1).

Les angles statiques moyens sont bien compris entre les angles d’avancée et de recul moyens. Néanmoins, l’angle statique d’une goutte déposée est proche de l’angle d’avancée et l’angle statique d’une goutte lâchée est proche de l’angle de recul.

RESULTATS ET DISCUSSION

22

 θdéposée ≈ θadv : Il faut ici regarder l’aspect dynamique. Lorsque la goutte de 15µL est déposée sur la feuille, l’arrivée d’eau se fait par le cône d’une micropipette. Par conséquent, il s’agit bien d’un gonflage. Durant cette phase de gonflage, l’angle de contact goutte/feuille, s’approxime à l’angle d’avancée. Par suite, la goutte va chercher un angle de contact, dit angle d’équilibre, qui sera assez proche de l’angle d’avancée.

 θlachée ≈ θrecul : De la même façon que précédemment, l’aspect dynamique est à prendre en compte. La goutte est dans une situation de chute libre. Elle impact la surface sans avoir le temps de se mettre à l’équilibre. Dans un premier temps, la goutte va s’étaler puis se rétracter. C’est durant cette phase de retrait que la dynamique de mise à l’équilibre se fait. L’angle à l’équilibre est alors assez proche de l’angle de recul.

Nous avons vu dans l’étude théorique que la durée d’humectation dépendait, entre autres, de l’apport d’eau provenant des pluies et de la rosée. La pluie désigne une précipitation d’eau tombant des nuages vers le sol. Elle peut donc être comparée à priori à une goutte telle que celle lâchée dans l’expérimentation. Ainsi les gouttes de pluie formeraient des angles de contact proches de θrec. A l’inverse, la rosée est une précipitation d’eau qui résulte de la condensation de la vapeur d’eau de l’air, sous forme liquide. Les gouttes se forment donc en surface d’un élément froid ; la vapeur d’eau se condense au contact de la feuille. Ainsi les gouttes de rosée pourraient être assimilées à des gouttes qui se gonflent à la surface de la feuille telle que les gouttes déposées. Les gouttes de rosée formeraient un angle de contact proche de θadv. Par conséquent, si rosée et pluie décrivent l’humectation, le fait que les gouttes aient des angles de contact différents, signifie que l’évaporation ne se fera pas de la même façon et à la même vitesse dans les deux cas.

Il est à noter que l’écart type, qui représente les dispersions des mesures autour de la valeur moyenne, est plus faible pour les angles dynamiques que statiques. Les angles dynamiques correspondent au plus grand angle et au plus petit angle, accessibles par le couple liquide/surface. Ainsi le panel de mesure converge vers une valeur fixe θadv ou θrec. La dispersion est donc moindre pour les angles dynamiques que pour les angles statiques. En effet, lorsque la goutte est lâchée ou déposée, elle est influencée par différents paramètres: rapidité du dépôt, effet d’accroche, surface hétérogène, sens de la prise de vue, forme non sphérique de la goutte de profil. D’où une plus grande variabilité dans les angles statiques et une plus grande dispersion autour de la valeur moyenne. La dispersion des mesures d’angles statiques est d’autant plus grande que l’angle d’hystérésis est important.

23

Figure 10 : Boites à moustaches des angles d'avancée des 8 variétés de pommiers

Figure 11 : Boites à moustaches des angles de recul des 8 variétés de pommiers

Belle de boskoop

5 Groupes homogènes pour les angles d'avancée

Fuji

6 Groupes homogènes pour les angles de recul

Reine des Reinettes Golden / Jubilé

Fuji / Ariane Royal Gala / Fille de l'orient

Royal Gala

Reine des Reinette / Belle de boskoop Fille de l'orient

Jubilé / Ariane Golden

RESULTATS ET DISCUSSION

23 5.2.2 Analyse par groupe

Une analyse statistique a été faite grâce au logiciel Statgraphics. Dans un premier temps, un pré test est réalisé, le test des variances. La probabilité que toutes les variances soient égales est de l’ordre de 10-12. Comme la valeur de la probabilité est inférieure à 0.05, il y a une différence statistiquement significative entre les écarts-types au niveau de confiance de 95.0%. Nous pouvons dire que les échantillons sont hétérogènes en variance. Par suite le test de Kruskal-Wallis teste s’il y a une différence statistiquement significative entre les médianes au niveau de confiance de 95.0%. La probabilité de ce test est nulle ; il y a au moins une valeur de médiane qui est différente des autres. Les variétés ne sont pas similaires mais le tracé des boites à moustaches (ANNEXE 2) permet de faire des regroupements homogènes pour les valeurs d’angles d’avancée (Figure 10) et de recul (Figure 11

Cinq groupes homogènes sont identifiés pour les angles d’avancé et six groupes homogènes pour les angles de recul. Dans un groupe il n'y a pas de différences statistiquement significatives de la médiane (limite de 5% de différence) (Tableau 3).

Grace aux boites à moustaches, nous pouvons observer que de nombreux recouvrements ont lieu même entre des variétés qui n’appartiennent pas au même groupe homogène. En effet les angles restent du même ordre de grandeur quelque soit la variété. Par exemple pour les angles d’avancée la plupart des angles sont serrés dans une gamme ≈ 75°-100°. Pour les angles de recul, cette gamme s’étant entre ≈6° et ≈24°. Les variétés Golden, Jubilé et tout particulièrement Ariane, sont assez représentatives de l’espèce pommier car que se soit pour l’angle d’avancée ou de recul, leurs boites à moustaches sont centrées dans le panel de variétés

5.2.3 Discussion

Nos résultats sont corrects mais ils peuvent présenter des erreurs car les sources d’incertitudes sont multiples. Le choix de la feuille prélevée est un élément qui, s’il est mal choisi, affecte le résultat dès le début du processus d’expérimentation. Est-ce que la feuille choisie est représentative du couvert ? Nous avons décidé de ne sélectionner que des feuilles nettes, sans maladie apparente. Mais peut-on toujours s’assurer de la propreté de la feuille ? Et est ce qu’une feuille à priori parfaite est représentative des autres feuilles de l’environnement ? A partir du moment où un choix doit être fait, il semble logique que dans le cadre d’une étude scientifique le cas idéal soit traité en premier lieu.

Pour l’étude variétale, les feuilles de chaque variété n’ont pas été prélevées au même moment (même heure, même jour). Est-ce qu’après une pluie, la feuille a été cueillie suffisamment longtemps pour qu’elle soit sèche pour l’étude ? Est-ce qu’après une période de vent, les feuilles ne se recouvrent pas d’un dépôt de poussière ou de corps étrangers ? Nous avons vu que la surface des feuilles est particulièrement hétérogène, mais ces dernières interrogations montrent que d’autres facteurs peuvent influer la surface de la feuille et donc influencer les mesures d’angles de contact.

La méthode de prise de vue des ou d’une photo de goutte peut également être source de biais dans les mesures. Lorsqu’une goutte est déposée sur son support elle ne prend pas une forme parfaitement sphérique en vue de dessus. Cet effet de déformation est particulièrement visible sur les gouttes lâchées car lors de l’impact elles s’étalent et leur forme est influencée par le relief de la surface. Ainsi pour une même goutte, plusieurs prises de vue de profil peuvent être prises.

24 y = 0.8772x R2 = 0.9999 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120

Durée d'évaporation sim ulée à theta = 90° (m in)

D u ré e d 'é v a p o ra ti o n s im u lé e à t h e ta = 8 5 ° (m in ) t85(t90) Linéaire (t85(t90))

Figure 12 : Durée d'évaporation simulée d'une goutte formant un angle de contact θ=85° en fonction d’une goutte avec un angle de contact θ = 90°

Figure 13 : Comparaison des surfaces des feuilles de prunier "Reine Claude" (A) et de pêcher "Redhaven" (B)