Effet de l'âge et de la taille sur le fonctionnement hydraulique du cep de vigne : impacts sur la production et le dépérissement

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Effet de l’âge et de la taille sur le fonctionnement

hydraulique du cep de vigne : impacts sur la production

et le dépérissement

Marie Debournoux

To cite this version:

Marie Debournoux. Effet de l’âge et de la taille sur le fonctionnement hydraulique du cep de vigne : impacts sur la production et le dépérissement. [Stage] France. IUT Montpellier, FRA. 2018, 30 p. + annexes. �hal-02791123�

Rapport de stage

Effet de l'âge et de la taille sur le fonctionnement

hydraulique du cep de vigne : impacts sur la production

et le dépérissement

Marie DEBOURNOUX

Maitre de stage : Hervé COCHARD – directeur adjoint PIAF

Professeur référent : Valérie GUILLARD – enseignant chercheur

Année scolaire 2017 - 2018

Université de Montpellier, IUT de Montpellier

Département Génie Biologique

Option Industries Alimentaires et Biologiques

INRA, UMR PIAF

Remerciements

Je tiens à remercier Madame Valérie GUILLARD pour son aide lors de ma recherche de stage ainsi que son écoute durant celui-ci. Je remercie l’IUT de Montpellier et plus particulièrement l’équipe d’enseignants pour leur soutien et leur suivi durant ces 2 années de DUT. Merci à Monsieur Fabrice GAUBIAC pour son aide tout au long de l’année et sa capacité à me stresser pour la recherche de stage, le projet bière puis pour l’oral et le dossier de stage. Je remercie Monsieur Dominique OHAREAU pour son aide en statistiques.

Je remercie toute l’équipe du PIAF de l’INRA de Clermont-Ferrand qui m’a accueillie avec le sourire pour mon stage. Je remercie Monsieur Hervé COCHARD pour sa gentillesse, son appui, ses orientations et ses explications au fil du stage. Je remercie Monsieur Ludovic MARTIN pour son aide constante, ses leçons de physiologie végétale et sa bonne humeur quotidienne. Je remercie Monsieur Julien CARTALLIER et Monsieur Pierre CONCHON pour leur soutien technique. Merci à Monsieur Tété BARIGAH pour ses idées et son aide. Je remercie Monsieur Bruno MOULIA pour son accueil et son soutien pour les entretiens des concours. Je remercie tous les stagiaires et doctorants pour leurs conseils lors de la préparation aux entretiens des concours et le partage de leurs connaissances.

Merci à Madame Marion CLAVERIE et à son équipe de l’Institut Français de la Vigne et du vin d’Orange pour leur aide et leur accueil sur le terrain.

Table des matières

INTRODUCTION ... 1

1.PRESENTATION DE L’ENTREPRISE ET DU SERVICE ... 2

2.ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE : LA VIGNE ET LA FILIERE VITIVINICOLE ... 3

2.1.CONTEXTE VITIVINICOLE FRANÇAIS ... 3

2.1.1.Brève histoire de la vigne ... 3

2.1.2.Importance économique du secteur et enjeux ... 3

2.2.PHYSIOLOGIE DE LA VIGNE ... 4

2.2.1.Système hydraulique des végétaux et mécanisme de cavitation .. 4

2.2.2.Physiologie du cep de vigne : Vitis Vinifera... 7

2.2.3.La taille : techniques et impacts ... 9

2.3.CONCLUSION DES RECHERCHES BIBLIOGRAPHIQUES ... 12

3.MATERIEL ET METHODES ... 13

3.1. Préparation du matériel végétal………...………13

3.2.TECHNIQUES DE TOMOGRAPHIE ... 14

3.2.1.Tomographie de résistance électrique : PICUS ... 14

3.2.2.Tomographie à rayons X ... 16

4.RESULTATS ET DISCUSSION ... 20

4.1.COLORATION A LA PHLOXINE ... 20

4.2.EVALUATION DE LA TOMOGRAPHIE ELECTRIQUE (EIT) SUR LA VIGNE ... 20

4.3.MESURES DE CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE ET CORRELATION AVEC LES TOMOGRAPHIES ELECTRIQUE ET A RAYONS X ... 23

CONCLUSION ... 28

PERSPECTIVES PERSONNELLES ... 29

TABLE DES ILLUSTRATIONS ... 30 BIBLIOGRAPHIE

1 Dans le cadre du stage de fin de DUT Génie Biologique option Industries Alimentaires et Biologiques, j’ai été accueillie au sein de l’INRA de Clermont Ferrand pour un projet d’étude et de compréhension des mécanismes du dépérissement de la vigne. Actuellement, les bases physiologiques de la baisse de productivité et du dépérissement des vignes âgées sont assez méconnues alors que leurs conséquences économiques sont importantes. En partenariat avec les régions viticoles françaises, dans le cadre du projet CASDAR "LONGVI" piloté par l'Institut Français de la Vigne et du Vin, il s’agit d’aborder la longévité sur plusieurs fronts : (i) décrire et quantifier les causes à l’origine de problèmes de production dans différents contextes viticoles ; (ii) comprendre les étapes déterminant la longévité d’une parcelle afin de bâtir des itinéraires techniques maximisant la longévité ; (iii) caractériser les parcelles âgées qui fonctionnent bien en approfondissant dans un premier temps la fonction de conductivité hydraulique des ceps âgés et enfin, (iv) développer un outil commun pour raisonner la longévité d’une parcelle sur des critères technico-économiques (M. CLAVERIE, 2017).

L’hypothèse est que la vigueur de la plante, donc le rendement de la culture, sont associés au fonctionnement hydraulique. Avec l'âge, la forme et la physiologie du cep évoluent sous l'effet des tailles annuelles et des perturbations biotiques et abiotiques. En lien avec l’axe 3 (iii) de l’étude, l'objectif de l’INRA de Clermont-Ferrand sera de

caractériser l'impact de l'âge et de différents modes de taille de la vigne sur le fonctionnement hydraulique du cep et la physiologie des plants.

Dans le cadre de mon stage, nous avons poursuivi trois objectifs :

 Mieux caractériser les zones conductrices et fonctionnelles pour mieux interpréter des colorations de vaisseaux en faisant des mesures de conductance sur différents secteurs de tiges colorées

 Mieux comprendre l'impact de la taille sur le fonctionnement hydraulique en comparant des trajets sains et perturbés

 Explorer un outil de tomographie électrique pour évaluer la qualité des ceps in-situ

Afin de répondre à ces objectifs, j’ai d’abord réalisé une étude bibliographique. J’ai ensuite participé à l’élaboration de protocoles expérimentaux visant à étudier le fonctionnement hydraulique des ceps. Enfin, j’ai mis en œuvre ces protocoles sur 6 ceps, en étant formée à la coloration sur pieds entiers ainsi qu’à l’utilisation d’un tomographe à résistivité électrique et d’un débitmètre à basse pression. L’ensemble de ces démarches sont retranscrites dans ce dossier.

1. Présentation de

l’entreprise et du

2 L’Institut Français de la vigne et du vin (IFV) a pour mission d’intérêt

général de conduire des études de portée générale pour l’ensemble de la filière viti-vinicole, dans les domaines de la sélection végétale, de la viticulture, de la vinification et

de la mise en marché des produits.

L’Institut National de Recherche Agronomiques (INRA) est un organisme

français de recherche en agronomie ayant le statut d’établissement public à caractère

scientifique et technologique. Premier institut de recherche agronomique en Europe et deuxième dans le monde en nombre de publications, l'INRA mène des recherches finalisées pour une alimentation saine et de qualité, pour une agriculture durable, et pour un environnement préservé et valorisé.

Le laboratoire de Physique et Physiologie de l’Arbre en environnement Fluctuant (PIAF) est l’une des premières unités mixtes de recherche (UMR) à avoir été créée, entre l’université Clermont – Auvergne et l’INRA du site de Crouël. L’idée était de faire travailler ensemble des chercheurs de disciplines différentes mais complémentaires autour de l’arbre. Ainsi, des agronomes et des bio-climatologues travaillant à l’échelle de la plante entière se sont associés à des physiologistes et des biochimistes abordant les questions à des échelles cellulaires. Le PIAF a élargi sa palette en allant de la mécanique et la thermique à la génomique fonctionnelle et la physiologie moléculaire, et en s’ouvrant à la diversité des arbres et de leurs différents usages. Leurs recherches portent principalement sur les réponses des arbres aux facteurs physiques

de l’environnement affectés par le bouleversement climatique (hydrique, thermique,

mécanique) et déterminant leur acclimatation ou survie. Pour cela, ils étudient le développement architectural et le fonctionnement de l’arbre sur l’ensemble de son cycle annuel, avec une attention particulière aux effets des fluctuations environnementales (sècheresse, coup de chaud ou de froid, coup de vent).

L’équipe Sureté hydraulique et résistance à la sécheresse des arbres (SurEau) poursuit des recherches sur l’analyse des mécanismes de résistance et de

survie des arbres aux sécheresses extrêmes. Elles sont centrées sur le mécanisme

d’ascension de la sève dans l’arbre. L’équipe cherche à caractériser la variabilité génétique et les capacités d’acclimatation des espèces à la sècheresse. Les modèles climatiques globaux prévoient, en effet, une augmentation de la fréquence et de l’intensité des sècheresses avec des conséquences attendues sur les dépérissements forestiers. Mieux prédire ce risque est donc un enjeu majeur pour la gestion de ces écosystèmes.

L’étude LONGVI est pilotée par l’IFV dans le cadre de sa collaboration avec l’INRA. Sur le site de Clermont Ferrand, qui est en charge de l’un des axes de cette étude, je serai dans l’équipe SurEau qui se trouve dans le service du PIAF.

3 L’objectif de l’étude proposée dans le cadre du projet CASDAR "LONGVI" est d’explorer l'hypothèse d'un dysfonctionnement hydraulique associé au vieillissement des ceps. Pour comprendre le fonctionnement ainsi que la conduite des ceps en viticulture, nous allons réaliser un état des connaissances. Nous nous renseignerons sur la physiologie végétale en lien avec leur système hydraulique, les techniques de taille de la vigne et leurs impacts.

2.1. Contexte vitivinicole français

2.1.1.

Brève histoire de la vigne

Le mot vigne vient du mot latin vitis ou vinea (vin). L’existence de la vigne remonte au Paléocène, il y a 55 à 65 millions d’années. Pendant les périodes glaciaires, la vigne ne subsiste que sur le pourtour méditerranéen. Après cela, elle se propage à nouveau à l’intérieur du continent européen. Les populations de culture de vigne fragmentées, se croisent alors donnant ainsi le polymorphisme important de la vigne connu aujourd’hui. Les premières traces de vinification remontent à 6 000 ans avant J.C. dans les montagnes du Caucase, puis la culture du vin s’étend vers la Mésopotamie et se perpétue dans l’empire Romain puis la Gaule. Aujourd’hui l’espèce Vitis Vinifera est la principale cultivée dans le monde, elle offre une grande diversité de cépages. (J.PERRIN, 2015).

Au fil des siècles, la viticulture fut régulièrement mise à mal comme pendant les grands froids de l’hiver 1709 qui gelèrent la mer, au XVIIIème siècle où les vignobles ont été remplacés par du blé pour subvenir aux besoins de la population, ou encore en 1864 avec l’introduction accidentelle du phylloxéra. Ce puceron piqueur entraine la mort de la vigne en 3 ans. Cette dernière catastrophe a fortement modifié le vignoble français car certaines vignes n’ont jamais été replantées, une fois la solution trouvée. Les souches françaises sont, à présent, majoritairement greffées sur des portes greffes américains, seuls à résister à ce parasite. (NL MEDIA)

2.1.2. Importance économique du secteur et enjeux

En 2016, la France a produit 4,2 milliards de litres de vin, soit 16 % de la

production mondiale. En volume, il s’agit du 2ème producteur mondial de vin derrière

l’Italie. Le chiffre d’affaires de la filière vitivinicole française est estimé à 31 milliards d’euros en 2014. Une exploitation agricole sur cinq a une activité viti-vinicole, soit 85 000 sur le territoire français. Près de 800 000 emplois directs et indirects sont générés par la viticulture sur le territoire français (CNIV, 2017). Dans un contexte de mondialisation croissante, les vins qui traversent les frontières ont été multipliés par 2 en 15 ans. La France est le 1er pays exportateur de vin et eaux-de-vie de vin (Vin et société). En plus du rôle incontestable joué par la vigne dans l’aménagement des paysages et dans la préservation de la dynamique rurale, l'œnotourisme joue un rôle clé. Cela représente 10 000 caves touristiques fréquentées par plus de 10 millions de visiteurs par an dont 39 % sont étrangers (P. BARTOLI et al., 1987).

Souvent considérée comme le fleuron de l'agriculture française, la viticulture est confrontée à des évolutions. La forte implantation viticole ne doit pas occulter une diminution de la taille du vignoble qui a perdu 21 % de sa superficie entre 1980 et 2000. Le bilan annuel 2000 du Centre Français du Commerce Extérieur met à jour l'impact de la montée en puissance de nouveaux pays producteurs sur les performances françaises.

4 Un investissement dans la qualité est en cours par la diffusion de bonnes pratiques

culturales qui permettront de réduire les rendements et d'améliorer la qualité du raisin

produit, comme la taille raisonnée (G. CESAR, 2002).

L’ensemble des partenaires du projet d’étude mené sont concernés par des problèmes de dépérissement qui affectent la production et augmentent la mortalité. Le Sud Est de la France, où des travaux autour des problèmes de rendements ont démarré en 2015, a régulièrement montré des bas rendements ces dernières années. Par exemple, en Côtes du Rhône, depuis 2003, le rendement moyen a été tous les ans en deçà des 50 hl/ha autorisés, avec 4 années en deçà de 40 hl/ha entre 2008 et 2013. Pour ce qui est des ceps

manquant ou des jeunes improductifs, un comptage réalisé en 2016 sur une centaine de

parcelles situées dans 2 secteurs de la région méditerranéenne aux conditions de production contrastées a fait apparaitre des moyennes à 16% et 24%. Des valeurs similaires ont été observées par l’observatoire viticole-Bordelais en Val de Loire et dans le vignoble de Cognac entre 2015 et 2016. Selon la carte de l’observatoire de la viticulture française de nombreuses régions viticoles sont vieillissantes. Même si une vigne âgée n’est pas forcement dépérissante, cela constitue un facteur de risque important (M. CLAVERIE, 2017).

2.2. Physiologie de la vigne

2.2.1. Système hydraulique des végétaux et mécanisme de

cavitation

Le xylème est un ensemble de tissus cellulaires, de consistance plus ou moins dure, formant la masse principale du tronc des arbres. C'est un matériau qui présente des tissus hétérogènes et organisés. La Figure 1 illustre l’organisation du bois chez les angiospermes (plantes à fleurs produisant des fruits). Cette division représente 96% des plantes terrestres, dont la vigne (Universalis). Les vaisseaux du xylème sont constitués de cellules mortes, allongées verticalement. Une paroi hydrophile enveloppe les cellules et conditionne la cohésion des cellules contiguës (Figure 2, A). On y trouve majoritairement des substances de masse molaire élevée telles que la cellulose, les hémicelluloses, les

pectines et les lignines. La longueur des vaisseaux varie suivant les espèces. Les

vaisseaux des lianes, telles que la vigne, sont très gros et très longs en comparaison à

d’autres arbres, ils peuvent atteindre jusqu'à 8 m de long (CHOAT, 2010). La paroi lignifiée des vaisseaux n'est pas uniforme. Au niveau des ponctuations, (Figure 2, B) on peut voir des plages composées seulement de paroi primaire. Le rôle principal des ponctuations est de faciliter le passage de l'eau entre les vaisseaux, tout en protégeant la plante contre la propagation de bulles de gaz ou d'agents pathogènes dans le système vasculaire (Vulnerability of xylem to cavitation and embolism, 1989). Généralement, plus le diamètre et la longueur des vaisseaux sont grands, plus le nombre de ponctuations est élevé. Toutefois, le nombre et la taille de ces ponctuations constituent des irrégularités qui affaiblissent la structure des vaisseaux.

Figure 1 : Représentation des 2 types de bois dans un tronc

5 Les principes dynamiques régissant le comportement hydrique des végétaux découlent du fait que l'eau représente environ 80% du volume de l’ensemble des tissus et forme ainsi un milieu continu d'une extrémité à l'autre des plantes. L’arbre est donc un organisme vivant quasiment saturé en eau qui déploie, dans une atmosphère très sèche, une énorme surface d’échange afin de capter de la lumière et du gaz carbonique et fabriquer des sucres grâce à la photosynthèse. C’est grâce à la présence d’une cuticule, une très fine couche imperméable à l’eau et transparente qui recouvre toutes les surfaces externes de ses organes aériens, que l’arbre peut lutter contre la déshydratation de ses tissus. Cette cuticule est aussi imperméable au CO2, elle est donc interrompue par de très

nombreux pores appelés stomates qui permettent l’entrée du CO2 dans la feuille. Le CO2

n’est cependant assimilable qu’en phase liquide, il doit donc passer en solution au niveau des chambres sous-stomatiques. Pour maximiser cette absorption, l’arbre doit déployer une énorme surface d’échange interne (dans les chambres) saturée en eau. Celles-ci se trouvent en contact avec l’atmosphère très sèche. L’absorption du CO2 ne peut donc se

faire qu’au prix d’une forte évaporation et d’une forte consommation en eau (des centaines litres par jour pour un grand arbre) (H. COCHARD, 2014).

Pour compenser ces pertes et éviter la déshydratation, l’arbre dispose d’un système d’irrigation formé de colonnes d’eau contenues dans des vaisseaux qui acheminent l’eau puisée dans le sol jusqu’aux feuilles. Le mécanisme qui permet cette ascension de la sève est la "Tension-Cohésion " (H. DIXON, 1895). La transpiration entraine les pertes d'eau par les parties aériennes de la plante et constitue l’élément

moteur du flux d’eau à travers la plante. Quand une substance est tirée, une pression

négative ou une tension est générée et elle est inférieure à la pression atmosphérique. La

cohésion fait référence à l’attraction des molécules d’eau entre elles. La charge négative

partielle de l'oxygène d'une molécule est attirée par l’hydrogène chargé positivement d'une autre molécule ; ce sont les liaisons hydrogènes. Elles assurent la solidité de la colonne d’eau formée dans le xylème.

Ainsi, l'architecture hydraulique d'une plante peut être définie grâce à une analogie à la loi d'Ohm. Tout comme un courant électrique prend naissance dans un circuit Figure 2 : (A) Coupe transversale d’une tige de vigne au microscope optique,

(grossissementx40) (Q. ROCHE) et (B) Modèle structural du xylème : ponctuations et perforations

B

6 aux bornes duquel est appliquée une différence de potentiel, la sève se déplace à travers la plante, du sol jusqu'à l'atmosphère, grâce à l'existence d'une différence de potentiel

hydrique entre les racines et les feuilles, entretenue par la transpiration. Le flux global

transitant dans la plante est proportionnel à la différence de potentiel hydrique entre la surface externe des racines et l'air environnant les feuilles. Ce mécanisme est très efficace et sans coût énergétique pour l’arbre, mais il place le système conducteur sous tension et donc dans un état physiquement très instable.

Lorsque la transpiration est trop forte par rapport à l’entrée d’eau dans les racines, il se peut que la colonne d’eau se brise : c’est la cavitation. Cette vaporisation soudaine de la colonne sous la trop forte tension induit des embolies gazeuses. Cela signifie que de l’air envahit les vaisseaux et bloque la montée de sève (P. CRUIZIAT, 2001). Le processus conduisant à la cavitation liée au stress hydrique repose sur l’hypothèse dite du « germe d’air » (H.H. ZIMMERMANN, 1983). Il y a aspiration d’une bulle d’air contenue dans un autre compartiment, comme un autre vaisseau déjà embolisé. Au niveau des ponctuations, une interface air/eau se crée. Au fur et à mesure que la tension de la sève diminue (augmente négativement) puisque la transpiration augmente, les ménisques se creusent de plus en plus. Lorsque la limite de résistance du ménisque, est atteinte, une microbulle apparaît, enfle et envahit tout l’élément conducteur. Celui-ci est alors rempli de vapeur d’eau. Le vaisseau s’embolise. Il est alors, non plus rempli de vapeur d’eau comme juste après la cavitation, mais rempli d’air. Ce bouchon d’air rend le vaisseau non fonctionnel pour la conduction de la sève. L’arbre non irrigué peut alors mourir de dessiccation (Figure 3).

Le phénomène de cavitation peut également se produire en hiver alors qu’il n’y a pas de flux de sève, lors de cycles gel-dégel à cause d’une diminution de solubilité de l’air dans l’eau solide. La cavitation hivernale est influencée par le diamètre des vaisseaux conducteurs : plus ils sont larges, plus les bulles qui se forment ont des chances d’être grosses et donc plus l’embolie est probable. C’est donc un phénomène courant

7 Figure 3 : Mécanisme de cavitation des vaisseaux du xylème selon l’hypothèse du « germe d’air » (H. AWAD, 2011)

2.2.2. Physiologie du cep de vigne : Vitis Vinifera

La vigne est une plante pérenne ligneuse. Seule l’espèce Vitis Vinifera est cultivée pour la production de raisins de table et de vin. Elle se décline en variétés cultivées ou

cépage, qui diffèrent selon les régions. Un pied ou cep de vigne est composé d’un tronc

à l’écorce brune qui se détache en lames longitudinales en vieillissant. Il est surmonté de branches ou bras qui se terminent en bois de 2 ans dits baguettes, elles-mêmes surmontées de sarments si c’est un bois fertile ou de gourmands s’il ne l’est pas (Figure 4). Le sarment est un rameau herbacé d’un an, la plupart étant coupés lors de la taille. On appelle courson la portion de jeune bois - de 2 ans - qu'on conserve sur les bras de vigne ; ses yeux ou nœuds formeront les bourgeons qui se développeront en sarments l’année suivante (P. HUGLIN, 1986).

8 Annuellement, l’activité de la vigne peut être divisée en 2 parties : le cycle hivernal ou repos végétatif, à partir de novembre, pendant lequel le cep a une activité métabolique minimale ; et le cycle végétatif débutant en mars, où la vigne développe ses organes végétatifs (branches, feuilles, vrilles) et reproductifs (fleurs, fruits) (P. HUGLIN, 1986).

Au mois de mars, après la pause hivernale, l’activité racinaire reprend à la faveur des premières chaleurs. Cela est visible par la sève qui s’écoule des plaies de la taille hivernale encore ouvertes. Un cep peut ainsi perdre de 0,5 à 5l de sève jusqu’à la cicatrisation. On appelle cela les pleurs, ils contribuent à remplir les vaisseaux embolisés durant l’hiver (Sperry, 1987). Le débourrement des bourgeons arrive un mois après les pleurs, à la fin du mois de mars. Ils sortent de leur dormance et commencent à se développer. En avril, pendant la feuillaison, les yeux, ou bourgeons donnent les nouvelles pousses et les feuilles commencent à se développer. Des inflorescences, correspondant aux futures grappes, apparaissent courant mai. La sortie des grappes accompagne le développement des feuilles. De mai à juin l’anthèse a lieu : c’est la floraison qui intervient huit semaines après le débourrement. Chaque grappe va porter entre 100 et 200 fleurs. Courant juin se déroule la nouaison qui correspond au flétrissement et à la chute des fleurs après la fécondation. L’ovule fécondé va donner le grain de raisin, qui est dit « noué » quand il apparait complétement. Il est alors ferme, petit et vert. La nouaison ne concerne qu’une partie des grains de la grappe, puisque toutes les fleurs ne sont pas fécondées. Suit alors une phase de croissance où les grains de raisin s’enrichissent en acides organiques et augmentent de volume. Lors de la véraison, la croissance ralentie. Les baies se chargent alors en couleur et leur pulpe s’enrichit en sucres. L’aoûtement, qui intervient d’août à novembre, correspond à la maturation des sarments. Ces derniers stockent les matières nutritives qui vont nourrir les bourgeons au printemps. Les sarments se lignifient en bois pour se protéger des gels de l'hiver. Apparaissent alors les bourgeons et les ébauches des inflorescences de l'année suivante. En parallèle à lieu la maturation : c’est une seconde phase de croissance des raisins durant laquelle ils accumulent des

9 éléments minéraux, des acides aminés, des sucres et des composés phénoliques (tanins, anthocyanes). L’augmentation de la concentration en sucres qui ne sont plus utilisés pour le développement du fruit, mais stockés dans les raisins, s’accompagne d’une baisse de celle des acides. Ce sont ces acides qui vont alors servir de combustible pour les besoins énergétiques des baies. A partir de novembre, la chute des feuilles arrive avec les premières gelées.

De décembre à mars, c’est la dormance. L'aoûtement des bois est terminé. C’est le commencement du repos végétatif de la vigne. Elle va vivre sur ses réserves jusqu'à son prochain cycle végétatif à partir de mars. En hiver, la sève de la vigne n’est plus en tension, puisqu’il n’y a plus de feuilles donc plus de transpiration, ce qui entraine fréquemment des embolies hivernales. Des thylles, excroissances de la membrane des cellules dans la lumière d'un vaisseau adjacent, peuvent alors se former. Avec les gommes, les thylles sont les éléments organiques responsables de l'obstruction des vaisseaux. Ils sont une conséquence de l'altération de la circulation de la sève dans les arbres par la cavitation et les embolies répétées. La thyllose est étroitement liée au processus de duraminisation par lequel l'aubier (bois de l’année) se transforme en duramen (bois de cœur). A la fin de l’hiver, après les gelées, le viticulteur taille la vigne pour sélectionner les bourgeons les plus fertiles (R.Pouget, 1972).

2.2.3. La taille : techniques et impacts

La taille de la vigne est une opération viticole ayant pour but de (i) limiter la

croissance démesurée de la vigne, (ii) régulariser la production de raisins en qualité et

en quantité, (iii) contrôler le nombre de grappes pour avoir une maturation correcte, (iv) assurer la vigueur et la pérennité du pied et (v) limiter les maladies (B. GENEVET, 2009). Elle s'effectue pendant le repos végétatif, en prenant en compte le risque de gelées ; la taille doit se faire après les gelées mais avant la reprise du cycle végétatif. Il existe de nombreuses techniques de taille de la vigne, nous nous intéressons ici aux principales afin de définir l’impact général de la taille sur la physiologie du cep (Le dico du vin, 2018).

Les principaux types de taille sont : Guyot simple ou double, Gobelet et

Cordon de Royat. Ces coupes sont traditionnellement réalisées au sécateur par le

viticulteur. Ces dernières années, des machines réalisant une taille mécanique de

précision ont été développées. Ces machines réalisent une taille très courte qui vise à

créer une ligne de taille renouvelée chaque année à la même hauteur. Elle permet de diminuer le coût d’environ 30% ainsi que la pénibilité du travail (30 heures de travail en moins par hectare) (Institut Français de la Vigne et du Vin). A l’opposé de ces méthodes qui visent à limiter la croissance du cep, il existe la taille minimale qui consiste à former un cordon que l’on laisse se développer : ni ébourgeonnage, ni taille des sarments, ni pré-taille, seulement des rognages latéraux pour permettre le passage entre les rangs (J. ROUSSEAU, 2006). La conduite en treille peut être assimilée à la taille minimale. L’ensemble des caractéristiques des techniques de conduite de la vigne - tailles ou non taille - sont résumées dans le tableau 1. On y trouve un schéma ou une photographie de la forme du cep ainsi qu’un résumé des avantages et inconvénients de chaque méthode.

10 Tableau 1 : Conduites de vigne les plus fréquentes, avantages et inconvénients

Conduite Guyot simple ou double

Gobelet Cordon de Royat Taille mécanique de

précision Taille minimale ou treille Forme du cep Avantages -Facile -Réduit l’allongement de la charpente -Forte fructification et forts rendements même pour les ceps peu fertiles

-Maturité précoce -Pas de palissage -Bonne résistance au vent et à la sècheresse -N’affaiblit pas le cep

-Les grappes profitent de l'aération, (ensoleillement et traitements) -Qualitative: limitation des rendements -Prétaille et récolte mécanisables -Diminue la main d’œuvre et la durée de la taille donc les coûts -Précis

-Augmente la production

-Production élevée -Moins sensible aux maladies du bois -Baisse des coûts de taille et d’entretien Inconvénients -Vieillissement prématuré de la souche -Plaies de taille importante entrainant des nécroses préjudiciables à la circulation de la sève

- Favorise les maladies du bois

- Rendements plus faibles que la taille Guyot

- Grappes peu aérées - Récolte non mécanisable -Taille de formation longue, délicate et technique (compenser les différences de vigueur) -Palissage nécessaire -Augmente les risques climatiques et le vieillissement des souches

-Pas adapté à toutes les tailles

-Perte de qualité de la taille dans certains cas -Reprise manuelle du travail de la machine -Interdit en AOC -Investissement initial -Vins d’entrée de gamme

-Raisins moins sucrés -Rendements variables -Adapté surtout aux climats chauds

11 Il fut observé d’après les effets des différentes tailles, que, plus la taille est

courte et surtout qu’elle entraine un grand nombre de plaies sur la structure du cep (tronc), plus le risque d’apoplexie est grand mais plus le rendement est fort. Cela

signifie que les vignes seront très productives mais sur des périodes courtes (20 ans) à l’échelle de leur durée de vie normale. Les vignes taillées selon une méthode donnant de plus faibles rendements survivent avec un rendement qui ne baisse pas au-delà de 25 ans voire 100 ans pour la taille en Gobelet. Ce sont les vignes taillées en treilles qui ont le plus faible pourcentage d’apoplexie (Annexe 1). L’apoplexie est un terme médical historique, qui définit la suspension brutale, plus ou moins complète, de l'activité cérébrale. Par extension, le terme apoplexie peut désigner toute hémorragie soudaine survenant dans les tissus, ou tout arrêt fonctionnel brusque, d'un organe. Il est utilisé en viticulture pour désigner l’arrêt ou la forte diminution de la production d’un cep et, par extension sa mort (Centre National de Ressources Textuelles et Lexicales, 2012).

En 1921, Lafon (R. LAFON, 1921)a observé que ce sont les plaies directes sur la membrure maitresse du cep qui entrainent, par la cicatrisation, un cône de dessèchement qui dévie ou bloque le flux de sève. Au contraire, la taille au-dessus du courson, n’affecte pas la structure principale du cep. (Figure 5) En taille Guyot, les plaies de taille sont très rapprochées et gênent beaucoup la circulation de la sève en raison de leur grand nombre sur le tronc. Les dessèchements qu'elles occasionnent à l'extérieur et à l'intérieur du tronc communiquent souvent entre eux. En limitant la circulation de la sève, ils amoindrissent petit à petit la vigueur de la plante. Les plaies de ravalement faites au ras, ne se cicatrisent jamais et occasionnent, à partir de la 2ème et 3ème année, des dessèchements dans l'intérieur du tronc qui vont, d'année en année, en s'approfondissant jusqu'au cœur du tronc. La partie de la coupe opposée à celle où se trouve le sarment sur lequel a été fait le ravalement se dessèche également, il en résulte que le nombre de vaisseaux conducteurs de la sève est considérablement diminué et que le cep dépérit progressivement.

Lorsque les plaies sont opposées, ces parties desséchées communiquent entre elles, traversant toute l'épaisseur du tronc. Lorsque les plaies contiguës sont disposées à peu près au même niveau ou lorsqu'elles contournent un côté du tronc, elles constituent un véritable barrage qui s'oppose à la circulation de la sève. Cependant, souvent les tissus qui entourent ces plaies se développent en les contournant, donnant lieu à la formation de véritables bourrelets conducteurs de sève qui ont l'aspect de lianes enserrant le tronc. Il Figure 5 : Dessins représentant l’étendu des cônes de dessèchement dans les branches entre une taille avec onglet (gauche) et une taille rase (droite)

12 n'est pas rare de trouver à l'intérieur des troncs des plaies recouvertes avec l'onglet laissé au moment de la taille et d'y constater, en voie de développement, la présence de l’Esca,

champignon occasionnant l’apoplexie. Ainsi, un tronc de 10 ans soumis à la taille Guyot

simple, en raison des plaies annuelles très rapprochées, présente sur toute sa hauteur des

tissus desséchés et des lésions qui gênent considérablement la circulation de la sève. Il en

résulte un affaiblissement progressif du cep. Lorsque la circulation de la sève est rendue lente et difficile par l'accumulation des mutilations, un grand nombre de gourmands se développent à la base du tronc et souvent, même des rejets du porte greffe apparaissent.

Pour la taille Guyot double, on retrouve le même problème mais la taille s’effectue sur deux branches partant du pied. Les cônes de dessèchement se rejoignent alors dans le tronc, jusqu’au cœur. Dans le système de taille en cordon ou en treille, la sève circule sans aucune interruption sur toute la surface du tronc et des bras. Les plaies de taille annuelles faites sur les bras qui portent les coursons ont un petit diamètre, mais sont très rapprochées les unes des autres. Lorsque ces bras ont une dizaine d'années, l'abondance des plaies et les dessèchements qu'elles ont occasionnés gênent la circulation de la sève et rendent nécessaire leur ravalement sur un gourmand laissé à leur base l'année précédente (R. LAFON, 1921). Afin de trouver un compromis entre production importante et rendements à long terme, Lafon a proposé la taille Guyot Poussard. C’est une taille en Guyot à deux bras où la position de la baguette est alternée d’une année sur l’autre, afin de conserver un équilibre entre les deux parties de la souche. L’idée est d’aligner les plaies de taille sur le dessus du rameau pour faciliter la circulation de la sève en ménageant une zone continue avec peu de nécroses sur la face inférieure des bras. L’objectif de cette taille est de limiter et de concentrer les plaies de taille pour s’assurer que la sève passe sans gêne au moins dans une partie du tronc (Institut Français de la Vigne et du Vin).Des cônes de dessèchement de plusieurs centimètres sont laissés à la taille pour limiter la présence de ce cône dans le bras : l’onglet laissé fait la longueur du diamètre coupé (SICAVAC).

2.3. Conclusion des recherches bibliographiques

La taille est le facteur le plus souvent cité lorsqu’on parle de dépérissement de la vigne, à la fois lors des entretiens avec des experts interrogés, et du fait de l’ouvrage de Lafon. Ce dernier est aujourd’hui à la base du raisonnement des flux de sève et de formations de taille « vertueuse » pour les maladies du bois qui existent au vignoble. Le nombre et la taille des plaies, de même que leur localisation (opposées, contiguës…), la présence d’un onglet ou si la plaie est rase sont différents facteurs qui vont influencer la quantité de tissus qui vont se dessécher. Les théories palliatives consistent à aligner les plaies de taille (taille Guyot Poussard) afin de maintenir les flux principaux du tronc non perturbés (M. CLAVERIE, 2017). La vigne est une plante iso-hydrique, c’est-à-dire qui maintient son potentiel hydrique foliaire constant (vers -1MPa). Dès lors, si la conductance hydraulique du tronc diminue (effet taille), les stomates doivent se fermer (ou la surface foliaire doit être réduite) pour maintenir la plante dans son iso-hydrie. Cela engendre alors une diminution de la photosynthèse et de la croissance. Il est concevable qu’il puisse y avoir un lien entre mécanismes hydrauliques et fonctionnement physiologique du cep : il est démontré qu’il existe un lien entre résistance hydraulique, cavitation, et résorption de cette cavitation. S’il est donc possible, en théorie, de relier dysfonctionnement hydraulique et affaiblissement, tout reste à démontrer dans la pratique. De plus, le fait que des ceps âgés ou comportant beaucoup de plaies de taille puissent rester vigoureux et productifs peut sembler paradoxal et invite à nouveau à aller vérifier ce postulat (M. CLAVERIE, 2017).

3. Matériels et

méthodes

13

3.1. Préparation du matériel végétal

Pour réaliser cette étude, l’IFV d’Orange a mis à notre disposition les ceps de sa parcelle expérimentale. Nous avons prélevé 6 ceps possédant des caractéristiques qui nous intéressaient :

- présence de plaies de taille sur tout le cep (tronc et bras), - zones où le flux de sève semble perturbé et détourné,

- zones présentant peu de plaies où le flux de sève semble être à son état originel. L’une des contraintes pour ramener les ceps au laboratoire fut la coupe. Nous avons mis au point une méthode pour couper sous l’eau, afin d’éviter une embolie des

vaisseaux sur toute la longueur du fragment étudié. En effet, si les vaisseaux sont en contact

avec l’air, ils se remplissent d’air et cela fausse les valeurs de conductance hydraulique mesurées ensuite. Pour ce faire, la terre située à la base du cep, au niveau du porte-greffe, a été enlevée afin de former une petite cuvette. Un sac plastique de 100L coupé en 2 a alors été enroulé autour du tronc, le plus près du sol possible. Le tout a ensuite été fixé au tronc avec du gros scotch. On obtenait ainsi une sorte de cuvette suffisamment étanche pour la remplir d’eau jusqu’à un niveau supérieur de quelques cm à la zone de coupe. Une personne était alors chargée de tenir les bords du sac pendant qu’une autre coupait le cep (Figure 6).

Afin de colorer les vaisseaux conducteurs du xylème, nous avons utilisé une solution à 1g/l de phloxine. La phloxine est un colorant rouge hydrosoluble provenant des hydrocarbures de la famille des érythrosines. Comme l’éosine, elle possède un pouvoir antibactérien et n’est pas dangereuse pour l’homme. Comme elle ne traverse pas les parois végétales et que nous l’appliquons à la base des ceps, elle ne circulera que dans les vaisseaux du xylème et ne pourra passer vers le phloème. Une fois le cep coupé, la base a été transférée dans un sac de congélation contenant la solution de phloxine. Les ceps ont été coupés en début d’après-midi un jour ensoleillé et laissés jusqu’au soir afin que la sève et le colorant montent jusqu’aux feuilles grâce à la transpiration (Figure 7). Une fois de retour à Clermont-Ferrand, les ceps ont été conservés à 4°C.

Figure 6 :« Cuvette » d'eau autour du cep et découpe du pied sous l’eau

14

3.2. Techniques de tomographie

La tomographie est un outil d’imagerie qui permet de reconstruire le volume d’un objet à partir d’une série de mesures effectuées par tranche depuis l’extérieur de celui-ci. Il existe de nombreuses techniques de tomographie, possédant chacune des propriétés et une définition d’image propre : sonique, rayons X, résonance magnétique, électrique.

3.2.1. Tomographie de résistance électrique : PICUS

Le premier outil utilisé pour l’étude est le PICUS Treetonic (Argus electronic gmbh, Rostock, Allemagne). C’est un outil de tomographie de résistance ou impédance

électrique (EIT). Il renseigne sur les propriétés chimiques du matériel : eau, concentration

en ions, et structure cellulaire (duramen, aubier). Cet outil qui dérive de la méthode de tomographie géo-électrique, fut d’abord inventé pour réaliser des images des planchers géologiques. Il fut adapté pour être utilisé sur les arbres en 1998 (STEP - IPGP) (J. R. BUTNOR et al., 2009). Ce système permet, entre autres, de caractériser une espèce par rapport à son contenu en eau dans le duramen et l’aubier (A. GUYOT et al., 2012) (H. WANG et al., 2016). Le tomographe électrique est principalement utilisé pour détecter des stades précoces de moisissure qui ne sont pas détectés par la technique sonique. Cette méthode non invasive permet de réaliser un traitement au plus tôt du développement d’un pathogène (P. HUMPLIK, 2016). En effet, une colonisation fongique forme une zone plus humide qui entraine une augmentation de la conductivité même s’il n’y a pas de changement de densité (N. J. BRAZEE, 2011). La technique de tomographie représente aujourd’hui le dernier cri pour l’analyse non destructive des arbres sur pieds dans de nombreuses régions du monde et elle ne cesse de s’améliorer. Une reconstruction de l’algorithme a permis d’améliorer la précision des résultats par l’utilisation de la géométrie exacte de la coupe transversale de l’arbre mesurée, grâce à un pied à coulisse (calliper) intégré à la mallette de travail (Steffen RUST).

Nous avons utilisé cet outil de 2 manières différentes : tout d’abord afin de

valider cette méthode sur la vigne, puis pour essayer d’observer des cônes de dessèchement ou des perturbations de trajet de sève. L’EIT a été mis en place pour une

A B

Figure 7 : Cep coupé en train de colorer (A), tige écorcée (B) après coloration et nervures de feuille (C)

15 utilisation sur des arbres, et largement utilisé, dans ce cadre, sur des pins, sapins, palmiers ou encore arbres fruitiers. Cependant, la vigne est un arbrisseau, le diamètre de son tronc et de ses branches sont bien inférieurs à celui des arbres. Il est donc possible qu’il y ait des biais dans la détection des zones sèches ou humides.

Pour valider cette technique sur la vigne, nous avons d’abord réalisé des mesures sur 3 troncs et 3 branches dont le trajet de sève semblait sain. Des pointes ont été disposées autour de la tige à étudier de manière à obtenir une section perpendiculaire à son axe. Les pointes doivent être disposées à équidistance afin de réaliser un quadrillage optimal de la zone. Chaque pointe a ensuite été connectée à une électrode reliée au boitier de commande. On peut, selon le diamètre de la tige, utiliser jusqu’à 24 points de mesure. Les tiges de vigne présentant de petits diamètres, nous avons utilisé entre 8 et 12 électrodes. Lors de la mesure, un courant est injecté dans chacune des électrodes alternativement, puis la différence de potentiel est mesurée entre les différentes électrodes de mesure. Ensuite, grâce aux dimensions du tronc préalablement rentrées dans l’appareil, une image en 2 dimensions des résistances à l’intérieur de la tige est obtenue (L. GOCKE) (L. COCKE, 2017) (Figure 8). Les zones les plus humides ou avec une forte concentration ionique montrent une plus

basse résistance (bleu) alors que les zones sèches ou remplies d’air ont une résistance plus

importante (rouge) (M. L. ELLIOTT) (Figure 8 C).

Afin de vérifier les résultats obtenus avec le tomographe électrique, nous avons

mesuré les taux d’humidité sur des disques d’1cm d’épaisseur au niveau de la section passée au tomographe. Ces disques ont été réalisés après le passage au tomographe car, pour obtenir une mesure correcte, il faut disposer d’une longueur minimale égale au diamètre de la coupe analysée au-dessus et au-dessous de celle-ci (Figure 9). Les disques obtenus ont ensuite été découpés en fonction de la répartition des résistances affichées par le tomographe (Figure 10). Les différents fragments ont ensuite été pesés puis mis à l’étuve pour 48h à 104°C afin d’éliminer complètement l’eau contenue. Ils ont été finalement pesés après étuvage. Nous avons cherché s’il existait une corrélation entre les différences de résistance obtenues au tomographe et l’humidité de la zone. Pour pouvoir comparer les différents tomographes et les valeurs d’humidité correspondantes, nous avons normalisé l’échelle des couleurs des tomographes entre 50 et 750 Ohm/m. Ainsi, toutes les valeurs de 50 Ohm/m ou moins, sont en bleu le plus foncé sur l’image. Toutes les valeurs de 750 Ohm/m ou plus, seront du rouge le plus foncé.

A B

Figure 8 : Mesure de la distance entre les pointes à l’aide d’un pied à coulisse : (A), Electrodes accrochées aux pointes en place sur le tronc (B), Image obtenue au tomographe d’impédance

électrique (C)

16 L’objectif final est de réaliser ces mesures

en plein champ, sur plante entière, de manière à obtenir des informations sur l’état interne des ceps de manière non destructive. Nous avons donc réalisé des

mesures en différents points au tomographe électrique sur les 6 ceps. Sur chaque cep, nous avons

sélectionné au moins une zone sur le tronc et une sur les bras. Nous avons essayé de choisir des points stratégiques, souvent avec une partie de la zone saine et l’autre avec une plaie de taille, laissant supposer une perturbation ou un arrêt du flux de sève. Ici, l’échelle de résistance a été bloquée entre 50 et 500 Ohm/m.

3.2.2. Tomographie à rayons X

La microtomographie à rayons X permet d'accéder à la vision interne d'un objet (composition, agencement, défauts, porosité) de manière non destructive. Cette technique d’imagerie se base sur la propriété des rayons X à traverser la matière et à être absorbés en fonction de la densité des constituants qu’ils rencontrent. Un scan tomographique consiste à enregistrer sous différents angles une série de radiographies numériques de l’échantillon analysé. Après une opération de reconstruction, ces données permettent la visualisation 3D. Les constituants les plus denses apparaitront en blanc à l’image. Puisqu’ils sont denses, les photons seront peu nombreux à les traverser et le récepteur aura donc un faible signal. Le phénomène est inversé pour les zones à faible densité qui apparaissent donc plus foncées. Dès lors, la structure interne de l’objet peut être décortiquée qualitativement et quantitativement. Les caractéristiques du Phoenix Nanotom® installé à l’INRA de Clermont Ferrand permettent de couvrir des échantillons allant du sub-millimétriques à la dizaine de centimètres avec des résolutions spatiales variant de 1 à 50 microns. Le dispositif est constitué d’un micro-tomographe modèle « Nanotom » et d’un ensemble de 6 stations de travail permettant l’acquisition et le traitement des images. Le PIAF a développé une compétence particulière sur l'observation des objets biologiques et en particulier sur les plantes : architecture hydraulique et embolie de branches, tiges d'arbres,

Figure 10 : Plan de découpe du disque en fonction de l’image de l’EIT

Figure 9 : Schéma représentant la surface prise en compte par le tomographe

17 feuilles ou aiguilles, suivi de croissance de grains de blé ou de maïs, structure d'os de souris (INRA, 2017). Nous avons utilisé cette technique dans le but d’étudier les trajets de vaisseaux sains et autour de plaies de taille. Des images 3D des segments de 10cm passés préalablement au Xyl’em du tronc des ceps 1 et 2 ont été réalisés.

3.3. Mesures de conductance hydraulique après coloration à

la phloxine

La conductance K traduit l’efficacité de transport d’un organe. A l’échelle d’un segment de tige, elle peut être calculée comme étant le ratio entre le débit D à travers ce segment et la différence de potentiel hydrique entre les 2 extrémités (K ; mol. s-1_{. MPa}-1_{). Si}

la conductivité est mesurée par unité de longueur du segment étudié (L en mètre), on calcule alors la conductivité hydraulique Kh (mol.m.s-1.MPa-1) :

𝐾ℎ = 𝐷 ∆𝜓 ∗ 𝐿

Elle peut être directement déterminée par un débitmètre comme avec le Xyl’em. Le débitmètre mesure le flux d’eau traversant un segment de tige donné en réponse à une différence de potentiel appliquée entre les deux extrémités (A. TIXIER, 2013). Si la conductivité est normalisée par la surface conductrice S (m2) du segment, on peut alors estimer sa conductivité spécifique Ks (mol s-1_{. MPa}-1_{. m}-1_{) :}

𝐾𝑠 = 𝐾ℎ 𝑆

Ks est une mesure de la porosité du xylème et est principalement déterminée par le diamètre et la densité des vaisseaux, mais aussi par leur fonctionnalité.

La plus ancienne méthode pour évaluer les phénomènes de cavitation dans le xylème se base sur le fait que lorsqu'un élément cavite, les tensions se libèrent en produisant une émission acoustique (JA. MILBURN, 1966). Cette technique est non destructrice mais qualitative et non quantitative. Elle ne permet pas de mesurer l’impact sur la conductance du xylème. Une méthode plus récente repose sur une mesure hydraulique de l'embolie (SPERRY et al., 1988). Lorsqu'un élément conducteur s'embolise, il devient inapte au transfert de l'eau puisqu’il se remplit d’air. Il en résulte une perte de conductivité hydraulique Figure 11 : Dispositif de tomographie à rayon X (A) et échantillon placé dans la chambre (B)

18 du rameau que l'on mesure. L’équipe du PIAF a élaboré un nouvel appareil de mesure de la conductance du xylème et de l’embolie: le XYL'EM (xylem embolism meter, Bronkhorst, Montigny-les-Cormeilles, France) (Figure 12) (H. COCHARD, 2009).

La technique de mesure hydraulique de l’embolie consiste donc à estimer la conductance hydraulique de petits segments puis de saturer le tissu conducteur en perfusant le segment de tige avec de l'eau dégazée et sous pression. Cette perfusion va expulser ou dissoudre l'air d'un certain nombre de conduits. Le rapport entre conductance initiale et conductance à pleine saturation fournit une valeur quantitative du degré d'embolie. Le niveau d’embolie est alors évalué par le pourcentage de perte de conductance.

Pour caractériser les zones conductrices et fonctionnelles et mieux

interpréter les colorations des tissus, nous avons effectué des mesures de conductance

sur différents secteurs des tiges. La présence d’une zone de couleur indique le passage du flux transpiratoire (durant le temps pendant lequel la section du cep coupé était plongée dans la solution de phloxine). Cette zone rose abrite donc normalement les vaisseaux conducteurs de sève brute. Les mesures de conductance ont été réalisées sur des zones de 0.6 mm de diamètre à l’aide d’un emporte-pièce adapté (Figure 13). Nous avons décidé de réaliser des mesures sur des surfaces très réduites de manière à pouvoir bien quantifier les conductances des différentes zones qui sont apparues lors de la coloration. Pour réaliser les mesures, nous avons choisi de couper les ceps en tronçons de 10cm autour des zones que nous avons passées au tomographe. Une fois de plus, les coupes ont été réalisées dans l’eau pour ne pas remplir les tuyaux d’air. Nous avons donc réalisé les découpes au sécateur ou à la scie dans un grand évier.

Figure 12 : Présentation du XYL'EM® (Bronkhorst, Montigny-les-Cormeilles, France): appareil de mesure de la conductance et du taux d’embolie du xylème

19 La préparation de l’appareil de mesure se déroule en plusieurs étapes (Annexe 2) :

- Remplissage d’un réservoir interne qui est mis sous pression à l’aide d’une solution dégazée à 0,111 g/l de CaCl et 0.745 g/l de KCl. C’est cette solution, mimant la sève, qui est envoyée dans les vaisseaux. Nous n’utilisons pas de l’eau pure pour une raison d’équilibre osmotique.

- Ouverture de l’arrivée d’air sous pression pour mettre la cuve pleine d’eau à 2 bars. C’est la cuve HP (high pressure).

- Remplissage d’un réservoir externe (cuve LP, low pressure)

Avant de faire les mesures, la tranche sur laquelle on insert l’embout est recoupée à la lame de rasoir afin de lisser la découpe, rafraichir l’entrée des vaisseaux et retirer le gel sortant des vaisseaux en réaction à la coupe (Figure 13 A).

L’emporte-pièce est ensuite enfoncé au niveau de la zone que l’on souhaite mesurer. Afin d’éviter la présence de bulles d’air dans l’emporte-pièce, de l’eau est injectée à l’aide d’une seringue pour les faire sortir. L’emporte-pièce est alors relié à la sortie du Xyl’em (Figure 14).LeK initial est obtenu en réalisant une première injection de la solution provenant de la cuve LP, soit à une pression de 0.60 Mbar. Le flush est ensuite réalisé : il consiste à injecter alors l’eau à 2bars de pression (HP) pendant 30 secondes. Cela a pour but de retirer l’air des vaisseaux. Le K maximal est alors obtenu en repassant en LP.

Les mesures permettent donc d’obtenir 2 valeurs : la conductance initiale et le taux d’embolie. On peut ainsi savoir, par exemple, si un Ki bas est dû à une forte embolie ou simplement à la présence de vaisseaux plus petits ou moins nombreux. Nous avons réalisé entre 4 et 10 mesures par coupe. Nous avons choisi des points de mesure dans les zones rose et blanche en fonction des plaies de taille que nous avons observée sur le reste du tronc.

Figure 14 : Mise en place du point de mesure (A) et outils complémentaires au Xyl’em nécessaires aux manipulations (B)

A B

Figure 13 : Gel sortant des vaisseaux (A) et montage avec l'emporte-pièce dans l'échantillon (B)

4. Résultats et

discussion

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4.1. Coloration à la phloxine

La coloration réalisée a atteint les feuilles pour tous les ceps récoltés. Sur les coupes nous observons en général une zone rose sur l’extérieur, puis une zone blanche et enfin un centre marron ou noir, plus ou moins étendu. En dehors de la coloration, les zones blanches et roses ont visuellement le même aspect (Figure 15). Les mesures de conductivité hydraulique et la tomographie de résistance électrique vont nous permettre de vérifier l’hypothèse selon laquelle les zones colorées sont fonctionnelles, avec des vaisseaux conduisant la sève et donc le colorant.

Figure 15 : Coupes transversales de cep avant coloration (gauche) et après coloration à la phloxine (droite)

4.2. Evaluation de la tomographie électrique (EIT) sur la vigne

Afin de valider l’utilisation de la tomographie électrique, des échantillons de ceps ont été découpés en fonction des différentes zones mises en évidence par l’EIT. Pour pouvoir comparer les images entre elles, nous avons normalisé l’échelle de résistance (donnant les couleurs) entre 50 et 750 Ohm/m. Nous avons ensuite mesuré les taux d’humidité (masse d’eau sur masse sèche) de chacun des morceaux. La Figure 16 représente les images obtenues à l’aide du tomographe avec, en parallèle, une photo de la coupe de tige correspondante ainsi que les valeurs d’humidité dans chaque zone. En bleu et rouge sont donnés les taux d’humidité en adéquation avec les zones bleues ou rouges données par le tomographe et en orange celles qui ne correspondent pas aux valeurs de résistance obtenues à l’aide du tomographe. Nous avons pu observer que, dans l’ensemble, le centre rouge sur l’image du tomographe correspondait à la zone blanche sur le cep, et le pourtour bleu à la zone rose (Figure 16 A, C, D, E, F). Nous avons obtenu une valeur moyenne pour les zones

rouges de 98% +/- 8.9% d’humidité et pour les zones bleues de 119% +/- 7.4%, ce qui

correspond à des valeurs comprises entre 112% et 127% d’humidité pour les zones humides, roses sur le cep et entre 89% et 107% pour les zones sèches. Dans l’ensemble, nos résultats montrent que les zones colorées à la phloxine correspondent aux zones les plus humides qui sont également détectées comme telle par le tomographe. Cependant, d’autres mesures seront nécessaires afin de confirmer les résultats que nous avons obtenus sur 6 coupes.

Nous avons remarqué, à la périphérie de beaucoup de tranches, des sortes d’arcs

de cercle entre 2 points de mesure. On peut par exemple en voir sur la coupe A, entre les

points 2-1, 1-12 et 6-7. Pour la tranche E, nous pouvons remarquer, aux 2 extrémités de la coupe, 2 zones très rouges qui devraient être aussi sèches que le cœur. Cependant, pour ces zones 1 et 7, les taux d’humidité mesurés étaient respectivement de 131% et 142%. Ce sont les valeurs d’humidité les plus élevées de la coupe, elles ne sont donc pas sèches comme semble l’indiquer le tomographe. Nous observons également le phénomène inverse au

21 niveau des zones 5C et 3E : elles apparaissent bleues au tomographe mais sont aussi sèches que les zones rouges. La couleur de ces arcs constitue donc un biais dans les résultats.

Pour expliquer la présence de ces arcs, il faut notamment prendre en compte le fait que nous enfonçons les pointes, à quelques millimètres de profondeur, à travers l’écorce jusqu’au bois. C’est par ces pointes que passe le courant. Cependant, lorsque nous mesurons la géométrie, nous le faisons sur le tronc. Il existe donc une petite différence, d’environ 5 mm, entre les positions données à la machine et les positions réelles d’envoi et de réception du courant, ce qui peut entrainer un biais dans les mesures de résistivité. Plus le tronc est petit, plus les distances mesurées sont faibles et donc plus cet écart aura un impact important. Ce phénomène d’arc ayant également été observé par un collègue travaillant sur le sapin, il n’est donc pas dû uniquement à la petite taille des vignes, même si nous nous trouvons certainement à la limite de l’utilisation de cette technique de tomographie. Nous supposons que, pour réaliser l’image, il y a une triangulation des valeurs. Le logiciel peut donc avoir des difficultés pour déterminer la résistance dans les zones situées entre 2 pointes voisines, d’où l’apparition de ces arcs. Plus le diamètre du tronc est petit, plus la proportion des surfaces concernées est importante. Le tomographe à résistivité électrique est un outil nouveau pour le laboratoire qui est encore en phase d’essai. Des tests ultérieurs pourront permettre de le rendre plus fiable, notamment sur de petites tiges.

La coupe B est la seule sur laquelle on observe un centre bleu. Il devrait donc être humide à cause d’un pourrissement dû, par exemple, à la présence d’un champignon ou Figure 16 : Tomographes et photographies des 6 coupes réalisées. A, B et C sont des coupes

22 de moisissure. On voit en effet que cette zone est noire, mais elle s’est finalement avérée plus sèche que le reste de la coupe. Il faut cependant se rappeler que les résultats obtenus à l’aide d’un tomographe électrique ne dépendent pas seulement de l’humidité du bois, mais aussi de ses propriétés chimiques, comme la concentration en ions. Cette zone peut donc être relativement plus sèche mais avec une concentration plus élevée en ions qui favorise le passage du courant. Il serait intéressant de passer cet échantillon au tomographe à rayons X. En effet, si des zones plus blanches apparaissent, elles pourraient indiquer la présence de cristaux. Cette zone pourrait donc correspondre à la cristallisation d’une substance probablement minérale. Il se peut que toute la zone contienne ces substances en phase dissoute. L’essentiel ici, est que cette partie « anormale » est détectée par la tomographie électrique. Cette technique permet donc bien de repérer le pourrissement à des stades assez précoces, même si elle demeure relativement peu précise quant à la surface concernée.

Lors de la réalisation d’une des mesures au tomographe électrique, ce dernier a affiché un message

d’erreur indiquant que 2 des électrodes n’étaient pas connectées. En réalisant une coupe transversale de la

branche à ce niveau, nous avons pu observer que la moitié de la coupe était sèche et noire (Figure 17). Ces points de mesure se trouvait au niveau de l’extrémité d’une branche assez fine, avec de nombreuses plaies de taille. Les 2 électrodes affichant un message d’erreur étaient en fait plantées dans cette zone très sèche. La résistance de ce bois sec était donc trop grande pour permettre le passage du courant, le tomographe a alors considéré qu’elles n’étaient pas connectées. En affichant le message d’erreur, le tomographe fournit donc tout de même des informations. On peut en déduire que les pointes concernées par le message d’erreur, sont insérées dans des zones de bois mort et sec, donc forcément, non conducteur (pour un courant de faible intensité comme celui émis par l’appareil).

Nous avons également pu observer, sur certaines coupes, que la géométrie

obtenue ne correspondait pas à la forme réelle du tronc (cep 3 sur l’Annexe 4). L’appareil

désigne à tour de rôle 2 pointes entre lesquelles il faut mesurer la distance puis les valeurs sont entrées dans l’appareil. Il existe donc une marge d’erreur, même si les distances sont données en mm et les mesures effectuées avec précaution. Cela donne une bonne précision pour des arbres de plusieurs dizaines de centimètres voire de quelques mètres de diamètre, mais pour les petites tiges de vigne, il semble que cela ne suffise pas. De plus, sur les gros troncs, lorsqu’il y a un creux, il est conseillé de placer une pointe au niveau du point le plus bas de ce creux et 2 pointes aux points les plus hauts de part et d’autre du creux. Sur la vigne, nous sommes dans l’incapacité de faire cela pour plusieurs raisons. Tout d’abord, les tiges de vigne ne sont presque jamais rondes et lisses et possèdent de nombreux creux et bosses, sur presque toute leur circonférence. Ensuite, les pointes ne doivent pas être placées à moins de 1cm l’une de l’autre, ce qu’il est impossible de faire si on veut respecter les consignes de placement des pointes décrites plus haut. Ne pouvant pas renseigner toutes les irrégularités du tronc de la vigne, nous avons, quelques fois obtenu des images dont la géométrie mesurée était relativement éloignée de la géométrie réelle. Cela constitue également une difficulté dans la lecture des résultats et dans la pertinence de leur interprétation.

Figure 17 : Coupe transversale d’une branche du Cep 4, les 2 points à forte résistance sont représentés en vert, les numéros noirs sont les points de mesure de conductivité hydraulique

23

4.3. Mesures de conductivité hydraulique et corrélation avec

les tomographies électrique et à rayons X

Nous présenterons ici les résultats obtenus pour le cep 1, à titre d’illustration, ainsi que les valeurs moyennes obtenues sur l’ensemble des ceps. Toutes les images ainsi que les valeurs brutes de conductance sont présentées en Annexe 3.

Figure 18 : Tronc du cep 1, de gauche à droite : coupe transversale, image de l'EIT, image du Nanotom

En comparant les images sur la Figure 18, nous pouvons voir que la partie noire au centre de la tige apparait également sur les tomographes électrique et à rayons X. Puisqu’elle apparait en bleu à l’EIT, c’est que c’est une zone anormalement humide ou riche en électrolytes. Sur la photographie de gauche, la marque d’une décomposition, probablement due à un champignon, est visible. Sur l’image à rayons X, nous voyons, autour du cœur noir, des points blancs qui sont certainement des minéraux cristallisés. Nous observons, sur la gauche de l’image donnée par le tomographe électrique, une zone très rouge. Une légère trace noire apparait également sur l’image du tomographe à rayons X. Cette même zone est colorée en rose sur la photographie, ce qui indique que c’est une partie fonctionnelle. La présence d’une plaie juste au-dessus de la zone où ont été effectués les différents tomographes peut expliquer la présence de cette zone rouge sur l’image obtenue avec le tomographe électrique. Des coupes réalisées en différents points sur le cep, avant, après et au niveau de la plaie montrent que la nécrose est plus étendue en plein milieu de la plaie mais qu’elle se résorbe ensuite (Figure 19, gauche). La partie la plus basse (C) est celle passée au tomographe électrique. Celui-ci a pu détecter la plaie située juste au-dessus, probablement en raison d’un début de desséchement à ses abords immédiats. Cette zone rouge apparait cependant conductrice et colorée par la phloxine car, comme on peut le voir sur une image longitudinale obtenue au tomographe à rayons X, les vaisseaux en périphérie de la plaie sont déviés puis reprennent leur place au-dessus de la zone de dessèchement (Figure 19, droite). Cette plaie semble donc avoir d’abord entrainé la création d’un cône de dessèchement qui s’étend jusqu’au cœur du tronc, mais, dans un second temps, il semble que le cœur se soit humidifié sous l’effet de la propagation d’un champignon ou d’une moisissure entré par la plaie. L’image obtenue à l’aide du tomographe à rayons X donne différentes indications. Nous pouvons ainsi voir des points noirs qui semblent former des lignes longitudinales à l’intérieur de l’échantillon. Ces zones noires représentent l’air contenu dans les vaisseaux. Après avoir réalisé les mesures de conductivité, nous avons conservé les échantillons dans du papier humide à 4°C. Malgré le papier, le gel a continué de sortir des

24 vaisseaux, remplacé par de l’air. L’avantage de ces bulles d’air est qu’elles nous permettent de mieux différencier les vaisseaux normalement conducteurs, ici embolisés, du reste du bois et de la moelle au cœur du cep. Au niveau de l’écorce, on voit 2 bandes blanches de part et d’autre de l’échantillon, c’est un scotch placé à l’endroit où a été effectuée la mesure au tomographe électrique. Au centre, ce qui apparait gris et légèrement blanc est la cicatrice de la plaie de taille. On voit ainsi qu’autour de celle-ci, les vaisseaux sont déviés.

Nous avons ainsi remarqué lors des mesures de conductivité hydraulique, qu’à partir de 3 à 5 cm après une plaie, si les tissus n’étaient plus nécrosés, les vaisseaux présentaient une conductivité proche de celles des trajets sains. Nous l’avons par exemple observé sur le point 3 du cep 1 (Figure 20). Les mesures de conductance hydraulique ont été réalisées sur des échantillons de 10 cm, avec, au centre, la zone passée au tomographe électrique. Sur cet échantillon, nous disposons donc de la partie passée à l’EIT et de la plaie de taille, respectivement à 5 et 8 cm au-dessus de l’extrémité où l’emporte-pièce utilisé pour la mesure de conductivité a été mis en place. Les points de mesure sont représentés sur la Figure 20. Les pointillés noirs représentent la limite entre la zone conductrice (rose) et la zone non conductrice. La flèche verte permet d’orienter cette coupe avec l’image donnée par le tomographe électrique, la flèche rouge représente la position de la plaie de taille présente plus loin.

Figure 19 : Evolution de la nécrose autour d'une plaie à la base du cep 1, photographies (gauche) et image aux rayons X de la coupe longitudinale avec la plaie au centre (droite)

Figure 20 : Photographie légendée de l'emplacement des points de mesure sur la coupe du tronc du cep 1