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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR PIAF

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Cavitron

Evaluer la vulnérabilité à la cavitation d’un arbre en mesurant du pourcentage de perte de conductance (PLC) : Cavitron

Principe de la mesure :

Le principe de la technique consiste à faire tourner un segment de xylème par son centre et à utiliser la force centrifuge pour générer à la fois des pressions négatives (P, MPa) dans l'échantillon et une différence de pression hydrostatique positive (ΔP, MPa) à travers l'échantillon. Si les extrémités de l'échantillon sont immergées dans l'eau, la différence de pression crée un débit volumique d'eau F (mmol s-1) à travers l'échantillon permettant de déterminer k, la conductance hydraulique de l'échantillon comme : k = F/∆P

La dépendance de k par rapport à P est ensuite utilisée pour construire la courbe de vulnérabilité de l'échantillon. La différence de pression à travers l'échantillon est générée en plaçant les niveaux d'eau dans les réservoirs recevant chaque extrémité de l'échantillon à des distances différentes de l'axe de rotation (Fig. 1). ΔP est alors calculé comme : Δp = 0,5.ρ.ω ²[R²-(R-r)²]

où ρ est la densité de l'eau (1000 kg m-3), ω la vitesse angulaire (rad s-1), R la distance (en m) de l'axe de rotation au réservoir distal (en aval), et r la différence de niveau d'eau (en m) entre les deux réservoirs (comptée positivement). La pression minimale (la plus négative) du xylème au milieu de l'échantillon est donnée par : P = -0,25.ρ.ω ²[R²-(R-r)²]

Un trou dans le réservoir en aval a maintenu son niveau (et R) constant tout au long de l'expérience. Au fur et à mesure que l'eau traverse l'échantillon, le niveau dans le réservoir en amont diminue à un taux égal à dr /dt. F peut alors être déterminé comme : F = s.dr/dt

où s est la surface de la section transversale de l'eau dans le réservoir. Si l'extrémité de l'échantillon immergé dans le réservoir en amont a une section transversale constante, alors s est une constante.

Matériel :

Le cavitron est constitué d’une centrifugeuse Sorvall Rc (Figure 3) où on a modifié le rotor pour pouvoir mettre une branche dans deux cuves d’eau. Il système d’ajout eau et une caméra complète le dispositif. Le système est relié à un ordinateur et piloter par cela là pour gérer la vitesse du rotor en fonction de la pression voulu et les image de la caméra sont récupérés par l’ordinateur pour calculé la conductance (en fonction du diamètre de la branche et la vitesse de déplacement du ménisque).

La perte de conductance est calculée en fonction de la conductance maximale (ou conductance initiale). La courbe (Figure 4) est réalisée automatiquement avec le fichier brut et un programme en python fait maison et nous permet d’obtenir le P50 (pression de sève quand la perte de conductance est de 50%).

A Clermont-fd nous avons trois cavitron, dont deux ont un rotor de 26 cm ce qui correspond a des branches de 28 cm pour des espèces au longueur de vaisseau moyennement longs ou petits et un cavitron de 38 cm pour des branches de 40 cm aux vaisseaux plus longs.

Fig 1

Figure 1 : Schéma du dispositif expérimental conçu pour la mesure en continu de la conductance hydraulique L'échantillon est centré sur l'axe d'une centrifugeuse dont les extrémités sont immergées dans l'eau contenue dans deux réservoirs en plastique. Le niveau d'eau maximum dans chaque réservoir est déterminé par la position d'un trou dans la paroi. L'eau peut être forcée à travers un tube pour remplir le réservoir en amont. Le trou dans le réservoir amont est situé 1 à 2 cm plus près de l'axe de rotation, ce qui crée une différence de pression positive et un flux d'eau (F) des réservoirs amont et aval à travers l'échantillon. Le niveau d'eau (R) dans le réservoir aval est constant car l'eau est expulsée par le trou. Le niveau de l'eau dans le réservoir amont (R - r) diminue avec le temps proportionnellement à F. La valeur de r est déterminée optiquement pendant la centrifugation en mesurant la distance entre le ménisque air-eau dans les réservoirs.

Fig 2
Fig 3

Figure 2 : Photo du rotor du cavitron

Figure 3 : Photo du cavitron

Fig 4 et 5

Figure 4 : Courbe de vulnérabilité

Figure 5 : Comparaison de vulnérabilité de plusieurs espèces en fonction de leur environement

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