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Principe de la mesure :

Le dispositif sert à mesurer les variations de cinétique de transpiration résiduelle sur des branches de conifères ou des feuilles d’angiospermes. En effet, en cas de sécheresse, les plantes ferment leurs stomates pour limiter les pertes en eau par transpiration. Toutefois, la fermeture stomatique ne réduit pas la transpiration à zéro et de faibles pertes en eau persistent : c’est la « transpiration résiduelle ». Cette transpiration peut être due à des fuites au niveau de la cuticule (couche protectrice qui recouvre les organes aériens), au niveau des lenticelles (pores présents sur le liège à la surface de l'écorce) ou à des stomates pas entièrement fermés. Cette transpiration est problématique pour les plantes en cas de sécheresses longues car cela accentue leur déshydratation ; ce qui entraîne la cavitation dans les vaisseaux conducteurs de sève et, à terme, leur mort. La vulnérabilité à la cavitation est une variable qui a déjà été mesurée sur un grand nombre d’espèces ligneuses. Elle apparaît central dans le processus de mortalité. Toutefois, des espèces ou variétés ayant une même vulnérabilité à la cavitation peuvent montrer des cinétiques d’apparition de la cavitation très différentes, mêmes si les conditions environnementales sont identiques. Cette cinétique devient donc une problématique majeure dans la compréhension des réponses des végétaux à un stress hydrique.

La transpiration résiduelle est une variable compliquée à mesurer car la perte d'eau est très faible ; ce qui nécessite des balances très précises ou des temps de mesures longs. De plus, les conditions environnementales doivent être particulièrement contrôlées et stables.

Il n’existe pas à l’heure actuelle de dispositif de mesure standardisé de la transpiration résiduelle. Cet outil a été proposé pour combler ce manque. Dans notre dispositif les pertes en eau seront mesurées grâce à des jauges de contraintes dans une boîte hermétique régulée en température et humidité relative.

Matériel et Méthodes :

Le dispositif est composé d’une boîte hermétique en polystyrène extrudé de 40 mm épaisseur, de résistances chauffante, un capteur de température et d’humidité relative numérique (HyT271), un ventilateur, 8 jauges de contraintes reliées à deux cartes d’acquisition avec un pont de Wheatstone (PhidgetBridge 4-Input), deux capteurs de déplacement LVDT (Linear Variable Differential Transformer) , un système de régulation d’humidité (un débitmètre, deux électrovannes, des tuyaux à air comprimé), un nano-ordinateur (Raspberry-pi), et un microcontrôleur (Arduino) (Figure 1). La boîte comprend deux compartiments : un pour l’électronique (en haut) et l'autre pour les échantillons et la régulation (Figure 2 et 3).

Sa plage de fonctionnement est de la température ambiante jusqu'à 50°C, l’humidité relative de 10% à 60%; la teneur eau maximum de 35g d’eau /kg d’air sec; le poids des échantillons (de 2 à 500 g)  dépend de la gamme de mesure des jauges.

Le coût du dispositif est de l’ordre de 2000 €.

Le nano-ordinateur (Raspberry-Pi) est relié aux cartes d’acquisitions des jauges pour collecter des données de masse. Il pilote tout le système et enregistre les données de tous les capteurs (masse, température, humidité relative, déplacement) sur une carte SD. Ces données sont aussi disponibles via le web et peuvent être envoyées par mails à l’utilisateur.

Le microcontrôleur (Arduino) effectue la régulation de température et d’humidité relative, la lecture du capteur température / humidité relative et des capteurs LVDT. La régulation d’humidité se fait avec l’air comprimé sec pour diminuer la quantité d’eau dans l’air ou au contraire, avec de l’air comprimé qui passe dans un bulleur pour augmenter la quantité d’eau dans l’air.

Le capteur LVDT est un capteur de déplacement qui permet de mettre en parallèle la perte de masse et la variation de diamètre de la branche.

Les jauges de contraintes et leur carte d’acquisition donne une réponse en rapport de tension (c’est un pont de Wheatstone, la tension mesurée est divisée par la tension d’alimentation et l’unité est le V/V). Pour la conversion de la  réponse en g d'eau nous avons procédé à un étalonnage avec des poids certifiés M1

La résolution de la carte est de 150 nV/V (ce qui correspond à environ 20 mg) pour les jauges de 100 g. L’erreur de répétabilité des jauges est de 50 mg et l’effet de la température est de 5mg/°C.

 Figure 1 : Schéma du dispositif. (Schéma : J. Cartailler)

Figure 2 : Photo du dispositif. (Photo : J. Cartailler)

A gauche de l’image l’enceinte climatique, à droite la partie électronique qui est située au-dessus.

 Figure 3 : Photo du dispositif avec des échantillons de branches et de feuilles. (Photo : J. Cartailler)

A gauche des branches de Cedrus atlantica, à droite des feuilles de Populus sp.

Les Drought-box à Clermont-fd :

Nous avons trois drought-box où nous pouvons mesurer 8 échantillons par drought-box, chaque box à des caractéristiques différentes.