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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR PIAF

UMR PIAF

Drought-box

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, de faibles pertes en eau demeurent, c’est ce qu’on appelle 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 (pore présent 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 des sécheresses longues car accentue leur déshydratation ce qui entraine la cavitation des vaisseaux conducteurs et, à terme, leur mort. La vulnérabilité à la cavitation est une variable qui a été mesurée sur un grand nombre d’espèces ligneuses et apparait central dans le processus de mortalité. Cependant, des espèces ou variétés ayant une même vulnérabilité à la cavitation peuvent montrer des cinétiques d’apparition de la cavitation très différentes, mêmes si 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 comme la perte de masse est faible cela 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 boite hermétique en isolant (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 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). Il y a deux compartiments, un pour l’électronique (en haut) et un pour les échantillons et la régulation (Figure 2 et 3).

Sa plage de fonctionnement est de la température ambiante à 50°C, l’humidité relative de 10% à 60%, teneur eau maximum de 35g d’eau /kg d’air sec, poids des échantillons de 2 g à 100 g pour les jauges de 100g ou de 2g à 500g pour les jauges de 500g.

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

Le nano-ordinateur (Raspberry-Pi) est relié aux cartes d’acquisitions des jauges pour faire l’acquisition des données de masse, il pilote tous le système et enregistre les données de tous les capteurs (masse, température, humidité relative, déplacement) sur sa carte SD, mais 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 et au contraire l’air comprimé passe dans un bulleur pour augmenter la quantité d’eau dans l’air.

Le capteur LVDT est un capteur de déplacement qui nous permet de mettre en parallèle de 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 ratio de tension (c’est un pont de Wheatstone, la tension mesurée est divisé par la tension d’alimentation et l’unité est le V/V), pour avoir une réponse en g nous avons fait un étalonnage avec des poids certifiés M1

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

Figure 1

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

 

Figure 2

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

 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.

Caractéristiques

Drought-box   1

Drought-box   2

Drought-box   3

Taille

650x650x700mm

1250x650x700mm

1250x650x700mm

Gamme de poids

2g – 100g

5g – 500g

2g -250g

Gamme de HR

5% - 40%

5% - 80%

5 % - 80%

     

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