Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

En forêt boréale, la température est considérée comme un important facteur abiotique qui règle l'activité cambiale et la production des cellules, mais la sécheresse est aussi connue pour avoir un effet direct sur la largeur des cernes de croissance. Selon les dernières prévisions climatiques, une augmentation de la température de l'ordre de 2 à 6°C est attendue avec un effet plus prononcé aux latitudes élevées. Cela favorisera l'évaporation de l'eau et la récurrence des phénomènes de sécheresse. Ces changements climatiques pourraient avoir une incidence sur la croissance des jeunes plants ainsi que sur les mécanismes physiologiques qui y sont associés. Au Canada, une augmentation de la mortalité des arbres suite à la sécheresse a déjà été enregistrée dans les dernières décennies. Dans un tel contexte, il est donc primordial de comprendre comment et dans quelle mesure les jeunes plants réagiront aux stress environnementaux, comme les vagues de chaleur et la sécheresse, suite à leur mise en terre. Le but de cette thèse est d’étudier les effets de différents régimes thermiques et hydriques sur la croissance radiale et la formation du bois de l’épinette noire [Picea mariana (Mill.) BSP] en milieu contrôlé, où des conditions environnementales déterminées par des modèles de prévision climatique ont été appliquées. Des expériences ont eu lieu durant les saisons de croissance 2010 à 2012 dans les serres expérimentales de l’Université du Québec à Chicoutimi (Québec, Canada). Les plants ont été cultivés à des températures plus élevées pendant le jour et pendant la nuit par rapport au contrôle. Les épinettes ont également subi deux différents régimes hydriques, soit une irrigation en continu et une période ou des périodes de déficit hydrique durant le maximum de croissance. L'activité cambiale, la xylogénèse, les relations hydriques, les échanges gazeux, l'assimilation de CO2 et les réserves en amidon ont été déterminés chez les jeunes plants d'épinettes noires afin de pouvoir définir les limites physiologiques associées à la croissance sous les scénarios climatiques futurs. Les plants ont atteint un déficit hydrique sévère lorsqu’ils rejoignaient des valeurs proches de -3 MPa, correspondant au point d'entrée de l'air suite à une augmentation des embolies dans le xylème. Pendant le déficit hydrique, l'activité cambiale et la formation du bois ont été ralenties ou stoppées par le manque d’eau. Après la relance de l'irrigation, la reprise de l'activité cambiale s’étendait sur 2 à 4 semaines avec des reprises plus longues à des températures plus chaudes. Lors d’une augmentation de la température entre 2 et 6 °C, les plants non-irrigués présentaient un taux de mortalité de 5 à 20% respectivement alors que la mortalité était près de 0% à température ambiante. De plus, ce pourcentage de mortalité était beaucoup plus important lors d'une augmentation de la température de 6°C pendant le jour seulement. Les résultats ont permis d’élucider les mécanismes physiologiques qui sont impliqués dans la mortalité des jeunes plants comme l’inaccessibilité de l’eau et le manque de carbone. Chez les plants non-irrigués, une diminution de la densité du bois a été observée. Les sous-processus associés à la xylogénèse, soit la durée et les taux d’élargissement et de déposition de la paroi cellulaire, ont permis de comprendre la mécanique de formation du cerne et de la densité sous les différents scénarios climatiques testés. Durant le déficit hydrique, le taux d'expansion des cellules a diminué de 28% mais a été compensé par une augmentation de la durée de cette phase qui était 21% plus longue. Similairement, le taux de formation de la paroi a été de 37% inférieur chez les plants non-irrigués. Pendant le déficit hydrique, la durée de la formation de la paroi a été en moyenne plus courte de 22% et 24% à températures plus élevées. La modification des sous-processus durant la formation du bois a grandement contribué aux variations de la densité du bois observées sous les différentes conditions de stress hydrique et de température. Ces résultats ont permis de développer de façon plus approfondie la dynamique de la xylogénèse et de mettre en évidence un mécanisme de compensation minimisant les impacts des stress sur l’anatomie du bois. Chez les plants non-irrigués, l'effet du stress récurrent a conduit à une durée de contraction et d’expansion radiale plus longue dans les cycles diurnes de la tige, mesurés à l’aide de dendromètres automatiques. L'intensité et la durée du déficit hydrique, combinée à des températures nocturnes plus chaudes, ont une influence importante sur les variations radiales de la tige. Cette thèse a permis de mettre en évidence la sensibilité de l'épinette noire à la disponibilité hydrique ainsi que la grande plasticité dans les mécanismes de formation du cerne. Les processus de formation du bois sont déterminants pour la largeur du cerne (xylogénèse) et de sa structure (anatomie du bois), la première étant très plastique et la seconde très conservatrice.