Introduction

1.1 Un système avec deux acteurs principaux soumis au climat

La plante absorbe l’eau du sol via ses racines pour assurer ses biosynthèses et sa transpiration. La transpiration, processus de transport de l’eau du sol par la plante jusqu’aux feuilles où elle s’évapore et qui représente la très grande majorité de l’eau absorbée, est essentielle au fonctionnement de la plante. Elle permet d’assurer la régulation thermique des feuilles ainsi que le maintien de  l’appareil photosynthétique dans un état de fonctionnement optimal, même quand l’apport d’énergie solaire est fort.

Dans le processus de transpiration, le climat va jouer un rôle primordial en imposant une limite supérieure à la transpiration, la quantité d’eau qui devrait être transpirée par la plante pour compenser l’apport d’énergie solaire. Il détermine aussi, bien sûr, la quantité et la distribution annuelle de l’eau qui arrive sur le sol, s’infiltre et qui pourra être mobilisée par la plante ensuite. Enfin, par la quantité d’énergie qu’il délivre, il définit la quantité de biomasse qui pourra être (photo)synthétisée par la plante et dont une partie sera allouée aux racines et au sol. Quand l’eau du sol devient  moins disponible pour alimenter le flux transpiratoire, la plante va limiter ce flux de transpiration en limitant les échanges gazeux (et donc l’évaporation) au niveau des feuilles.  Mais, ce faisant, elle limite aussi l’entrée de gaz carbonique qui est l’élément de base pour la plante pour construire sa biomasse et grandir, à travers la photosynthèse. Les plantes sont alors souvent soumises à ce dilemme entre « avoir soif ou avoir faim ».

Palliant le côté erratique et mal distribué dans le temps de la pluie, le sol sert de réservoir et de tampon dans la dynamique annuelle de cette eau. Il est aussi le milieu qui accueille les racines de la plante et leur donne les conditions physico-chimiques de leur développement. Dans ce cadre, il faut souligner qu’il est le siège de nombreux processus physiques, biologiques et géochimiques qui participent à en faire un milieu vivant et dynamique. La plante contribue d’ailleurs largement à ces processus en ayant une action mécanique sur le sol à travers le développement racinaire mais également en apportant différentes matières organiques au sol, qui vont altérer l’ensemble de ses propriétés et qui servent de substrat aux organismes vivant dans le sol.

1.2 La circulation de l’eau depuis le sol jusqu’au collet de la plante est soumise aux lois physiques

Pour comprendre le cycle de l’eau dans le sol et la plante, il est important de revenir aux bases physiques du transport de l’eau et à la notion de potentiel hydrique (voir les chapitres I.2 et II.6). On dit que la circulation de l’eau dans le sol et dans la plante est passive dans la mesure où elle obéit en premier lieu à un mouvement spontané depuis les zones à forte disponibilité (humides, à potentiel hydrique élevé, dans le sol) vers les zones de faible disponibilité (plus sèches, à potentiel hydrique plus faible, dans les feuilles et l’atmosphère), sans que la plante ne dépense d’énergie pour ce mouvement. Cependant, le sol et la plante modulent ces mouvements en assurant du stockage local de l’eau et en modifiant les résistances au transfert de l’eau le long des chemins de transport. Ces points sont abordés plus en détail par la suite.

1.3 Analyse des processus et synthèse grâce à des modèles de simulation

Dans ce chapitre, nous décrivons les processus qui se succèdent le long du chemin de transport de l’eau durant l’extraction hydrique : transport de l’eau dans le sol vers les racines,  absorption de l’eau par la racine et enfin son transport à longue distance dans le réseau vasculaire des racines vers les parties aériennes.

Nous verrons alors comment on peut assembler ces processus et rendre compte de leurs interdépendances grâce à des modèles de simulation qui couplent des mécanismes physiques et biologiques jugés prépondérants, afin de mieux comprendre le fonctionnement intégré de ce système complexe.