Léonard de Vinci avait tort : les scientifiques réfutent la « règle des arbres »

Une nouvelle méthode de mesure de l’absorption du carbone par les arbres met en évidence la vulnérabilité potentielle des grands arbres aux conditions de sécheresse.

La « Règle des arbres » de Léonard de Vinci pour illustrer les arbres a été largement adoptée par la science lors de la modélisation des arbres et de leur fonctionnement.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Bangor au Royaume-Uni et de l’Université suédoise des sciences agricoles (SLU) ont découvert que cette règle contredit celles qui régissent les structures internes des arbres.

L’intérêt de Léonard pour le dessin l’a amené à examiner les rapports de taille de différents objets, y compris les arbres, afin de pouvoir en créer des représentations plus précises. Pour représenter correctement les arbres, il a perçu ce qu’on appelle la « règle des arbres » qui stipule que « toutes les branches d’un arbre, à chaque étage de sa hauteur, ont la même épaisseur que le tronc lorsqu’elles sont assemblées ».

Arbres au bord du Gein- Moonrise de Piet Mondrian (dessin). Crédit : Piet Mondrian, domaine public, via Wikimedia Commons

On pensait que la « règle des arbres » de Léonard pourrait également être appliquée aux canaux vasculaires qui transportent l’eau à travers un arbre, la taille des canaux individuels diminuant dans le même rapport, à mesure que les branches deviennent plus étroites, tout en s’ajoutant au volume du tronc. . Cette « règle » avait été acceptée dans le cadre de la théorie de la mise à l’échelle métabolique.

Mais des scientifiques de l’Université de Bangor et de SLU publient dans la prestigieuse revue à comité de lecture PNASont montré que ce modèle n’est pas tout à fait correct lorsqu’il est appliqué aux structures vasculaires internes des arbres.

Résistance hydraulique

Pour que l’eau et les nutriments circulent efficacement à travers l’arbre, de la racine à l’extrémité des feuilles, le système vasculaire doit maintenir une « résistance hydraulique ».

Ruben Valbuena et Stuart Sopp de l’Université de Bangor et de SLU ont calculé que pour la résistance hydraulique au travail, il arrive un moment où la « règle des arbres » ne peut plus être vraie.

Afin de transporter efficacement les liquides des racines aux extrémités des feuilles, les canaux vasculaires d’un arbre doivent conserver une certaine dimension pour maintenir la résistance hydraulique. Par conséquent, la plante doit réduire son volume à mesure qu’elle atteint ses extrémités, ce qui entraîne un rapport plus élevé entre le capillaire et la masse végétale environnante.

Verso Un arbre Léonard de Vinci, vers 1500. Crédit : Léonard de Vinci, CC BY-SA 4.0, via Wikimédia Commons

Comme l’explique le Dr Ruben Valbuena (professeur honoraire à l’Université de Bangor et maintenant professeur à SLU) : « Bien qu’elle constitue un excellent « conseil » pour les artistes, comme l’avait prévu Léonard de Vinci, la règle des arbres de Léonard ne tient pas au niveau micro. Nous pensons que nos calculs affinent davantage la théorie de la mise à l’échelle métabolique et améliorent notre compréhension du système végétal dans son ensemble. Nos nouveaux calculs peuvent également expliquer pourquoi les grands arbres sont plus sensibles à la sécheresse et peuvent également être plus vulnérables au changement climatique.

Le co-auteur Stuart Sopp, étudiant actuellement pour son doctorat en sciences de l’environnement à l’Université de Bangor, a déclaré : « L’un de nos objectifs était de produire un rapport qui pourrait être utilisé pour estimer la biomasse des arbres et le carbone dans les forêts. Ce nouveau ratio aidera à calculer le captage mondial du carbone par les arbres.

Référence : « L’optimalité vasculaire dicte la morphologie des plantes loin de la règle de Léonard » par SBD Sopp et R. Valbuena, 18 septembre 2023, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2215047120