A1 Résistance au vent et dommages mécaniques

Topique

Les dégâts mécaniques causés par le vent commencent lorsque celui-ci exerce une pression sur la tige et les branches de la plante. Cette pression se traduit par une force de traînée qui augmente avec la vitesse du vent et la surface frontale exposée au flux d'air. Cette force de traînée courbe la tige et les branches, et cette courbure génère des contraintes de flexion dans le tissu ligneux de la tige : plus la force de traînée est importante, plus la contrainte de flexion que la tige doit supporter est grande.

La contrainte de flexion subie par la tige est constamment comparée à la résistance du tissu ligneux qui la compose. Tant que la contrainte de flexion reste inférieure à la résistance du tissu ligneux, la tige se courbe et reprend sa forme initiale grâce à une déformation élastique réversible, de sorte que les dégâts mécaniques ne laissent pas de trace permanente. Si, lors d'un épisode de vent violent, la contrainte de flexion dépasse un seuil égal à la résistance du tissu ligneux, la tige subit une fracture du tronc : le tissu ligneux se rompt brutalement, interrompant sa continuité. En revanche, si la contrainte de flexion reste inférieure à ce seuil mais se répète lors d'épisodes de vent successifs, le tissu ligneux subit une fatigue. Cette fatigue entraîne une diminution progressive de la résistance du bois, jusqu'à ce qu'une contrainte de flexion même modérée suffise à provoquer la rupture du tronc.

Pour réduire la force de traînée exercée par le vent, la plante s'adapte en diminuant la surface frontale exposée au flux d'air grâce à une reconfiguration aérodynamique de ses branches et de ses feuilles, qui se replient et s'alignent dans la direction du vent. En réduisant la surface frontale, la force de traînée exercée par le vent sur la plante diminue, ce qui réduit la contrainte de flexion sur la tige et rompt le lien entre la réponse de la plante et la force de traînée qui l'a provoquée.

Parallèlement à cette reconfiguration aérodynamique, la plante réagit également en augmentant le diamètre basal de la tige par un processus de thigmomorphogenèse, déclenché par le frottement mécanique du vent sur la tige, et en produisant un bois plus dense. L'augmentation du diamètre basal et de la densité du bois accroît la résistance du tissu ligneux de la tige. Par conséquent, la contrainte de flexion qui approchait auparavant le seuil de rupture du tronc passe désormais en dessous de ce seuil, rétablissant ainsi la marge de sécurité de la résistance du bois face aux vents futurs.

À l'intérieur de la plante, lorsque le sol soutenant son système racinaire est saturé d'eau, la résistance du bois de la tige cesse d'être le facteur déterminant des dommages mécaniques. Dans ce cas, la force de traînée transmise par la tige est transférée au système racinaire, et le sol saturé provoque un déracinement, c'est-à-dire le soulèvement de la plante entière, au lieu d'une rupture du tronc. Le déracinement constitue donc une alternative à la rupture du tronc lorsque le sol saturé prive le système racinaire du soutien nécessaire pour résister à la force de traînée.

En résumé, la déformation élastique réversible, la rupture du tronc, la fatigue du bois et le déracinement sont les différentes conséquences possibles des dommages mécaniques induits par le vent sur la plante. Les réponses adaptatives de la plante — la reconfiguration aérodynamique, qui réduit la surface frontale et donc la force de traînée, ainsi que la thigmomorphogenèse et l'augmentation de la densité du bois, qui renforcent la matière ligneuse — déterminent si la plante parvient à maintenir la contrainte de flexion en dessous de ses seuils de dommages, ou si, au contraire, les dommages mécaniques induits par le vent entraînent une fracture du tronc ou un déracinement des racines.

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