D3 Thermométrie et bilan énergétique des plantes

Topique

Le bilan énergétique d'une plante résulte de la somme de tous les flux de chaleur et de rayonnement entrant et sortant de la feuille. La température foliaire est la variable qui synthétise ce bilan énergétique en une valeur unique : lorsque les flux de chaleur entrant dans la feuille dépassent ceux qui en sortent, la température foliaire augmente ; inversement, lorsque les flux de chaleur sortant de la feuille dépassent ceux qui y entrent, la température foliaire diminue. Un ensemble d'outils de mesure permet de quantifier séparément chacun des flux qui composent ce bilan énergétique, ainsi que la température foliaire qui en résulte.

La méthode la plus directe pour mesurer la température foliaire consiste à utiliser des thermocouples de contact. Fixés à la surface de la feuille, ces dispositifs enregistrent instantanément toute variation de température en ce point sous la forme d'un signal électrique mesurable.

Contrairement aux thermocouples de contact, qui ne fournissent de mesures de température qu'en un seul point, les caméras thermiques infrarouges capturent le rayonnement infrarouge émis par toute la surface de la feuille. À partir de ces données, elles établissent des cartographies thermiques foliaires complètes, permettant d'observer les variations de température entre différentes zones d'une même feuille ou entre différentes feuilles d'une même plante.

Pour établir un bilan énergétique complet, outre la simple mesure de la température foliaire, des capteurs de flux thermique et de rayonnement sont nécessaires. Ces capteurs mesurent séparément chaque flux de chaleur entrant et sortant de la feuille : le rayonnement absorbé, la chaleur échangée avec l’air par convection et la chaleur dégagée par transpiration. En additionnant tous ces flux, les capteurs de flux thermique et de rayonnement vérifient que le bilan énergétique est complet, c’est-à-dire qu’aucun flux de chaleur pertinent n’a été négligé.

Au sein du bilan énergétique de la plante, une fraction supplémentaire de chaleur provient non pas du rayonnement ou de la convection, mais du métabolisme de la plante. Le calorimètre végétal est l’outil qui mesure cette production de chaleur métabolique indépendamment des autres flux du bilan énergétique.

La température foliaire intégrant tous les flux mesurés par les thermocouples de contact, les caméras thermiques infrarouges, les capteurs de flux thermique et de rayonnement, et le calorimètre végétal, cette même température permet de diagnostiquer, sans avoir à mesurer chaque flux séparément, le stress thermique foliaire et l’état des stomates. Une température foliaire s'écartant significativement de la plage optimale révèle un stress thermique, tandis qu'une température foliaire supérieure à celle de l'air ambiant indique une fermeture des stomates. En effet, lorsque les stomates se ferment, la feuille cesse de se refroidir par transpiration et le déficit énergétique, auparavant partiellement compensé par la chaleur latente, se traduit par une accumulation de chaleur foliaire.

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