E4 Mécanicien des Structures

Topique

La biomécanique végétale explique comment les tissus végétaux maintiennent leur structure et résistent aux contraintes extérieures. Ce maintien s'effectue de deux manières distinctes, selon que le tissu est lignifié ou non : les tissus lignifiés, comme le bois d'un tronc d'arbre, résistent grâce à la résistance mécanique de leur propre matière, tandis que les tissus non lignifiés, comme la tige d'une graminée, résistent grâce à la pression de turgescence de leurs cellules. Les propriétés mécaniques des tissus végétaux s'expliquent, dans chaque cas, par l'étude séparée de chacun de ces deux mécanismes.

Dans les tissus lignifiés, la résistance du bois provient d'un composé de cellulose et de lignine : au sein du bois, la cellulose fournit des fibres qui résistent à la tension, et la lignine remplit et rigidifie l'espace entre ces fibres. Plus la quantité de lignine déposée avec la cellulose dans le tissu ligneux est importante, plus le bois est résistant.

La résistance du bois du tronc est mise à l'épreuve par la force du vent, qui peut le déstabiliser de deux manières distinctes : par flexion, lorsque le tronc se courbe sous l'effet d'une charge de vent perpendiculaire à son axe, ou par flambement, lorsque le tronc se courbe brusquement latéralement sous l'effet d'une charge de vent axiale dépassant sa capacité à rester droit. La flexion et le flambement dépendent tous deux de la résistance du bois : plus le bois est résistant, plus le tronc peut supporter de charge de vent avant de se déstabiliser par flexion ou flambement.

La résistance des arbres aux tempêtes dépend en définitive de la densité du bois et de la géométrie du tronc : une densité de bois plus élevée accroît la résistance à la flexion et au flambement, et un tronc de plus grand diamètre à la base répartit la charge du vent sur une plus grande surface. Ainsi, ces deux propriétés la densité du bois et la géométrie du tronc déterminent conjointement la charge de vent maximale que l'arbre peut supporter avant que la résistance de son bois ne soit dépassée. Dans les tissus non lignifiés, la rigidité ne provient pas d'un matériau résistant comme le bois, mais de la turgescence : la pression exercée par l'eau à l'intérieur de chaque cellule contre sa paroi maintient cette dernière tendue. Plus la turgescence des cellules est importante dans un tissu non lignifié, plus la rigidité qui en résulte est grande.

Cette même turgescence, maintenue par la pression hydrostatique de l'eau dans chaque cellule, assure la posture dressée des graminées : sans turgescence, les cellules d'une graminée perdent leur rigidité et la tige se courbe sur elle-même, incapable de maintenir sa position verticale sans la pression hydrostatique qui la maintient normalement tendue.

En résumé, la biomécanique végétale explique deux stratégies structurales distinctes au sein d'un même cadre : la résistance du bois, assurée par la cellulose et la lignine et modulée par sa densité et la géométrie de la tige, détermine la résistance des arbres aux intempéries, tandis que la turgescence, maintenue par la pression hydrostatique, détermine la rigidité des tissus non lignifiés et assure la posture dressée des graminées.

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