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Semaine de la recherche

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La forêt et le bois sont des sujets pour la science … ou le LABEX ARBRE raconté aux étudiants pour la semaine de la science 2021

(cliquez sur les zones en gras (liens hypertexte) pour avoir des précisions)

Les forêts sont traditionnellement des zones de chasse, de cueillette et de parcours, et sont souvent appropriées comme des biens communautaires. Depuis toujours, elles produisent du bois, matière première pour l’habitat, l’énergie, la culture (le papier ou les instruments de musique …), dont le besoin ne cesse d’augmenter, pour une industrie lourde qui co-existe avec l’artisanat. On demande aujourd’hui toujours plus de services à nos forêts pour héberger la biodiversité, pour séquestrer le CO2 en atténuation du changement climatique, pour améliorer la qualité de l’eau ou de l’air, pour préserver les sols ou limiter l’érosion, et tout simplement pour satisfaire le besoin de nature et de rêves de citoyens de plus en plus urbains. Mais ces forêts sont aussi des écosystèmes fragiles qui peuvent disparaître sous le feu, le vent, les sécheresses ou les pathogènes. Elles représentent également des risques pour l’environnement et nos activités, en hébergeant par exemple des vecteurs de maladies.

Dans les paysages européens façonnés par l’homme depuis l’Antiquité, les forêts ne sont pas vraiment des ressources naturelles – car contrairement à l’air ou l’eau, elles ne proviennent pas de la nature de manière directe sans intervention humaine. Pour autant, leur sylviculture ne transforme pas autant le milieu naturel que l’agriculture. Les forêts sont sources de quantité de services et d’emplois (les forêts et la filière bois représentent 450 000 emplois en France, dans le même ordre de grandeur que l’agroalimentaire).

A Nancy, s’est développé depuis de nombreuses années un dispositif de formation et de recherche sur les forêts et les services qu’elles procurent, notamment le bois utilisé comme matériau de construction mais aussi source d’énergie et de biomolécules. Ce dispositif est reconnu depuis 2012 par le Laboratoire d’Excellence ARBRE qui fédère une diversité de laboratoires et d’organismes lorrains et développe des recherches de pointe dans de nombreuses disciplines : écologie mais aussi microbiologie, physiologie, économie, génie des procédés ou chimie.

Les travaux de ces laboratoires vont de la recherche la plus fondamentale notamment sur l’écologie évolutive des interactions entre arbres et champignons symbiotiques ou pathogènes, à des projets très appliqués, jusqu’à l’innovation la plus ambitieuse conduite avec les entreprises qui gèrent les forêts. Une forte originalité de la recherche forestière est de devoir composer avec l’observation de systèmes très lents – arbres et forêts- en conditions naturelles ce qui demande de développer un savoir-faire expérimental sur des sites d’observation ou d’expérimentation sur le terrain. Depuis 2019, la succession d’années sèches a initié de graves mortalité des arbres, mettant sur le devant de la scène des recherches que nous conduisons depuis longtemps pour adapter la forêts aux climats du futur. Les stratégies nouvelles pour la bioéconomie stimulent également de nouveaux projets de recherche, par exemple sur le bois source de molécules ou le rôle des forêts et du bois dans le développement territorial. Mais nos recherches concernent aussi des domaines que vous ne soupçonnez sans doute même pas : biomécanique des arbres, écologie historique, économie des fonctions récréatives des forêts …

Pour en savoir plus :

Une synthèse d’une entreprise partenaire, l’Office National des Forêts, sur ses besoins de recherche et ses projets d’innovation pour construire les forêts du futur.

Quelques sites web – RENECOFOR , REGEBLOC – et une conférence qui présentent les méthodes et sites d’observation et d’expérimentation en forêt.

Un article de base sur la fertilité des sols en forêt.

Un site de projet pluridisciplinaire sur l’économie de la forêt dans le PNR des Ballons des Vosges.

Les productions remarquables  de « Ma thèse en 180 secondes » #MT180 qui ont concerné nos recherches :

A propos de nos travaux sur les champignons forestiers, deux courtes présentations de vulgarisation par INRAE (vidéos 1 et 2), et deux vidéos générales (vidéos 1 et 2) par Francis Martin (un des tous meilleurs chercheurs du monde pour la citation de ses articles scientifiques mais aussi un excellent vulgarisateur)

Quelques articles de vulgarisation de nos recherches « inattendues » :

Et n’hésitez surtout pas à voir ou revoir l’excellent documentaire d’Emmanuelle Nobécourt sur le Génie des Arbres (malheureusement plus disponible en intégralité sur France TV).

Meilleurs Voeux 2021 !!!

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Bonjour à toutes et à tous,
Entre pandémie de Covid-19, confinements et couvre-feu, l’année 2020 a été très anxiogène et éprouvante. Dans un  contexte de regain annoncé de l’épidémie, 2021 débute malheureusement sous de mauvais augures. Dans ces circonstances inédites, l’expression du génie scientifique qui a permis la production d’un vaccin en quelques mois est particulièrement réconfortante et porteuse d’espoir.
Je vous souhaite une excellente année et échanges scientifiques fructueux au sein du LabEx ARBRE.
Je profite de ce message pour vous remercier de votre investissement dans les nombreuses activités de recherche, de formation et de médiation scientifique que vous développez au sein de notre consortium.
Bien cordialement – Francis Martin

Effet du mélange d’essences en forêt sur l’exposition à la sécheresse chez le hêtre

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Dans le cadre d’un projet de recherche du Labex ARBRE, une nouvelle étude intitulée “Mixing beech with fir or pubescent oak does not help mitigate drought exposure at the limit of its climatic range” vient d’être publiée dans la revue Forest Ecology & Management par Soline Martin-Blangy et ses collaborateurs (UMR Silva, UMR ISPA, UMR Biogeco, UMR CEFE).

Dans cet article, les auteurs se sont intéressés à l’effet du mélange d’essences en forêt sur l’exposition à la sécheresse chez le hêtre (Fagus sylvatica) dans le sud-est de la France (sur un gradient nord-sud allant du massif des Bauges au massif de la Sainte-Baume), une région aux limites de son aire de répartition. Il s’agissait de déterminer si la gestion du hêtre dans cette région en peuplement pur ou mélangé avec le sapin (Abies alba) (dans la partie Nord) ou le chêne pubescent (Quercus pubescens) dans la partie sud) pourrait atténuer l’impact de sécheresses.

Cette étude avait pour but de (i) caractériser les effets des interactions des espèces sur l’exposition à la sécheresse du hêtre (évaluée avec la composition isotopique du carbone (δ13C) dans des cernes de croissance du bois), et (ii) déterminer si des complémentarités de profondeur d’acquisition de l’eau par les racines des différentes espèces peuvent expliquer ces effets (évaluée avec la composition isotopique de l’hydrogène (δ2H) dans l’eau du xylème).

Les auteurs n’ont pas trouvé de tendance globale d’un effet du mélange d’espèces sur le fonctionnement physiologique du hêtre pendant des années sèches. Dans les sites avec le mélange hêtre-sapin, la présence du sapin avec le hêtre n’a pas eu d’effet sur le δ13C du hêtre pendant des années sèches. Dans les sites avec le mélange hêtre-chêne, la présence du chêne était neutre en général, sauf dans quelques situations où le hêtre semblait subir une plus forte exposition à la sécheresse en présence du chêne. Des différences de profondeur d’extraction de l’eau par les racines estimée au cours d’un été sec ont été observées entre le hêtre et le sapin, mais pas entre le hêtre et le chêne pubescent. Cependant, ces mécanismes de complémentarité d’acquisition de l’eau dans les peuplements étudiés ne semblent pas être à l’origine des tendances observées sur l’impact de la présence de ces autres espèces sur l’exposition à la sécheresse du hêtre.

Cette étude démontre que la gestion du hêtre en peuplements mélangés avec le sapin ou le chêne pubescent dans cette région n’atténue pas les effets négatifs de la sécheresse sur le hêtre. Sur le long terme, avec des sécheresses de plus en plus fréquentes, privilégier les mélanges hêtre-sapin dans cette région ne semble pas être néfaste pour la croissance et la survie du hêtre. Au contraire, la présence du chêne pubescent dans des peuplements de hêtre pourrait être néfaste pour le hêtre.

The variability of leaf phenology among regional beech

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A new paper entitled ‘Leafy season length is reduced by a prolonged soil water deficit but not by repeated defoliation in beech trees (Fagus sylvatica L.): comparison of response among regional populations grown in a common garden‘ has been published by Massonnet et al. (SILVA Department) has been published in Agricultural and Forest Meteorology. 

Abstract. Bud-burst and leaf-senescence determine the length of the growing season for deciduous trees and therefore the duration of potential carbon assimilation with consequences on biomass production. In Fagus sylvatica L., leaf phenology depends on both photoperiod and temperature. The future climate is expected to induce more frequent soil water deficits and biotic attacks (possibly resulting in severe defoliation).

The aim of the present study is to assess whether these constrains may alter leaf phenology. In a common garden, we sowed seeds collected from six beech forests along a small latitudinal gradient (140 km) in North-Eastern France. In 2014, after seven years growth, a rain exclusion was installed above the trees to test how recurrent soil water deficits impacted bud-burst (BB) and leaf-yellowing (LY) over three years. We also analyzed the response of leaf phenology to annual defoliation, aiming at affecting carbon and nitrogen availability in trees.

Delayed BB and early LY were observed, reducing the growing season (GS) until 14 days in response to soil water deficit whereas no influence of defoliation was detected. These time lags were not in relation with leaf nitrogen content. In the control treatment, BB occurred earlier and LY later in the northernmost populations than in the southernmost without clear relationships with local climate. A significant treatment x population interaction was observed revealing a plasticity in the leaf phenology response to soil water deficit among populations.

These results suggest that beech trees present a genetic differentiation of leaf phenology even within a small latitudinal gradient but that these differentiations could be disrupted by soil water deficit that is predicted to increase in the future.

This research was funded by the LabEx ARBRE within the framework of the Mepib-Death project. Pierre-Antoine Chuste received a PhD grant from ARBRE.

Les journées scientifiques du GDR Sciences du Bois

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Les Journées scientifiques du GDR Sciences du Bois prévues du 18 au 20 novembre prochains, vont se dérouler en format 100% virtuel. Un  programme adapté à cette situation est en ligne : https://bit.ly/3eWw7wP

Ces Journées combineront, comme chaque année, conférences invitées et présentation des posters en sessions plénières, susceptibles de couvrir l’ensemble des sciences du bois, et réunions de groupes de travail sur des thèmes plus focalisés.

La liste des posters est consultable au lien suivant : https://bit.ly/38GaAHE

La manifestation se déroulera essentiellement sur la plateforme Livestorm qui nécessite une inscription par demie journée. L’inscription est gratuite, ouverte à toutes et tous mais obligatoire pour pouvoir recevoir les liens de connexion. Pour vous inscrire rendez vous sur le site des journées par ce lien : https://bit.ly/36d47AS​.

​N’hésitez pas à faire suivre l’annonce à vos collègues et réseaux.

Pour toute information: gdr-bois-2020@sciencesconf.org

Mois franco-chinois de l’environnement

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A travers le parrainage de l’oeuvre SUN GATE #2 de l’artiste français Niko de la Faye, le LabEx ARBRE participe à la 7ème édition du mois franco-chinois de l’environnement du 17 octobre au 15 novembre 2020, organisé par l’Ambassade de France en Chine.

SUN GATE #2 est une sculpture inspirée par la culture traditionnelle chinoise, l’art contemporain et les biotechnologies. Inspiré par les cadrants solaires chinois, Niko de la Faye a créé une sculpture surprenante à base de mycélium du champignon xylophage, le Ganoderme luisant ou reishi.

Progrès en torréfaction de la biomasse

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Depuis 2016, l’équipe WOOTHOC du LERMAB (Epinal, Université de Lorraine) collabore étroitement avec le laboratoire du Pr. Wei-Hsin CHEN de la « National Cheng Kung University » à Taïwan. Cette collaboration a été fortement soutenue par le Labex ARBRE au travers du financement d’une mission de longue durée (Prof. Wei-Hsin CHEN), du financement d’une thèse soutenue en 2019 (Dr. Bo-Jhih LIN) et d’une bourse de Master International (Yu-Ying LIN). Cette collaboration fructueuse a permis  :

– la publication d’un article synthèse dans la revue de prestige Progress in Energy and Combustion Science (Impact Factor 29) : W-H Chen, B-J Lin, Y-Y Lin, Y-S Chu, A Ubando, P Loke Show, O H Chyuan, J-S Chang, S-H Ho, A Culaba, A Pétrissans, M Pétrissans. Progress in biomass torrefaction: Principles, applications and challenges. Progress in Energy and Combustion Science, in press et

– l’obtention du prix ‘Applied Energy 2019 Highly Cited Research Paper Award’, pour une publication commune : Safar M., Lin B.-J., Chen W.-H., Langauer D., Chang J.-S., Raclavska H., Pétrissans A., Rousset P., Pétrissans M. (2019) Catalytic effects of potassium on biomass pyrolysis, combustion and torrefaction. Applied Energy 235.

La génomique éclaire l’histoire évolutive des champignons symbiotiques forestiers

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Les champignons symbiotiques mycorhiziens jouent un rôle majeur dans les écosystèmes terrestres en facilitant l’acquisition de nutriments par les plantes. Mais comment ces champignons sont-ils devenus symbiotiques ? Grâce à l’analyse du génome de 135 espèces de champignons forestiers, la plus vaste à ce jour, un consortium international de chercheurs, coordonné par l’équipe de Francis Martin (UMR IaM, INRAE, LabEx ARBRE) et le Joint Genome Institute (Département de l’Energie américain) et impliquant l’Université de Lorraine et le CNRS, explique comment ces champignons sont passés d’organismes se nourrissant de matière en décomposition à des symbiotes alliés aux plantes au cours de l’évolution. Leurs résultats ont été publiés le 12 octobre 2020 dans Nature Communications.

Il existe plusieurs types de champignons définis par leur mode de nutrition : les pathogènes qui parasitent des organismes vivants pour se nourrir, les saprotrophes qui se nourrissent de matière organique en décomposition et les mycorhiziens qui sont en symbiose avec les plantes. La symbiose est une relation gagnant-gagnant pour la plante et le champignon. Le champignon facilite l’absorption par les plantes des éléments minéraux essentiels, comme l’azote et le phosphore, et les plantes apportent des sucres simples aux champignons associés et un environnement favorable à leur développement. Cette symbiose mutualiste aurait permis la colonisation des milieux terrestres par les plantes. Afin de comprendre comment sont apparus les traits symbiotiques chez les champignons forestiers, le consortium a comparé les fonctions codées par le génome de 135 espèces dont 62 espèces mycorhiziennes. L’originalité de cette nouvelle étude réside dans le séquençage et l’analyse de 29 nouveaux génomes d’espèces de champignons symbiotiques appartenant à des familles jouant un rôle clé dans les écosystèmes forestiers, telles que les Russules et les Chanterelles, très fréquents dans les forêts tempérées.

Leurs résultats montrent que les multiples transitions d’un mode de vie saprotrophe à symbiotique s’accompagnent de la perte des gènes codant les enzymes dégradant la paroi cellulaire végétale (par exemple les cellulases et les ligninases), de la réorientation de gènes présents chez des ancêtres saprotrophes pour remplir de nouvelles fonctions symbiotiques (par exemple des transporteurs membranaires de sucres ou d’acides aminés) et de l’apparition de nouveaux gènes impliqués dans la communication avec la plante. Ces mécanismes sont observés dans toutes les familles de champignons basidiomycètes et ascomycètes1 ectomycorhiziens2 (20 000 espèces) illustrant ainsi une remarquable convergence évolutive3 couvrant plus de 100 millions d’années d’histoire évolutive. Pour la première fois, les chercheurs ont également identifié quelques espèces de champignons « hybrides », encore capables de décomposer la matière organique, tout en établissant une symbiose avec les racines de leur plante-hôte. Chez ces champignons, les gènes codant les enzymes de dégradation de la paroi végétale sont encore présents, mais réprimés lors de la symbiose. Il pourrait bien s’agir des premiers pas vers la symbiose stricte.

Cette nouvelle étude accroît de façon considérable les ressources génomiques disponibles pour étudier les mécanismes qui régissent le développement et le fonctionnement des symbioses mycorhiziennes. Outre une meilleure compréhension de l’histoire évolutive des champignons forestiers, ces ressources sont désormais utilisées pour étudier le fonctionnement des communautés de champignons dans les écosystèmes forestiers soumis aux aléas des changements environnementaux.

[1] Les basidomycètes et les ascomycètes sont deux classes de champignons. Les basidomycètes désignent les espèces dont les spores se forment à l’extérieur de cellules spécialisées (entre autres la plupart des champignons à chapeaux). Les ascomycètes sont une classe réunissant les espèces de champignons dont les spores se forment dans des cellules spécialisées (les asques) comprenant notamment les morilles, les pézizes, les truffes, les levures…

[2] Les champignons ectomycorhiziens colonisent les racines des plantes avec lesquelles ils sont en symbiose et leur permettent d’avoir accès plus facilement à des minéraux.

[3] On parle de convergence évolutive lorsque plusieurs espèces différentes soumise aux même contraintes environnementales adoptent des réponses adaptatives similaires, ici la symbiose ectomycorhizienne.

 

Référence

Miyauchi, S., Kiss, E., Kuo, A. et al. Large-scale genome sequencing of mycorrhizal fungi provides insights into the early evolution of symbiotic traits. Nat Commun 11, 5125 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18795-w

Une belle reconnaissance pour les actions du réseau Tous Chercheurs

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Monsieur le député Dominique Potier a récemment déposé trois amendements dans le cadre de l’examen de la Loi de Programmation de la Recherche pour renforcer les liens Science-Société. Ces trois amendements ont été adoptés et sont clairement inspirés du dispositif Tous Chercheurs :  » En réponse à la défiance des institutions de recherches et de régulation, il faut poursuivre l’effort d’association des citoyens à la définition des sujets d’investigation ainsi qu’aux pratiques de recherche, de l’expérimentation à la présentation des résultats. La philosophie propre à la pédagogie expérimentale du mouvement « Tous Chercheurs » porte à ce titre la promesse d’un nouveau paradigme, celui d’une science participative renouvelant le pacte civique de l’éducation populaire. « 
 
Le Labex ARBRE est fier d’avoir soutenu la création de trois nouveaux laboratoires Tous Chercheurs en Lorraine depuis 2016, dont le laboratoire Tous Chercheurs de Nancy né en 2018. C’est dans ce laboratoire que des élèves et des citoyens sont régulièrement accueillis à l’occasion de stages de recherche ouverts au public, pour tenter de répondre avec les chercheurs à des questions de recherche nouvelles sur l’écologie des tiques et des maladies vectorisées par les tiques. Ces stages font partie intégrante du programme national de recherche participative CiTIQUE, initié par le Labex.
Cette mobilisation de citoyens-chercheurs au coeur même d’un projet de recherche d’envergure a inspiré l’alinéa 232 proposé par Monsieur le Député Potier, qui va être inséré au texte de loi : « Développer des projets de science citoyenne co-élaborés par des chercheurs et des publics d’horizons divers du type « Tous Chercheurs », associant des citoyens à la définition de sujets d’investigation et les confronter à la pratique de la recherche en laboratoire, de l’expérimentation jusqu’à la présentation des résultats ».
 

Un chercheur du LERMAB à l’honneur

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Après avoir déjà obtenu le prix de thèse Etablissement dans le cadre de l’Ecole Doctorale SIMPPE (Science et Ingénierie des Molécules, des Produits, des Procédés et de l’Energie), Mahdi Mubarok s’est vu décerner par l’IAWS (International Academy of Wood Science) le prix de la meilleure thèse internationale dans le domaine des Sciences du Bois pour ses travaux sur la modification chimique du hêtre réalisés dans le cadre d’une collaboration entre l’Université de Lorraine et l’Université de Göttingen grâce à un financement du LABEX ARBRE sous la direction des Professeurs Holger MILITZ et Philippe GERARDIN. Visant à développer des méthodes de préservation du bois respectueuses de l’environnement, ses travaux ont permis de mettre au point des traitements non biocide permettant d’améliorer la durabilité du bois aussi bien vis-à-vis des champignons de pourriture que des termites. Venu en Lorraine dans le cadre d’un programme de double Master entre l’Université de Lorraine, Bogor University et AgroParisTech, La thèse de Mahdi a également été l’occasion pour le LERMAB de poursuivre ses collaborations avec l’Indonésie. L’ensemble des travaux réalisé a conduit à six publications dans des journaux à comité de lecture.