Tomogramme montrant les zones de pourriture du bois dans un arbre avec un tronc de forme irrégulière, basé sur la tomographie sonique avec le tomographe sonique PiCUS 3. Crédit :Javier O. Ballesteros et Gregory S. Gilbert. De Gilbert, Grégory S., Javier O. Ballesteros, César A. Barrios-Rodriguez, Ernesto F. Bonadies, Marjorie L. Cedeño-Sánchez, Nohely J. Fossatti-Caballero, Mariam M. Trejos-Rodriguez, et al. 2016. Utilisation de la tomographie sonique pour détecter et quantifier la pourriture du bois dans les arbres vivants. Applications en sciences végétales 4(12) :1600060. doi :10.3732/apps.1600060.
Les arbres vivants peuvent pourrir de l'intérieur, ne laissant qu'un tronc creux. La pourriture du bois dans les arbres vivants peut entraîner des surestimations des réservoirs mondiaux de carbone, perte de bois en foresterie, et la mauvaise santé des arbres. Comprendre la pourriture du bois dans les forêts est particulièrement préoccupant sous les tropiques car on estime que les forêts tropicales abritent 96% de la diversité des arbres du monde et environ 25% du carbone terrestre, contre environ 10 % de carbone contenu dans les forêts tempérées.
Mais comment les forestiers et les chercheurs voient-ils dans un arbre vivant pour mesurer la pourriture du bois ? Ils utilisent le son.
Dans un article récemment publié dans Applications en sciences végétales , une équipe de professeurs, enseignants, et les étudiants ont établi des méthodes d'utilisation d'une technologie d'ondes sonores appelée tomographie sonique. Leurs méthodes ont été dérivées de mesures sur plus de 1, 800 arbres vivants de 173 espèces d'arbres de la forêt tropicale humide de la République du Panama.
« Nous ne savons pas encore où la pourriture interne et les dommages se classent parmi les causes de la mortalité des arbres, " dit Greg Gilbert, auteur principal de l'article et professeur et président du département d'études environnementales de l'Université de Californie, Santa Cruz. "La majeure partie de la décomposition est cachée - la tomographie nous permet maintenant de voir combien d'arbres apparemment sains sont réellement pourris à l'intérieur."
La tomographie sonique envoie des ondes sonores à travers les troncs d'arbres. Plus il faut de temps à une onde sonore pour traverser un tronc, plus le bois est pourri. Basé sur la vitesse du son, le tomographe (PiCUS 3 Sonic Tomograph ; Argus Electronic GmbH, Rostock, Allemagne) crée une image codée par couleur d'une coupe transversale du tronc (voir la figure).
L'utilisation antérieure de la tomographie sonique en foresterie s'est concentrée sur des mesures dans des arbres « de forme typique » avec des troncs cylindriques. Cependant, les arbres tropicaux ont souvent de grands contreforts, formes de tronc irrégulières, et des racines d'appui qui s'étendent jusqu'à l'arbre. La nouvelle étude décrit le placement optimal des capteurs pour éviter des résultats de tomographie aberrants pour les formes d'arbres non modèles qui peuplent les tropiques et détaille comment analyser les tomogrammes pour quantifier les zones de bois pourri et endommagé.
Les méthodes de tomographie sonique ont été développées et testées lors d'un cours international sur le terrain pour le lycée, Université, et des étudiants diplômés de la République du Panama et financés par la National Science Foundation. Gilbert et ses collègues ont emmené les étudiants et leurs enseignants sur le terrain et ont utilisé un apprentissage basé sur l'enquête pour enseigner les approches moléculaires et de terrain de l'écologie, ainsi que de favoriser un pipeline international vers la recherche écologique. Commentaires de Gilbert, "C'était une plongée passionnante, avec des gens extraordinaires d'horizons divers, dans la partie compliquée de la science :trouver la meilleure façon de faire ce dont vous avez besoin pour répondre à des questions difficiles. » Tous les participants à l'atelier ont contribué à la collecte et à l'analyse des données de tomographie sonique pour l'article.
Les champignons provoquent la pourriture du bois en entrant dans un tronc d'arbre et en pourrissant le bois de l'intérieur vers l'extérieur, rejetant du carbone dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Gilbert explique que sans une méthode fiable pour détecter le bois manquant, vous ne pouvez pas comprendre comment les arbres contribuent ou modèrent les niveaux croissants de carbone atmosphérique mondial, ou comment les forêts et les espèces d'arbres apparemment saines réagissent aux changements climatiques.
Les recherches de Gilbert sur la pourriture du bois se dirigent vers une vaste étude sur la façon dont les agents pathogènes et les maladies contrôlent la prévalence des espèces d'arbres tropicaux. "L'hypothèse est que les espèces les plus sensibles aux champignons de la pourriture du cœur resteront généralement rares en forêt, et seules les espèces résistantes deviendront communes, ", dit Gilbert. Lui et ses collègues mesurent et suivent les arbres tropicaux sur le site à long terme de l'Observatoire forestier mondial de la Terre (ForestGEO) du Smithsonian Tropical Research Institute sur l'île de Barro Colorado dans le canal de Panama.
Les travaux futurs se poursuivront pour valider la technologie de tomographie sonique pour les systèmes d'arbres tropicaux utilisant des arbres abattus ou déjà morts. Les arbres tropicaux sont très divers dans leur forme et leur fonction, et ils sont donc potentiellement distincts dans leurs exigences méthodologiques pour la tomographie sonique. Par exemple, cette méthode ne fonctionne pas sur les espèces de palmiers ou les espèces d'arbres qui utilisent des tissus internes pour stocker l'eau.
La foresterie urbaine bénéficie également de la tomographie sonique. Gilbert et ses collègues du Smithsonian Tropical Research Institute collaborent avec la ville de Panama pour utiliser la tomographie afin d'évaluer les risques pour la santé et la propriété des arbres urbains du Panama qui peuvent être pourris et vulnérables aux cassures des vents violents et des fortes précipitations.
