Il y a un vieux conte de fermier qui dit, "Par une nuit calme, vous pouvez entendre le maïs pousser." Cela peut sembler drôle, mais Douglas Cook de l'Université de New York et ses collègues Roger Elmore et Justin McMechan, à l'Université du Nebraska, ont pu utiliser des microphones de contact pour enregistrer directement les sons de la culture du maïs.

Le maïs est la principale culture céréalière aux États-Unis avec plus de 350 millions de tonnes métriques récoltées chaque année. Mais un manque de compréhension des mécanismes impliqués dans la rupture des tiges de maïs induite par le vent a entravé de nouvelles améliorations de la production de maïs. Les agronomes travaillent sur ce problème depuis plus de 100 ans, bien qu'avec un succès marginal.

Maintenant, en appliquant des outils et des techniques de génie mécanique, un groupe d'ingénieurs et de phytotechniciens dirigé par Cook progresse dans la résolution de ce problème et découvre d'autres problèmes liés à la croissance et au développement des plantes.

Au cours de la 172e réunion de la Société acoustique d'Amérique et de la 5e réunion conjointe avec la Société acoustique du Japon, qui se tiendra du 28 nov. au déc. 2, 2016, à Honolulu, Hawaii, Cook décrira son travail en utilisant des techniques d'émissions acoustiques pour explorer la croissance et la rupture des tiges de maïs.

« La casse du matériau ressemble beaucoup à un tremblement de terre microscopique :la libération soudaine de contraintes internes envoie des ondes sonores rayonnant dans toutes les directions, " Cook a expliqué. "Nous utilisons des capteurs spéciaux appelés microphones de contact piézoélectriques pour surveiller les sons émis par les tiges de maïs juste avant la panne. Cela nous aide à mieux comprendre le processus d'échec."

Alors, à quoi ça ressemble? "Étonnamment, cela ressemble remarquablement aux sons émis lorsque le maïs se brise, " a déclaré Cook. " Nous pensons maintenant que la croissance des plantes implique des millions de petits événements de casse, et que ces événements de casse poussent la plante à se précipiter pour «réparer» les régions cassées. En cassant et réparant continuellement, la plante est capable de pousser de plus en plus haut."

Bien que les chercheurs n'aient pas encore déterminé si cela est vrai pour toutes les plantes, Cook a suggéré qu'il pourrait s'agir d'un mécanisme similaire à celui impliqué dans le développement musculaire :soulever des poids provoque de minuscules micro-déchirures dans le muscle et, au fur et à mesure qu'ils sont réparés, le muscle est renforcé.

Cette découverte intrigante est le résultat de la fusion de deux disciplines apparemment sans rapport :la science végétale et le génie mécanique.

"De nombreuses récoltes sont perdues chaque année à cause des dommages causés par le vent, " Cook a déclaré. "Les ingénieurs savent beaucoup sur la façon d'éviter les défaillances structurelles, et en utilisant des techniques de sélection naturelles, les phytotechniciens peuvent améliorer pratiquement n'importe quelle caractéristique de la plante qu'ils peuvent mesurer. Vous pouvez donc imaginer que de grands progrès dans l'intégrité structurelle des plantes peuvent être réalisés par ces deux disciplines travaillant ensemble. »

Au niveau des candidatures, "c'est un domaine de recherche très jeune, donc la plupart de notre travail est encore de nature assez fondamentale, " Cook a déclaré. "Nous apprenons la croissance et la casse des plantes, ce qui pourrait être utile aux sélectionneurs lors du développement de plantes conçues de manière optimale. »

Par exemple, ils ont appris que les feuilles des plants de maïs fournissent en fait la majorité du soutien structurel pendant les périodes de croissance rapide. C'est assez étonnant selon Cook – et ce n'est pas un rôle qu'une feuille est généralement censée jouer. Cela devrait donc aider les phytotechniciens à commencer à développer de nouvelles variétés avec des feuilles plus résistantes et moins susceptibles de tomber en panne pendant la phase de croissance.

Cook a une formation en biomécanique humaine, ainsi, lui et ses collègues utilisent actuellement la technologie de tomographie informatisée (CT) pour obtenir des images 3D des plantes.

« Nous prévoyons également d'utiliser la technologie d'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour visualiser la croissance et le développement du maïs, " Cook a ajouté. " Nous aimerions en savoir plus sur l'échec de la tige, dans le but d'identifier le " maillon le plus faible " dans le processus d'échec de la tige. Une fois identifié, les phytologues peuvent essayer d'améliorer la force et la résilience des tiges."