Le saviez-vous ? Mesurer un végétal, ce n’est pas seulement mesurer sa hauteur

Quelle est la hauteur de l’arbre ? Quelle est la largeur de sa couronne ? Quel diamètre atteint son tronc ? Ces mesures sont utiles pour décrire un végétal, mais elles ne suffisent pas à comprendre son fonctionnement ni à représenter précisément ses interactions avec son environnement. Deux arbres de même hauteur peuvent, par exemple, produire des effets très différents. Leur couronne peut être plus ou moins dense, leur feuillage plus ou moins actif, leur consommation d’eau différente et leur capacité à intercepter le rayonnement solaire très variable. Pour évaluer réellement un végétal, il faut donc aller au-delà de ses dimensions visibles.

Au CRITT Horticole, nous développons une approche complète de caractérisation associant mesures architecturales, physiologiques, thermiques, radiatives et hydriques. L’objectif : produire les données nécessaires pour comparer des végétaux, suivre leur évolution et mieux les intégrer dans les modèles environnementaux et microclimatiques.

Caractériser le végétal en trois dimensions

La hauteur ne donne qu’une information partielle sur l’architecture d’un végétal. La forme de la couronne, son volume, la répartition des branches et la densité du feuillage jouent également un rôle déterminant dans sa capacité à produire de l’ombre, à intercepter le rayonnement solaire et à modifier les conditions autour de lui.

À l’aide d’un scanner 3D mobile, le CRITT Horticole peut acquérir un nuage de points représentant le végétal dans l’espace. Ces données permettent notamment d’étudier :

• la hauteur et la largeur du végétal ;
• le volume et la forme de sa couronne ;
• la répartition spatiale de sa végétation ;
• son encombrement dans un espace donné ;
• son évolution au cours de sa croissance.

La répétition des acquisitions dans le temps permet également de suivre la transformation de l’architecture du végétal au fil des saisons ou des années. Cette représentation 3D peut ensuite être utilisée pour comparer différentes essences, modalités de conduite ou conditions de culture, mais aussi pour intégrer plus fidèlement le végétal dans des outils de simulation.

Mesurer la densité du feuillage

Un végétal très développé n’est pas nécessairement très dense. La quantité de feuilles, leur répartition et la proportion de lumière traversant la couronne influencent directement l’ombrage produit et les échanges entre le végétal et son environnement.

Le CRITT Horticole dispose notamment d’un analyseur de couvert végétal AccuPAR LP-80 permettant de mesurer le rayonnement photosynthétiquement actif, ou PAR, au-dessus et sous le feuillage. Ces mesures contribuent à déterminer plusieurs indicateurs, parmi lesquels le LAI, ou indice de surface foliaire. Le LAI correspond à la surface totale de feuilles rapportée à une surface de sol donnée. Il constitue un paramètre important pour caractériser la densité d’un couvert végétal et sa capacité à intercepter le rayonnement. Son suivi permet notamment :

• de comparer la densité de différentes espèces ;
• d’observer le développement saisonnier du feuillage ;
• d’évaluer la porosité d’une couronne ;
• de mieux représenter l’ombrage produit ;
• d’alimenter des modèles de fonctionnement du végétal.

Observer l’activité physiologique

L’apparence d’un végétal ne suffit pas toujours à déterminer son niveau d’activité. Une plante peut rester verte tout en ayant fortement réduit ses échanges avec l’atmosphère, notamment lorsqu’elle manque d’eau ou qu’elle est exposée à des températures élevées. Les stomates, de petites ouvertures présentes à la surface des feuilles, régulent une grande partie de ces échanges. Lorsqu’ils sont ouverts, ils permettent notamment l’entrée du dioxyde de carbone nécessaire à la photosynthèse et la sortie de vapeur d’eau liée à la transpiration. Lorsqu’un stress hydrique ou thermique apparaît, le végétal peut fermer ses stomates afin de limiter ses pertes en eau.

À l’aide d’un poromètre foliaire, le CRITT Horticole peut mesurer la résistance ou la conductance stomatique des feuilles. Cette information permet d’évaluer si le végétal est physiologiquement actif au moment de la mesure et de mieux comprendre sa réaction aux conditions environnementales. Elle peut notamment être mise en relation avec :

• la température de l’air et du feuillage ;
• l’humidité ;
• l’exposition au rayonnement solaire ;
• la disponibilité en eau ;
• les modalités d’irrigation ;
• la nature du substrat ou du sol.

Suivre la température du feuillage

La température des feuilles apporte également des informations sur le fonctionnement du végétal. Lorsqu’une plante transpire, l’évaporation de l’eau participe au refroidissement de ses feuilles. À l’inverse, une hausse de leur température peut être associée à une réduction de la transpiration ou à l’apparition d’un stress.

Le protocole développé par le CRITT Horticole associe des caméras visibles et des caméras infrarouges. Les prises de vues visibles permettent de suivre le développement du végétal, l’évolution de son feuillage et son état général. Les images infrarouges permettent, quant à elles, de cartographier les températures de surface et d’identifier les différences entre plusieurs zones du végétal : feuilles exposées au soleil, zones ombragées ou parties de la couronne présentant un comportement thermique particulier.

L’objectif n’est donc pas seulement d’obtenir une température moyenne, mais d’observer sa répartition dans le végétal et son évolution au cours de la journée.

Caractériser les échanges radiatifs

Le comportement thermique d’un végétal dépend aussi des rayonnements qu’il reçoit, absorbe, réfléchit et émet. Des pyranomètres permettent de mesurer le rayonnement solaire global arrivant sur la zone étudiée. Des capteurs PAR caractérisent plus spécifiquement la partie du rayonnement utilisable par les végétaux pour la photosynthèse.

Un pyrgéomètre permet également de mesurer les rayonnements infrarouges de grande longueur d’onde échangés entre le végétal, le sol, les bâtiments et l’atmosphère. La combinaison de ces mesures aide à mieux comprendre le bilan radiatif du végétal et son influence sur les températures observées.

Elle permet aussi de comparer le comportement d’un même végétal selon son implantation : en pleine terre, en bac, à proximité d’une façade, dans une cour minérale ou au sein d’un espace fortement végétalisé.

Quantifier les échanges d’eau

L’eau est un paramètre central du fonctionnement du végétal et de sa capacité à rafraîchir son environnement. Des dispositifs de pesée peuvent être mobilisés pour suivre l’évolution de la masse d’un système comprenant le végétal, son substrat et son contenant. En tenant compte des apports d’eau, la diminution de masse permet d’approcher les pertes liées à l’évaporation et à la transpiration. Ces données peuvent ensuite être croisées avec les mesures climatiques et physiologiques afin d’analyser :

• les besoins en eau du végétal ;
• l’effet d’une modalité d’irrigation ;
• la réponse à une période de forte chaleur ;
• l’impact du substrat ou du contenant ;
• la relation entre consommation d’eau et refroidissement du feuillage.

Automatiser les acquisitions dans le temps

Le fonctionnement d’un végétal évolue continuellement. Une mesure ponctuelle apporte une photographie à un instant donné, mais elle ne permet pas toujours de comprendre ce qui se passe au cours d’une journée, d’une période de chaleur ou d’un cycle de développement.

Pour répondre à cet enjeu, le CRITT Horticole développe des dispositifs d’acquisition automatisée reposant notamment sur des Raspberry Pi, des caméras, des systèmes de stockage et des modules de communication. Ces dispositifs peuvent être adaptés aux contraintes des sites d’expérimentation grâce à des alimentations autonomes, des panneaux photovoltaïques, des batteries et des connexions à distance. Ils permettent de programmer les mesures, de suivre les équipements et de constituer des séries de données dans le temps.

De la mesure à la modélisation du végétal

L’intérêt de cette approche réside dans la combinaison des différentes mesures. Il devient ainsi possible de caractériser simultanément :

• la géométrie du végétal ;
• la densité et la répartition de son feuillage ;
• la lumière qu’il intercepte ;
• son niveau d’activité physiologique ;
• sa température de surface ;
• les rayonnements reçus et émis ;
• sa consommation d’eau ;
• son évolution dans le temps.

Ces données permettent de construire une représentation plus fidèle du végétal et de son fonctionnement.

Elles peuvent être mobilisées pour comparer des espèces, évaluer des modalités de gestion, accompagner le développement de solutions de végétalisation ou fournir des paramètres d’entrée à des outils de simulation thermique et microclimatique.

Une méthodologie développée dans le cadre du projet EPURE

Cette capacité de caractérisation est notamment développée dans le cadre du projet EPURE – Estimation opérationnelle des solutions d’adaptation à la surchauffe urbaine.

Dans ce projet, le CRITT Horticole travaille, avec la Plateforme TIPEE, à mieux prendre en compte le végétal et sa croissance dans l’évaluation des solutions d’adaptation aux fortes chaleurs.

L’enjeu est important : dans de nombreux modèles, l’arbre est encore représenté comme un volume fixe et homogène. Or, il grandit, son feuillage évolue au fil des saisons et son activité dépend des conditions climatiques et de la disponibilité en eau.

Les travaux menés dans EPURE permettent ainsi de structurer un protocole associant acquisition 3D, mesures du couvert, suivi physiologique, imagerie thermique, bilan radiatif et bilan hydrique.

Une capacité mobilisable pour vos projets

Au-delà du projet EPURE, cette approche permet au CRITT Horticole d’accompagner les entreprises, collectivités, bureaux d’études, concepteurs et acteurs de la recherche souhaitant mieux caractériser un végétal ou une solution de végétalisation. Selon les objectifs du projet, l’accompagnement peut porter sur :

• la comparaison d’espèces ou de variétés ;
• l’évaluation de systèmes de végétalisation ;
• le suivi de la croissance et du développement du végétal ;
• l’analyse de l’effet d’un substrat ou d’une irrigation ;
• la caractérisation thermique et physiologique ;
• la production de données destinées à la modélisation ;
• le développement d’un protocole expérimental sur mesure.

Car mesurer un végétal, ce n’est pas seulement déterminer sa hauteur. C’est comprendre sa structure, son fonctionnement et la manière dont il interagit avec son environnement.