Thèse Impact des Contraintes Mécaniques sur la Croissance Racinaire H/F

ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

Établissement : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)
École doctorale : Physique en Ile de France
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes
Direction de la thèse : Evelyne KOLB ORCID 0000000253466635
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59

L'interaction entre les racines de plantes et les sols est un vaste sujet qui implique de nombreuses communautés, de l'agronomie à la science du sol, de la biophysique au génie civil et à la géophysique. La présence de zones de forte résistance mécanique dans le sol est l'une des limitations physiques les plus courantes à l'exploration du sol par les racines, ce qui a un impact direct sur le rendement des cultures. La croissance et la trajectoire des racines dépendent fortement de la présence de couches de sol compactes ou d'obstacles à l'échelle de la racine. L'apex de la racine doit exercer une pression de croissance pour surmonter la résistance à la déformation du sol environnant ou réorienter sa croissance pour contourner les obstacles.

Au laboratoire, nous avons développé différents systèmes expérimentaux pour étudier la réponse de croissance d'une racine (i) poussant contre un seul obstacle tel qu'un capteur de force ou (ii) poussant à l'intérieur d'un réseau d'obstacles rigides imprimés en 3D. En particulier, en couplant des mesures de force (i-1) et des mesures cinématiques sous éclairage infrarouge (i-2), nous sondons la relation force-croissance d'une racine primaire en contact avec un obstacle rigide résistant, qui imite la plus forte variation d'impédance du sol rencontrée par une racine en croissance.

Au cours de la thèse proposée, nous visons 1) à étudier la réponse de la racine à des compressions définies afin d'étudier ses propriétés mécaniques en fonction du temps et 2) à découpler les réponses mécaniques et biologiques en utilisant une boucle de rétroaction sur la force appliquée.

Les mécanismes à l'origine des forces exercées par les racines sont très peu compris. Si la racine est capable de créer des pressions de croissance extrêmes, de l'ordre du MPa, elle peut également sentir des niveaux de forces très faibles lorsque le simple contact d'un obstacle suffit à la détourner de sa trajectoire (réponse thigmotropique). Par ailleurs, l'existence d'une zone spécifique du tissu racinaire sensible à la contrainte mécanique n'a pas encore été mise en évidence et une série de questions fondamentales relatives à la mécano-perception et à la morphogénèse sous contrainte mécanique se posent : Qu'entend-on exactement par contact par rapport à une contrainte mécanique produisant une compression, une traction ou une flexion de la racine? Existe-t-il un seuil en amplitude de contrainte appliquée ou de déformation produite dans les tissus racinaires pour que la racine perçoive le contact ou l'obstacle, faut-il une durée minimale d'application de la contrainte (ou de la force) pour produire un ajustement de la réponse en croissance de la racine ? Ces questions relèvent de domaines d'investigation en plein essor. Pourtant, les divers mécanismes responsables de la réponse de la racine aux efforts mécaniques sont mal élucidés car ces processus sont difficiles à visualiser in situ dans un système opaque et non homogène comme un sol et à quantifier quand la racine est soumise à des sollicitations mécaniques complexes provenant des interactions multiples avec les grains du sol.