Analyse dendrochimique par spectrométrie de rayonnement X : application à l’étude de la nutrition des arbres et des variations spatiales et temporelles de l’environnement

Dendrochemical analysis by X-ray spectrometry : application to the study of tree nutrition and spatial and temporal variations of the environment

• Auteur / Autrice : Anny Weitner
• Direction : Jean-Luc Dupouey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Végétale et Forestière
• Date : Soutenance le 06/11/2007
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecologie et Ecophysiologie Forestières, INRA
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hans Beeckman, Paolo Cherubini, Etienne Dambrine, Philippe Hallegot, Marc Hebrant, Jean-Luc Dupouey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hans Beeckman, Paolo Cherubini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie des rayons X

Sols -- Fertilité

Nutrition

Arbres

Bois -- Chimie

Mots clés libres

Dendrochimie

Résumé

Cette thèse, via la composition chimique du bois ou dendrochimie, tente de répondre à certaines questions écologiques liées à la nutrition des arbres et à la bio-indication des conditions environnementales. Des méthodes basées sur la spectrométrie de rayonnements X telles que SXRF (Synchrotron X-Ray Fluorescence) et EDS (Energy Dispersive Spectrometry), encore ponctuellement utilisées en dendrochimie ont été testées. Une première étude, par EDS, a permis de mettre en évidence que la composition chimique en Ca et Mn du bois et de l’écorce de hêtres (Fagus sylvatica L.) variait significativement en fonction du type de sol (calcaire ou acide). Le contenu en Mn était fortement relié au pH du sol. Ces résultats suggèrent que le Mn du bois et de l’écorce pourrait être utilisé comme un outil de diagnostic nutritionnel. Des différences significatives de concentrations entre bois de cœur et aubier ont été mesurées pour K. Pour Ca et Mn, ces différences devenaient significatives selon le type de sol supposant que le site d’origine peut influencer les tendances temporelles. La composition chimique du bois obtenue par SXRF de Rhizophora mucronata Lam., une espèce tropical de mangrove du Kenya, nous a permis de détecter une cyclicité annuelle pour Br, Ca, Mn et Sr. Ces résultats, bien que préliminaires, sont prometteurs pour la datation des bois tropicaux. La comparaison de hêtres fertilisés NPKCa avec des témoins, nous a montré un effet significatif et fort de la fertilisation sur les teneurs moyennes en Br, Ca, Hg et K du bois par SXRF. Hg et Br pourraient être des indicateurs de fertilisations passées des sols. La forte variabilité inter-arbre (Ca, K, Mn) au niveau des tendances temporelles et des concentrations, liée en partie au statut de dominance diminue les potentialités d’utiliser cette espèce comme indicatrice d’acidifications passées des sols. D’un point de vue méthodologique, les deux méthodes utilisées ont présenté des résultats en accord avec des méthodes plus classiques telles que l’ICP.

This thesis, by measuring wood chemical content called dendrochemistry, tries to respond to some ecological questions linked to tree nutrition and bio-indication of environmental conditions. Methods based on X-rays spectrometry like SXRF (Synchrotron X-Ray Fluorescence) and EDS (Energy Dispersive Spectrometry), which are still scarcely used in dendrochemistry have been tested. First study, by EDS, showed that Ca and Mn wood and bark content of Beech (Fagus sylvatica L.) varied significantly with the soil type (calcareous vs acidic). Mn content was highly related to soil pH. These results suggest that wood and bark Mn content may be used as a nutritional proxy. Significant differences in wood chemical content between heart- and sapwood were measured for K. For Ca and Mn, these differences became significant depending on the soil type suggesting that the tree origin site could influence the temporal trends. Wood chemical composition, obtained by SXRF, of Rhizophora mucronata Lam., a Kenyan mangrove species, allowed us to detect an annual cyclicity for Br, Ca, Mn et Sr. These results, as if preliminary, are promising for the datation of tropical woods. The comparison of beech trees fertilized by NPKCa with controls showed a high significant effect of fertilization on wood mean concentrations in Br, Ca, Hg and K by SXRF. Hg and Br could be indicators of soil past fertilizations. The high inter-tree variability (Ca, K and Mn) at the temporal scale which is partly linked to differences in tree dominance status limits the possibilities to use this species as an indicator of past soils acidifications. For methodological aspects, these two methods presented results in agreement with classical methods like ICP.