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Le bois est un matériau par excellence banal mais dont nous savons bien peu de choses. Alors réveillez vous pour ce merveilleux chapitre... ou vous allez voir de quel bois je me chauffe !

1) Le bois : un tissu végétal aux propriétés interessantes

Il existe deux grands types de bois : les feuillus et les conifères (aussi appelés résineux). Les premiers ont, pour la plupart, des feuilles dites caduques c'est-à-dire qui tombent à l'approche de l'hiver, alors que les seconds ont des aiguilles persistantes. Pour vous donner un exemple concret: le chêne est un feuillu alors que le sapin est un conifère.

Si on réalise une coupe transversale des deux types d'arbres, on remarquera le même motif global alors que leur tissu est formé d'éléments différents. 

Nous allons donc nous interesser en premier au tronc commun . Dans les régions tempérées, la production de bois dépend de la saison. Elle est très active au printemps et ralentit ensuite jusqu'à s'arrêter pour l'hiver, donnant naissance aux cernes annuels.

Un cerne est produit tous les ans, ni plus, ni moins. Il est donc facile de déduire l'âge d'un arbre une fois découpé transversalement : âge = nombre de cernes. Les cernes les plus récents sont ceux qui sont les plus proches de l'écorce.

Mais attention ! Lorsqu'un arbre gagne en années, les anciennes cellules du bois et de l'écorce meurent et ne peuvent donc plus assurer leurs fonctions. Il est temps de différencier les différentes parties ainsi créees:

• le coeur: Il est consitué des cellules intérieures mortes. Comme son nom l'indique, il se situe au centre de l'arbre. Ce bois est plus dense et est aussi appelé bois parfait. En effet, n'oublions pas qu'il a été compressé maintes et maintes fois lors de la production du nouveau cru de cellules annuelles ! Il est utilisé pour les poutres et les planches à cause de sa grande résistance. Son unique fonction est d'aider au soutien de l'arbre.
• l'aubier: Il est constitué des dernières cellules produites, dirigées vers l'intérieur, encore vivantes et fonctionnelles du cambium. Cette partie contient aussi le xylème secondaire qui est le tissu permettant le transport de la sève brute des racines vers les feuilles.  
• Le Cambium est une couche de cellules proche de l'écorce dont les cellules se divisent pour ensuite se différencier et former celles du bois vers l'intérieur et de l'écorce vers l'extérieur. A mesure que les nouvelles cellules sont crées, les anciennes sont poussées vers le coeur pour celles de l'intérieur alors que celles de l'extérieur sont compressées contre l'écorce qui craque, tombe et laisse la couche suivante protéger l'arbre.
• le liber: C'est la partie entre l'écorce et le cambium. Elle contient le phloème secondaire qui est formé des cellules vivantes permettant le transport de la sève modifiée grâce à la photosynthèse.
• l'écorce: Elle est située à l'extérieur et sert de couche protectrice.

Pour vous aider à bien visualiser ces différentes couches, voici un schéma-résumé :

Le cambium est placé entre l'aubier et le liber. Toutes les cellules ont une forme allongée et sont parallèles entre elles. Il est aussi important d'ajouter que les cellules produites au printemps ont un gros diamètre et constituent le bois de printemps ou le bois initial. Au contraire, celles produites à l'approche de l'hiver, au moment où la production ralentit, ont un diamètre plus petit et constituent le bois d'automne ou le bois final.

Ensuite, si nous allons au coeur même des cellules du bois, nous allons y retrouver certains éléments de base quelque soit la famille de l'arbre : la cellulose et la lignine. La cellulose se trouve sur la paroi des cellules. C'est une succession de molécules de glucose qui forment des fibres et donne au bois sa résistance. En effet, les chaînes de glucose sont associées et regroupées en macro-fibrilles. La cellulose est un des constituants majeurs du bois et peut repésenter jusqu'à 55% de celui-ci ! La lignine est une macromolécule ou polymère - c'est à dire qu'elle est formée de plusieurs petites molécules regroupées entre elles - présente dans les parois des vaisseaux et fibres du bois et entre les fibres de cellulose où des dépôts de lignine se forment. Elle augmente également la résistance du bois.

Toutes ces similitudes entre les différents types de bois nous amènent aux propriétés générales du bois:

• grande résistance mécanique due à la cellulose et lignine. Cela veut dire que le bois n'est PAS aisément déformable par pression, flexion, traction. Ceci explique son utilisation dans le bâtiment (poutres, charpentes,...).
• Combustion aisée
• Flottabilité : la densité du bois est plus faible que celle de l'eau ce qui explique sa capacité de flottement. La plupart des bois peuvent donc être utilisés dans la construction navale.
• Isolant thermique : le bois est un mauvais conducteur de chaleur
• Imputrescibilité : quand il est sec, le bois a une grande résistance au pourrissement. De plus, avant son utilisation industrielle, le bois est traité pour ne contenir plus que 8 à 15 % d'eau.

Il est temps de souffler un peu avec un petit jeu de rôle...auquel vous participez ! Imaginez : vous êtes poursuivi un grand feu. Vous courrez dans les bois, et vous arrivez face à une clairière sur laquelle se trouve 2 maisons : une toute en bois épais, l'autre toute en fer, épais également. Vous avez pu prévenir les secours, mais vous devez vous réfugier dans une maison en les attendant, histoire de gagner du temps. Laquelle choisissez-vous ?

Si, comme la majorité des gens, vous auriez choisi la maison de fer, je peux vous annoncer que vous venez officiellement de cuire, bien avant l'arrivée des secours...Par contre, pour ceux qui ont choisi la cabane en bois, ils ont survécu ! Effectivement, le bois possède une combustion aisée...Mais il met du temps à brûler ! C'est pour cela qu'on l'utilisait dans les cheminées, pour durer toute la nuit. Quant au fer, il ne cèdera pas facilement...Mais vous vous placez vous mêmes dans un four !

Pour ceux qui n'ont pas rôti, revenons à nos moutons. Ah, oui ! Le bois étant naturellement riche en cellulose, il est très utilisé dans l'industrie de la pâte à papier. La cellulose peut être également modifiée chimiquement pour être utilisée dans la confection de tissus ou de cellophane. Bien entendu, les bois chers et rares ne seront pas utilisés pour faire de la pâte à papier : leur valeur économique conditionne leur utilisation. Mais cette dernière est également influencée par les propriétés spécifiques de chaque bois. Par exemple, les bois aux couleurs intéressantes tels que l'acajou seront utilisés en ébénisterie.

Mais les différents types de bois n'ont pas développé ces caractéristiques au même degré... ni n'ont exactement la même structure.

Tout d'abord, malgré toutes leurs similitudes, il existe une différence fondamentale entre les feuillus et les conifères. En effet, le bois des feuillus est constitué de vaisseaux, de fibres et de cellules nourricières alors que celui des conifères est constitué de trachéïdes et de cellules nourricières. Contrairement aux vaisseaux qui sont de simples tubes, les trachéides ne sont pas ouvertes à leurs extrémités mais latéralement. Elles servent non seulement à la conduction de la sève mais assurent aussi le maintien du tronc. 

De larges variations annuelles dans la taille des vaisseaux donneront un bois plus poreux.

Ensuite, les différents types de bois se différencient par les tannins et les résines présents. Les tannins protègent les arbres qui les contiennent des attaques de certains parasites et insectes, leur conférant une durée de vie remarquable. Les arbres dont l'aubier est clairement différenciable du coeur (bois parfait distinct) sont riches en tannins et durent plus longtemps que les bois parfaits non distinct (le coeur n'est pas différenciable du reste). Tannins et résines contribuent à la dureté du bois.

Mais ce n'est pas tout ! Chaque arbre est également unique dû à ses conditions de croissance, l'humidité ambiante,...

Anecdote: Selon le chercheur Henri Grissino-Mayer de l'université de Tennessee, la sonorité exceptionnelle des violons du célèbre Stradivarius viendrait principalement... de la croissance extrêmement ralentie des arbres de son époque  !

Chaque type d'arbre aura donc une utilisation privilégiée. Les bois exotiques comme le teck sont par exemple reconnus pour leur grande imputrescibilité.

2) Les rôles des forêts

La forêt joue un rôle majeur dans le cycle de l'eau à cause l'évapotranspiration... Sans compter que leur surperficie recouvre 28% des terres émergées ! L'évapotranspiration désigne deux phénomènes : l'évaporation des eaux de surface dans l'atmosphère et l'eau rejetée par les feuilles (transpiration foliaire). Seulement 1% de l'eau prélevée par les racines est utilisée pour la photosynthèse et le reste est rejeté. A cause de cela, dans certaines forêts, près de 70% des pluies peuvent être dues à la transpiration foliaire. Les arbres assurent ainsi qu'une partie de l'eau souterraine remonte vers l'atmosphère.

La destruction des forêts par l'homme, ou naturellement (tempêtes), perturbe le cycle de l'eau par une éventuelle baisse des précipitations. De plus, les arbres n'étant plus là pour retenir et protéger le sol et augmenter l'humidité de l'air par la transpiration, l'érosion, la sécheresse et les ruisselements augmentent.

La forêt joue également un rôle dans le cycle du dioxyde de carbone et du dioxygène. Lors de la photosynthèse, les végétaux transforment de la matière minérale en matière organique et utilisent de l'eau, du dioxyde de carbone (quelle immense surprise  !) et l'énergie solaire. La photosynthèse a besoin d'un ajout d'énergie pour se mettre en place, c'est pourquoi elle ne se déroule qu'avec une source de LUMIERE à proximité. Le dioxyde de carbone de l'atmosphère entre dans l'arbre par les feuilles. La plante produit du dioxygène et de la matière organique. Les forêts permettent donc une diminution de la quantité de dioxyde de carbone dans l'air... Enfin, surtout quand elles sont jeunes ! Un arbre en période croissance fabriquera plus de matière organique par photosynthèse (et donc stockera plus de CO₂) que de CO₂ ne sera rejeté par son écosystème -, si on considère seulement cet écosystème sans actions humaines . Après cette période, l'arbre produit moins de matière organique. Le bilan de dioxyde de carbone de l'arbre s'équilibre et le CO₂ utilisé lors de la photosynthèse est plus ou moins équivalent au CO₂ rejeté lors de sa respiration et autres rejets de  son écosystème. Lorsqu'il meurt ou dans une moindre mesure lorsqu'il perd ses feuilles, il constitue une litière décomposée par des micro-organismes qui rejettent du CO₂ par leur respiration.

Vous devez savoir les équations chimiques pour la photosynthèse et la respiration:

Les coefficients devant les formules chimiques des éléments sont très importants. Dans la réalité, vous aurez le même nombre de molécules de carbone, oxygène et hydrogène au début et à la fin de votre réaction... et donc votre équation se doit de faire de même.

En ES, on vous demandera pas d'équilibrer d'autres équations. Toutefois, pour ceux qui ne veulent pas faire simplement du par coeur, voilà comment ça marche - et comment vous pourrez le retrouver en examen. Commencez par écrire l'équation sans les coefficients : CO₂ + H₂O => C₆H₁₂O₆ + O₂ . Ensuite comptez le nombre d'atomes de carbones (C), Oxygène (O) et Hydrogène (H) qu'il y a de chaques côtés de l'équation. O₂ correspond à 2 atomes d'oxygène. Côté gauche, nous avons donc : 1 C, 3 O, 2H. Côté droit : 6 C, 8 O et 12 H. Il apparaît qu'il y a beaucoup moins de tout du côté gauche... Commençons par égaliser les C (ici vous choisissez l'atome par lequel vous souhaitez commencer), c'est à dire de faire en sorte qu'il y aie le MÊME nombre de C des DEUX CÔTÉS. Nous aurons donc :

6 CO₂ + H₂O => C₆H₁₂O₆ + O₂

6 molécules de CO₂ sont donc nécessaires... Et nous recommençons à compter. Côté gauche : 6 C, 2 H et 13 O. Côté droit : 6 C, 12 H et 8 O. Pas de panique s'il y a à présent plus de ` `d'atome d'oxygène à gauche qu'à droite. Égalisons le nombre de H. Attention, la molécule qui va devoir porter un coefficient est H₂O, si nous mettons 2 devant il y aura 2 x (H₂) = 2 x 2H= 4H ! Pour avoir 12 H du côté gauche, le coefficient sera donc également 6.

6 CO₂ + 6 H₂O => C₆H₁₂O₆ + O₂

Conseil d'ami: mieux vaut s'occuper toujours de O en dernier. Comptons donc une dernière fois. Côté gauche: 6 C, 12 H, 18 O. Côté droit : 6 C, 12 H, 8 O... Et, oh miracle  ! nous avons côté droit une molécule constitué uniquement d'atomes d'oxygène : O₂ ! Comme les O sont les seuls atomes dont le nombre est encore différent des deux côtés de l'équation, nous ajouterons le coefficient devant O₂. Il faut alors le multiplier par (18-6)[car il y a déjà 6 atomes d'oxygène dans C₆H₁₂O₆]/2 = 12/2 =6. En effet, on applique le même principe que pour H₂O. Et vous êtes prêt pour l'équation finale :

6 CO₂ + 6 H₂O => C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

 Alors, maintenant que vous regrettez qu'ils ne vous demandent pas de savoir le faire tant c'est simple, voici la deuxième équation chimique au menu (et après c'est fini, pas de risque d'indigestion)  :

Au cours de la respiration, le dioxygène est absorbé et le dioxyde de carbone rejeté. 

Enfin, si une tempête détruit les arbres, elle permet aussi à la forêt de se rajeunir et laisse la part belle aux arbres en croissance ce qui diminue au final la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère. Par contre, une déforestation n'aura pas d'effets positifs, les arbres ne repoussant pas par la suite. Elle engendrera juste une augmentation de dioxyde de carbone dans l'atmosphère: par la mise à feu des débris des forêts détruites par l'homme et par l'absence des végétaux qui ne peuvent plus assurer l'absorption du CO₂.

3) Comment l'homme peut-il améliorer la forêt?

La mycorhise

C'est l'association des racines des arbres avec des filaments microscopiques souvent blancs (dit mycélium) de champignons. Ces derniers fournissent à leur hôte de l'eau et des minéraux et augmentent la résistance aux maladies des racines envahies. En échange, ils prélèvent des molécules organiques produites par les arbres. Cette alliance est tellement utile que lorsqu'un jeune plant est planté, on vérifie la présence du champignon dans le sol. S'il est absent, une souche de champignon sera associé au jeune plant pour favoriser artificiellement sa croissance ! Cela s'appelle la mycrohisation.  

La sylviculture

La sylviculture est la gestion des forêts par, entre autre, le remplacement des arbres prélevés. Les besoins incessants de l'industrie pour le bois ont rendu cette approche nécessaire. Il existe 3 types de sylviculture :

• Sylviculture intensive : Les arbres à croissance rapide utilisables rapidement sont privilégiés. Les graînes d'arbres performants sont sélectionnées puis leur germination est contrôlée pour qu'elle s'enclenche au moment le plus propice de l'année. On parle alors de régénération artificielle. Enfin, et c'est là où le parallèle avec l'agriculture intensive est le plus criant: des engrais et pesticides sont utilisés. Les interventions sur les arbres sont fréquentes et plannifiés. Il est possible que les meilleurs plants soient à nouveau resélectionnés pour un développement en épaisseur.
• Sylviculture traditionnelle : Les graînes ne sont pas sélectionnées et sont laissées à suivre leur développement naturel (pas d'engrais,...). Toutefois, des coupes sont pratiquées où certains arbres sont sélectionnés et leurs abords néttoyés pour favoriser leur développement en largeur... car on leur garantit ainsi un meilleur accès à la lumière du soleil, à l'eau et aux minéraux ! Cela reste une pratique à risque sur le long terme car les résineux qui acidifient les sols sont préférés pour leur croissance rapide.
• Sylviculture écologique : Moins rentable que les deux précédentes mais plus soucieuse de l'équilibre de l'arbre et de son milieu, cette dernière possibilité associe les différentes espèces d'arbres en faisant attention à la préservation des sols et la biodiversité.  

La transgénèse

Un gène est une portion de code génétique permettant la production d'une protéine. Les protéines complexes sont quant à elles "codées" par plusieurs gènes. La transgénèse est le transfert du gène d'un organisme donneur à un organisme receveur... modifiant ainsi ce dernier. Il existe deux types de transgénèse : transgénèse intraspécifique (les deux individus sont de la même espèce) et transgénèse interspécifique (les deux individus sont d'espèces différentes). Grâce à l'universalité du code génétique, l'individu receveur fabriquera la protéine tel que le faisait l'organisme donneur. L'universalité du code génétique veut que tout gène soit interprété de la même manière par tous les organismes de toutes les espèces. Des bactéries peuvent donc produire de l'hormone de croissance ou de l'insuline humaine... Le transfert est réalisé grâce à une bactérie ou un virus servant de vecteur. Cela veut dire qu'ils apportent le gène dans la cellule receveuse.

Les arbres peuvent être modifiés pour produire moins de lignine qui est dérangeante pour la production de la pâte à papier, pour être plus résistants aux insectes, à certaines maladies,... Le milieu jouant sur l'expression des gènes, leur environnement sera soigneusement contrôlé.

Il est également possible de cloner par la suite ces nouvelles espèces d'arbre (ou des arbres naturellement formés) et de les régénérer ou de les multiplier in vitro (= en laboratoire). 

Enfin, des cellules peuvent être prélevées de feuilles ou de racines d'arbres adultes ayant entre 15 et 20 ans... pour la création d'embryons  ! Presque comme dans les films futuristes  ! Ces embryons sont ainsi créés sans reproduction sexuée : c'est l'embryogenèse somatique. Les avantages de cette méthode ? Un gain de temps !... Les embryons sont faits dès que le besoin s'en ressent.

Vous pouvez maintenant répondre au QCM du cours!