Circulation de l'eau dans un végétal

[invite563835f6]

Bonjour,

Ayant posé cette question sur la section biologie et n'ayant pas eu de réponse concluante, est-ce que la physique pourrait répondre à ceci ?:

Thermodynamiquement, j'ai bien compris comment l'eau est absorbée du sol jusqu'au racine; comment l'eau est transportée du poils absorbant au xylème(vaisseau conducteur de sèvre brute); comment l'eau monte dans le xylème. Globalement, l'eau se dirige bien dans le sens des potentiels hydriques décroissants (peu importe la composante qui joue un rôle important).

Cependant, pour la circulation de la sève élaborée (des feuilles jusqu'au racine schématiquement), l'eau ne va pas - selon mon cours - dans le sens des potentiels hydriques décroissants. Il est écrit très exactement: "même si on voit que les potentiels hydriques ne diminuent pas des organes sources aux organes puits, l'eau se déplace des organes sources aux organes puits grâce à un gradient de potentiel hydrostatique - une des composantes du potentiel hydrique - décroissant".

Ma question est simple:

comment est-ce possible que l'eau ne se déplace pas, comme la thermodynamique le prévoit, dans le sens des potentiels hydriques décroissants, mais comme si seul le gradient de potentiel hydrostatique décroissant importait ?
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je ne suis pas expert en la matière et bien d'aspects de la circulation de la sève me semblent obscurs.
Je ne suis pas convaincu que ce soit le "potentiel hydrique" qui fasse circuler la sève. Les phénomènes osmotiques ne "tournent pas en rond", ils sont unidirectionnels. De plus, les phénomènes dus à la diffusion ne sont importants que sur des très petites distances (de l'ordre du micron), quand le gradient de concentration est important. Sur quelques centimètres, la diffusion et l'osmose prendraient des milliers d'années.

J'imagine que la sève descendante est tout simplement plus dense que la sève montante; car, au niveau des feuilles, la sève s'est chargée de glucides par la photosynthèse. Et même, en absence de photosynthèse, par la simple évaporation de l'eau sa densité augmente.
Mais, comme je vous ai dit, je ne suis pas expert.
Au revoir.

[Tiluc40]

J'avais pensé à la capillarité tout d'abord. Mais j'ai lu quelques discussions sur le fait que la capillarité seule ne suffit pas. Par exemple:

http://forums.futura-sciences.com/bi...4124-seve.html

Tu peux peut-être détailler ta formule du potentiel hydrique incluant le potentiel hydrostatique. J'ai du mal à visualiser ce qui se cache derrière ces termes, mais ça m'intéresse.

[invite563835f6]

Bon alors quelques notions de bio ne sont peut être pas de trop.

Pour la montée de l'eau dans le xylème (vaisseau qui conduit la sèvre brute, des racines aux feuilles en gros), on a deux phénomènes. Le premier constat que l'on peut faire c'est que la capilarité ne suffit vraiment pas. Ensuite les deux phénomènes dépendent du moment de la journée:
- le jour: la transpiration foliare permet de tracter l'eau des racines aux organes transpirants (notamment les feuilles épanouies). Le potentiel hydrostatique est de moins en moins négatif des feuilles jusqu'aux racines, du coup, l'eau va monter.
- la nuit: la poussée racinaire est le principal phénomène. Il s'agit de charger la sève au niveau des racines en solutés tels que le saccharose qui créent un appel d'eau et donc on a un potentiel hydrostatique de moins en moins positif des racines aux feuilles, du coup, l'eau va monter.

Voilà pour la montée de la sève.

En gros, le potentiel hydrique d'une cellule végétale a plusieurs composantes:
-composante hydrostatique (liée à la pression de turgescence elle même liée à la paroi des cellules végétales).
-composante osmotique (=-RT sigma( [S].i ); S=soluté, i=coefficient d'ionisation)
-composante gravitaire (=-µgz )

Dans la montée de la sève brute, expliquée plus haut, la résultante de toutes ces composantes (=le potentiel hydrique) est décroissant des racines aux feuilles, donc l'eau circule bien dans le bon sens. Ce gradient de potentiel hydrique favorable à la montée est surtout dû au gradient de la composante hydrostatique.

En revanche, dans le flux descendant de sève élaborée (des feuilles aux racines), on a pas ce gradient de potentiel hydrique décroissant des feuilles aux racines, mais on a bien un gradient de la composante hydrostatique.

Je me demandais très simplement, si ce dernier gradient suffisait, même si le potentiel hydrique global n'est pas décroissant des feuilles aux racines.

Je n'ai pas l'impression d'être très clair...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite786a6ab6]

Je me souviens avoir lu un article dans "Pour la Science" au sujet de la circulation de la sève dans les arbres. Ils expliquaient entre autre pourquoi la sève pouvait monter à plus de 100m dans certains arbres. 'aspiration par les feuilles est une composantes principales malgré que une pompe ne peut pas aspirer à plus de 10m, mais dans certaine circonstance cette loi physique est douloureusement rappelée aux arbres qui peuvent faire une véritable embolie gazeuse, avec bulles et rupture de la colonne de sève. L'arbre ne s'en remet généralement pas.

[invite6dffde4c]

Re.

Je me souviens avoir lu un article dans "Pour la Science" au sujet de la circulation de la sève dans les arbres. Ils expliquaient entre autre pourquoi la sève pouvait monter à plus de 100m dans certains arbres. 'aspiration par les feuilles est une composantes principales malgré que une pompe ne peut pas aspirer à plus de 10m, mais dans certaine circonstance cette loi physique est douloureusement rappelée aux arbres qui peuvent faire une véritable embolie gazeuse, avec bulles et rupture de la colonne de sève. L'arbre ne s'en remet généralement pas.

Je me souviens d'avoir lu aussi l'article et je me souviens de l'avoir trouvé vraiment pas convainquant.
En particulier, "l'aspiration par les feuilles" est une affirmation curieuse. On n'aspire pas l'eau à distance. C'est la pression atmosphérique qui fait monter le soda dans la paille. Une aspiration ne peut pas produire des forces par elle même. La pression oui.

Bon alors quelques notions de bio ne sont peut être pas de trop.

Pour la montée de l'eau dans le xylème (vaisseau qui conduit la sèvre brute, des racines aux feuilles en gros), on a deux phénomènes. Le premier constat que l'on peut faire c'est que la capilarité ne suffit vraiment pas. Ensuite les deux phénomènes dépendent du moment de la journée:
- le jour: la transpiration foliare permet de tracter l'eau des racines aux organes transpirants (notamment les feuilles épanouies). Le potentiel hydrostatique est de moins en moins négatif des feuilles jusqu'aux racines, du coup, l'eau va monter.

Je ne vois pas le mécanisme qui "tracte la sève". Les seules forces qui pourraient "tracter" la sève, dans un conduit vide serraient les forces de capillarité. Mais pas dans un conduit plein.
Il ne suffit pas de dire " la transpiration foliaire permet de tracter l'eau", il faut dire par quel mécanisme. Et pour l'instant je ne l'ai pas trouvé dans aucune des explications.

- la nuit: la poussée racinaire est le principal phénomène. Il s'agit de charger la sève au niveau des racines en solutés tels que le saccharose qui créent un appel d'eau et donc on a un potentiel hydrostatique de moins en moins positif des racines aux feuilles, du coup, l'eau va monter.

Voilà pour la montée de la sève.

Bon, je veux bien, c'est la pression osmotique. Mais a-t-on fait le calcul de cette pression? Es que, avec les concentrations des solutés dans la sève et dans l'eau dabs la terre on trouve des pressions osmotiques assez élevées?

En gros, le potentiel hydrique d'une cellule végétale a plusieurs composantes:
-composante hydrostatique (liée à la pression de turgescence elle même liée à la paroi des cellules végétales).
-composante osmotique (=-RT sigma( [S].i ); S=soluté, i=coefficient d'ionisation)
-composante gravitaire (=-µgz )

Peut-être, mais quels sont les valeurs de ces belles phrases en Pascals?
Et c'est quoi la différence entre la "composante gravitaire" et la "composante hydrostatique"?

Dans la montée de la sève brute, expliquée plus haut, la résultante de toutes ces composantes (=le potentiel hydrique) est décroissant des racines aux feuilles, donc l'eau circule bien dans le bon sens. Ce gradient de potentiel hydrique favorable à la montée est surtout dû au gradient de la composante hydrostatique.

En revanche, dans le flux descendant de sève élaborée (des feuilles aux racines), on a pas ce gradient de potentiel hydrique décroissant des feuilles aux racines, mais on a bien un gradient de la composante hydrostatique.

Je me demandais très simplement, si ce dernier gradient suffisait, même si le potentiel hydrique global n'est pas décroissant des feuilles aux racines.

Je n'ai pas l'impression d'être très clair...

Non. Pas du tout. Pas plus que l'article dans Pour la Science.
De plus, je pense que ces affirmations ne supportent pas leur chiffrage.
A+

[invite563835f6]

"Je ne vois pas le mécanisme qui "tracte la sève". Les seules forces qui pourraient "tracter" la sève, dans un conduit vide serraient les forces de capillarité. Mais pas dans un conduit plein.
Il ne suffit pas de dire " la transpiration foliaire permet de tracter l'eau", il faut dire par quel mécanisme. Et pour l'instant je ne l'ai pas trouvé dans aucune des explications."

Le circuit hydrique d'un végétal est un circuit ouvert: il y a un continuum sol-plante-atmosphère.

Partons d'un vaisseau de xylème plein. S'il y a évaporation de l'eau au niveau des feuilles, alors la cohésion des molécules d'eau entre elles dans la colonne va créer la dite traction qui permet à la sève de monter.
En fait, il y a une dépression liée à la évaporation de l'eau, qui peut être chiffrée:
Potentiel hydrostatique en haut de la colonne=-0,7MPa
en bas=-0,5MPa.
(cette composante peut être appelée pression de turgescence)
Cette dépression est telle qu'il y a en effet des risques d'embolie dans les vaisseaux (formation d'une bulle d'air) qui rompt la cohésion de la colonne d'eau. Ce problème peut être contourné par la mise sous pression de la colonne d'eau depuis les racines, ou tout simplement par le contournement du vaisseau "bouché".

"Bon, je veux bien, c'est la pression osmotique. Mais a-t-on fait le calcul de cette pression? Est ce que, avec les concentrations des solutés dans la sève et dans l'eau dans la terre on trouve des pressions osmotiques assez élevées?"

Le potentiel osmotique du sol (qui vaut "moins" la pression osmotique) est environ de -0,002MPa.
Celui dans le xylème est environ de -0,1MPa.
Lors de la poussée racinaire (qui correspond en fait à une sécrétion active d'ions - et non dans saccharose pardon - dans la sève brute), ce potentiel osmotique est encore plus négatif (je n'ai pas de valeur chiffrée, désolé).

"Peut-être, mais quels sont les valeurs de ces belles phrases en Pascals?
Et c'est quoi la différence entre la "composante gravitaire" et la "composante hydrostatique"?"

Je te les ai données plus haut.
La composante hydrostatique est liée à la paroi des cellules végétales, qui sont des structures rigides. Contre ces parois, s'exerce une pression de turgescence, qui est la pression exercée par l'eau sur ces parois.
La composante gravitaire est uniquement liée à l'altitude du point étudié.

"Non. Pas du tout. Pas plus que l'article dans Pour la Science.
De plus, je pense que ces affirmations ne supportent pas leur chiffrage.
A+ "

En fait, il ne s'agit pas "d'informations" mais d'un cours construit autours des échanges hydrominéraux, que tu retrouveras dans la plupart des manuels de physio végétale. Je n'ai pas plus de précision à te donner étant donné que je ne suis pas expert en physio végétale, mais ce qui écrit plus haut est, je pense, la base.

Que dis-tu des valeurs chiffrées? Est ce que cela te permet de m'aider un peu à comprendre la DESCENTE de la sève élaborée ?

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Pour commencer, je veux dire qu'avant de travailler avec des potentiels, qui sont une modélisation mathématique, je travaille avec des forces et des pressions qui sont la réalité physique.

[I]
Le circuit hydrique d'un végétal est un circuit ouvert: il y a un continuum sol-plante-atmosphère.

Non. Le circuit est un circuit fermé. S'il était ouvert la sève ne pourrait pas remonter. Il est fermé "en haut" par les parois cellulaires.

Partons d'un vaisseau de xylème plein. S'il y a évaporation de l'eau au niveau des feuilles, alors la cohésion des molécules d'eau entre elles dans la colonne va créer la dite traction qui permet à la sève de monter.
En fait, il y a une dépression liée à la évaporation de l'eau, qui peut être chiffrée:
Potentiel hydrostatique en haut de la colonne=-0,7MPa
en bas=-0,5MPa.
(cette composante peut être appelée pression de turgescence)
Cette dépression est telle qu'il y a en effet des risques d'embolie dans les vaisseaux (formation d'une bulle d'air) qui rompt la cohésion de la colonne d'eau. Ce problème peut être contourné par la mise sous pression de la colonne d'eau depuis les racines, ou tout simplement par le contournement du vaisseau "bouché".

Cette depression (ou pression négative) est bien due à la cohésion moléculaire. Mais elle ne fait pas monter la seve. Elle ne la "tracte" pas. Elle empêche simplement la formation de cavités (bullles) qui devraient se former quand la pression devient négative. Cette cohésion permet à des siphons de continuer à fonctionner dans le vide sans se désamorcer.
Mais cette situation est identique dans le circuit montant et dans le circuit descendant. Et la valeur de cette dépression est juste ce qu'il faut pour maintenir la colonne jusqu'à haut.
Bon, il faut nuancer cette valeur à cause de la pression osmotique.

Et revenons un peu à la pression de la sève dans les feuilles.
Je ne sais pas comment se comportent les feuilles des grands arbres en cas de sécheresse, avant que les feuilles sèchent. Dans les petits arbres et dans les arbustes, en cas de manque d'eau les feuilles flétrissent, et pendent ramollies. Mais si l'eau arrive à temps, elles se "regonflent". Ceci montre que la pression de la sève dans les feuilles est positive et non négative. Je répète que je ne sais pas ce que font les feuilles en haut de grands feuillus.
Mais si la pression de la sève est négative, la rigidité de la feuille est strictement structurale, et sacrement solide.

Le potentiel osmotique du sol (qui vaut "moins" la pression osmotique) est environ de -0,002MPa.
Celui dans le xylème est environ de -0,1MPa.

Avec ces valeurs, la pression osmotique peut pousser l'eau dans un conduit ouvert jusqu'à 10 m de hauteur.

Lors de la poussée racinaire (qui correspond en fait à une sécrétion active d'ions - et non dans saccharose pardon - dans la sève brute), ce potentiel osmotique est encore plus négatif (je n'ai pas de valeur chiffrée, désolé).

Pression osmotique avec des ions?
Curieux. Car les forces électriques sont rapidement très importantes. Quand les ions se forment, on trouve les deux morceaux chargées de la molécule, et les deux ont la même concentration du même côté au départ. La paroi cellulaire peut avoir un coefficient de diffusion différent pour les deux parties, ce qui crée une différence de concentration des ions et de charge électrique de chaque côté de la membrane. Mais cette différence de concentration de charge crée un champ électrique jusqu'à ce que les forces électriques équilibrent les forces de diffusion. Arrivés à cet stade, le potentiel (électrique + osmotique) est le même de chaque côté de la membrane. C'est la même situation que l'on trouve en physique dans les jonctions de semi-conducteurs.
Donc, les ions ne contribuent pas à la pression osmotique, à moins qu'il y ait des "pompes à ions" dans la paroi cellulaire, comme cela arrive dans la paroi des neurones. Il n'est pas impossible que ces "pompes à ions" existent aussi dans les parois cellulaires des plantes (je ne me souviens pas d'en avoir entendu parler). Dans ce cas se sont ces "pompes" qui seraient la cause principale de la pression de la sève, de sa montée et de sa circulation. Le seul "hic" de cette hypothèse est que ces pompes consomment de l'énergie, et beaucoup. On connaît le mécanisme dans le cerveau.

La composante hydrostatique est liée à la paroi des cellules végétales, qui sont des structures rigides. Contre ces parois, s'exerce une pression de turgescence, qui est la pression exercée par l'eau sur ces parois.
La composante gravitaire est uniquement liée à l'altitude du point étudié.

Comme je l'ai dit plus haut la pression négative n'a pas une valeur fixe. Elle devient de plus en plus négative à mesure que l'on essaie de casser la colonne. C'est comme la tension dans un élastique que vous étireriez: elle est zéro si vous le laissez tranquille et devient de plus en plus négative à mesure que vous l'étirez. Si vous tirez de trop, la cohésion moléculaire ne suffit pas et l'élastique casse.

Que dis-tu des valeurs chiffrées? Est ce que cela te permet de m'aider un peu à comprendre la DESCENTE de la sève élaborée ?

Comme je vous ai déjà dit, les arguments de pression hydrostatique et de cohésion moléculaire sont identiques aussi bien pour la montée que pour la descente. On ne peut pas les utiliser dans le cas qui nous arrange et les ignorer dans l'autre.
Il ne reste que des pompes à ions, ou des pompes qui font traverser des composées contre le gradient (contre la pression osmotique) (comme cela arrive dans nos reins) au niveau de racines, mais cela consomme de l'énergie.
Ou l'hypothèse de la densité différente entre la sève montante est descendante, qui ferait une espèce de courant de convection dans un siphon maintenu amorcé par les forces de cohésion, malgré les pressions négatives.
Au revoir.

[invite563835f6]

Non. Le circuit est un circuit fermé. S'il était ouvert la sève ne pourrait pas remonter. Il est fermé "en haut" par les parois cellulaires.

Il est ouvert car l'eau qui arrive auxfeuilles est essentiellement évaporée dans l'atmosphère (70%)

Cette depression (ou pression négative) est bien due à la cohésion moléculaire. Mais elle ne fait pas monter la seve. Elle ne la "tracte" pas. Elle empêche simplement la formation de cavités (bullles) qui devraient se former quand la pression devient négative. Cette cohésion permet à des siphons de continuer à fonctionner dans le vide sans se désamorcer.

Nous sommes d'accord. Mais si on raisonne de proche en proche, cela ne permet il pas de faire monter l'eau?

Mais cette situation est identique dans le circuit montant et dans le circuit descendant. Et la valeur de cette dépression est juste ce qu'il faut pour maintenir la colonne jusqu'à haut.

Non je suis désolé ce n'est pas la même situation, les deux circuits n'empreintes pas du tout les mêmes vaisseaux,et d'ailleurs ces vaisseaux sont totalement différents. Si on assimile ces deux circuits à deux colonnes côte à côte, la sève brute montant dans l'une (le xylème), la sève élaborée descendant dans l'autre (le phloème), on aura:
en haut du phloème, charge en solutés, ce qui crée un appel d'eau (qui provient surtout de la colonne adjacente), d'où une pression POSITIVE ELEVéE.
en bas du phloème, décharge des solutés, ce qui crée un départ d'eau (vers le xylème surtout), d'où une pression toujours positive mais moins elevée, ce qui permet bien d'avoir une circulation de la sève élaborée de haut en bas!

Bon, il faut nuancer cette valeur à cause de la pression osmotique.

Je suis d'accord, je n'ai pas les valeurs maintenant, mais je peux vous les transmettre ce soir.

Et revenons un peu à la pression de la sève dans les feuilles.
Je ne sais pas comment se comportent les feuilles des grands arbres en cas de sécheresse, avant que les feuilles sèchent. Dans les petits arbres et dans les arbustes, en cas de manque d'eau les feuilles flétrissent, et pendent ramollies. Mais si l'eau arrive à temps, elles se "regonflent". Ceci montre que la pression de la sève dans les feuilles est positive et non négative. Je répète que je ne sais pas ce que font les feuilles en haut de grands feuillus.

Ce sont deux choses différentes:
Dans les cellules de l'épiderme ou du mésophylle, on a une pression positive (lorsque l'eau est en quantité suffisante), qui permettent d'avoir un port dressé. Ce sont les vacuoles remplies d'eau qui exercent une pression de turgescence sur les parois.
Dans le xylème, qui se termine dans la feuille ("nervures"), on a une pression négative qui est due à l'évaporation de l'eau au niveau des feuilles.
La seule chose que vous montrez par votre observation, c'est que les cellules deshydratées (plasmolysées) ne permettent pas de maintenir le port dressé du végétal (leur paroi n'est pas suffisante).

Mais si la pression de la sève est négative, la rigidité de la feuille est strictement structurale, et sacrement solide.

En effet, comme je vous l'ai dit, la pression est négative dans le xylème. En théorie, il y a un risque d'écrasement par les tissus environnant, mais il se trouve que le xylème est une cellule morte, entourée d'une paroi très rigide, très épaisse, faite de lignine: elle est "sacrement solide".

Avec ces valeurs, la pression osmotique peut pousser l'eau dans un conduit ouvert jusqu'à 10 m de hauteur.

Conclusion?

Pression osmotique avec des ions?

Les ions dont je parle sont K+ et H+ essentiellement. Ce ne sont pas des ions organiques.

Curieux. Car les forces électriques sont rapidement très importantes. Quand les ions se forment, on trouve les deux morceaux chargées de la molécule, et les deux ont la même concentration du même côté au départ. La paroi cellulaire peut avoir un coefficient de diffusion différent pour les deux parties, ce qui crée une différence de concentration des ions et de charge électrique de chaque côté de la membrane. Mais cette différence de concentration de charge crée un champ électrique jusqu'à ce que les forces électriques équilibrent les forces de diffusion. Arrivés à cet stade, le potentiel (électrique + osmotique) est le même de chaque côté de la membrane. C'est la même situation que l'on trouve en physique dans les jonctions de semi-conducteurs.
Donc, les ions ne contribuent pas à la pression osmotique, à moins qu'il y ait des "pompes à ions" dans la paroi cellulaire, comme cela arrive dans la paroi des neurones. Il n'est pas impossible que ces "pompes à ions" existent aussi dans les parois cellulaires des plantes (je ne me souviens pas d'en avoir entendu parler). Dans ce cas se sont ces "pompes" qui seraient la cause principale de la pression de la sève, de sa montée et de sa circulation.

Eh bien vous avez vu juste. Il s'agit comme je l'ai dit, d'une secretion active d'ions: ce qui signifie que cette secretion est opérée par des pompes membranaires (en particulier une pompe à protons ATP-asique, qui les expulsent du côté extracellulaire).
Les gradients électriques ne sont pas équilibrés (la membrane est imperméable aux ions, ces derniers ne passent passivement - pour équilibrer les charges - qu'au niveau de pores - mais la secretion active est permanente), il y a d'ailleurs une différence de potentiel membranaire en permanence dans les cellules végétales de l'ordre de -110mV à -200mV (charge + à l'extérieur).
La paroi des cellules végétales ne contient en aucun cas des pompes (ni d'ailleurs la "paroi" des neurones - qui n'ont pas de paroi, mais une membrane plasmique)

Le seul "hic" de cette hypothèse est que ces pompes consomment de l'énergie, et beaucoup. On connaît le mécanisme dans le cerveau.

Oui en effet, cela est très coûteux en énergie: un ATP par H+ explusé. Un ordre d'idée rapide, pour une cellule végétale quelconque, 1 glucose métabolisé (oxydation complète/avec respiration) = 36ATP environ.
Pour ce qui est du cerveau, ce n'est vraiment pas le seul à utiliser des pompes à ions pour fonctionner: chacune de vos cellules les utilisent, ne serait-ce que pour éviter leur éclatement!! (pompe ATP-asique Na/K)

Comme je l'ai dit plus haut la pression négative n'a pas une valeur fixe.

J'en suis conscient, mais on peut considérer une sorte de régime permanent unidimensionnel, où la pression homogène sur une section de la colonne, non?

Elle devient de plus en plus négative à mesure que l'on essaie de casser la colonne.

Oui, c'est le moteur des échanges non? Très négative en bas, moins négative en haut => l'eau descend.

C'est comme la tension dans un élastique que vous étireriez: elle est zéro si vous le laissez tranquille et devient de plus en plus négative à mesure que vous l'étirez. Si vous tirez de trop, la cohésion moléculaire ne suffit pas et l'élastique casse.

Oui d'où les risques d'embolie (apparition d'une bulle d'air).




On tourne en rond..

[invite6dffde4c]

Re;

Il est ouvert car l'eau qui arrive auxfeuilles est essentiellement évaporée dans l'atmosphère (70%)

Non. Du point de vue biologique oui, il est ouvert car l'eau rentre bien par les racines et s'évapore dans les feuilles. Mais du point de vue hydraulique c'est un circuit fermé, même s'il a des fuites (dans les deux sens). Vous ne pouvez pas appliquer des considérations biologiques à l'analyse hydraulique ni vice-versa. C'est pour ça que les explications de botanistes ne tiennent pas debout.

Nous sommes d'accord. Mais si on raisonne de proche en proche, cela ne permet il pas de faire monter l'eau?

Non. Cela ne "pompe" pas l'eau. Elle l'empêche de tombe. C'est comme la corde du pendu: elle ne le fait pas monter.

Non je suis désolé ce n'est pas la même situation, les deux circuits n'empreintes pas du tout les mêmes vaisseaux,et d'ailleurs ces vaisseaux sont totalement différents. Si on assimile ces deux circuits à deux colonnes côte à côte, la sève brute montant dans l'une (le xylème), la sève élaborée descendant dans l'autre (le phloème), on aura:
en haut du phloème, charge en solutés, ce qui crée un appel d'eau (qui provient surtout de la colonne adjacente), d'où une pression POSITIVE ELEVéE.
en bas du phloème, décharge des solutés, ce qui crée un départ d'eau (vers le xylème surtout), d'où une pression toujours positive mais moins elevée, ce qui permet bien d'avoir une circulation de la sève élaborée de haut en bas!

En haut, la sève qui monte est "élaborée". De ce fait il y a une pression osmotique du xylème vers le phloème (en admettant que la sève est élaborée en haut du phloème et pas du tout en haut du xylème).
Ça me convient. Ça assure la circulation entre les deux en haut de l'arbre.
Mais ça ne crée PAS DU TOUT une pression POSITIVE ÉLEVÉE. Ça ne change en rien les pressions hydrostatiques de chaque côté.

Vous mélangez la pression osmotique et la pression hydrostatique. Si vous prenez deux colonnes de même hauteur séparées par une membrane osmotique. La pression hydrostatique sera la même des deux côtes (sauf pour la différence de densité). Ce n'est qu'une fois que le solvant sera passé par osmose du côté concentré que la pression hydrostatique va augmenter du côte concentré, précisément pour s'opposer au courant osmotique.

Ce sont deux choses différentes:
Dans les cellules de l'épiderme ou du mésophylle, on a une pression positive (lorsque l'eau est en quantité suffisante), qui permettent d'avoir un port dressé. Ce sont les vacuoles remplies d'eau qui exercent une pression de turgescence sur les parois.
Dans le xylème, qui se termine dans la feuille ("nervures"), on a une pression négative qui est due à l'évaporation de l'eau au niveau des feuilles.
La seule chose que vous montrez par votre observation, c'est que les cellules deshydratées (plasmolysées) ne permettent pas de maintenir le port dressé du végétal (leur paroi n'est pas suffisante).

J'ai un problème avec les vacuoles avec pression positive et le xylème avec pression négative:
Qui pompe l'eau du xylème vers les vacuoles?
Ç'est un processus qui doit consommer beaucoup d'énergie, car il est contre le gradient osmotique et contre la pression hydrostatique.

En effet, comme je vous l'ai dit, la pression est négative dans le xylème. En théorie, il y a un risque d'écrasement par les tissus environnant, mais il se trouve que le xylème est une cellule morte, entourée d'une paroi très rigide, très épaisse, faite de lignine: elle est "sacrement solide".

Je n'ai pas compris. Si c'est le xylème qui est sacrement solide, pourquoi une feuille flétrit? Qui donne la solidité à la feuille? les vacuoles replies ou le xylème?

Conclusion?

Que la pression osmotique peut expliquer partiellement les choses mais pas totalement, surtout dans les grand arbres.

Les ions dont je parle sont K+ et H+ essentiellement. Ce ne sont pas des ions organiques.

Primo, ils doivent avoir un ion négatif qui les accompagne. Cl-, peut-être. Mais pour ce qui est de la pression osmotique, que ce soient des ions ou des molécules organiques ou non, c'est la même chose.

Eh bien vous avez vu juste. Il s'agit comme je l'ai dit, d'une secretion active d'ions: ce qui signifie que cette secretion est opérée par des pompes membranaires (en particulier une pompe à protons ATP-asique, qui les expulsent du côté extracellulaire).
Les gradients électriques ne sont pas équilibrés (la membrane est imperméable aux ions, ces derniers ne passent passivement - pour équilibrer les charges - qu'au niveau de pores - mais la secretion active est permanente), il y a d'ailleurs une différence de potentiel membranaire en permanence dans les cellules végétales de l'ordre de -110mV à -200mV (charge + à l'extérieur).
La paroi des cellules végétales ne contient en aucun cas des pompes (ni d'ailleurs la "paroi" des neurones - qui n'ont pas de paroi, mais une membrane plasmique)

Je ne comprends pas si vous êtes en train de décrire le comportement des cellules nerveuses ou des cellules de plantes.

Oui en effet, cela est très coûteux en énergie: un ATP par H+ explusé. Un ordre d'idée rapide, pour une cellule végétale quelconque, 1 glucose métabolisé (oxydation complète/avec respiration) = 36ATP environ.
Pour ce qui est du cerveau, ce n'est vraiment pas le seul à utiliser des pompes à ions pour fonctionner: chacune de vos cellules les utilisent, ne serait-ce que pour éviter leur éclatement!! (pompe ATP-asique Na/K)

Ça je ne le savais pas. Je pensais que l'on baignait dans un monde isotonique, ou presque.

J'en suis conscient, mais on peut considérer une sorte de régime permanent unidimensionnel, où la pression homogène sur une section de la colonne, non?

Sur une section horizontale, bien sûr. sur une section verticale, non. La pression varie grosso modo comme rhô.g.h.

Oui, c'est le moteur des échanges non? Très négative en bas, moins négative en haut => l'eau descend.

Non. C'est à l'inverse. La pression hydrostatique est plus négative en haut (grosso modo de rhô.g.h)

On tourne en rond..

Oui.
A+

[invite71f23525]

Bonjour,

Avant tout, je précise que je n'ai pas tout lu, mais j'ai tout de même les idées directrices en tête.

On est en présence d'un débat entre un physicien et un physiologiste végétal... Il n'y a pas que les forces capillaires qui entrent en jeu mais aussi le processus naturel d'évaporation, qu'on appelle le continuum sol-atmosphère. Ce sur quoi insistait vraiment les profs de physiologie végétale pour nous faire comprendre ce processus est que les végétaux ont en quelque sorte dévié à leur profit un phénomène physique continu et stable dans le temps. La déviation étant le végétal lui-même. Pour rationnaliser ce phénomène par rapport aux besoins d'un végétal, il faudrait connaitre la quantité d'eau évaporé pour une surface donné en un temps défini pour une humidité du sol et de l'air moyenne pour une région tempérée, et la quantité d'eau nécessaire pour la survie du végétal pour ces mêmes conditions. Je ne sais pas si de telles données sont disponibles, ni vraiment où les trouver.

Ajouté à cela la capillarité, qui est fortement accrue (d'après moi) du fait qu'une tige végétale est formée de fibres très très rapprochée. On sait que plus un conduit est étroit, plus la montée d'un fluide par capillarité est élevée. La tige végétale peut ainsi être vue comme un conduit composé de milliers de micro-capillaires.

En plus de cela, il faut ajouter l'aspiration foliaire provoquée par l'ouverture des stomates. Ce dernier processus est loin d'être négligeable puisque ces stomates sont situés sous la feuille de manière à diminuer le déssechement de la plante lorsqu'elle les ouvre. Cela montre que la perte d'eau est forte à ce niveau et donc qu'une partie importante de la circulation de l'eau dans les tiges est bien dûe à l'aspiration foliaire par ouverture des stomates.

Enfin la cohésion de l'eau est fortement importante pour la circulation de la sève brute. Les ruptures du flux d'eau (bulles d'air) au sein de la tige ne sont pas permises : quand une plante gèle, la solidification de l'eau au sein de la tige provoque des ruptures du flux d'eau et lorsque l'eau se liquéfie à nouveau, les ruptures restent, il n'y a plus de cohésion, plus de circulation de la sève brute, mort de la plante. Donc les forces mises en jeu pour la circulation de la sève brute sont très faibles et repose sur des phénomènes spontanés, les végétaux n'ont pas mis en place de pompe comme les animaux, pour établir une circulation.

Si vous n'êtes pas satisfait de ces quatre éléments (continuum sol-atmosphère, capillarité, aspiration foliaire et cohésion de l'eau) pour expliquer la montée de la sève brute, je suis preneur d'un facteur supplémentaire permettant une explication plus pertinente.

Greg

[invite6dffde4c]

Bonjour LXR.
Merci de vous intéresser à la discussion.
Mais le sujet n'est pas de ce qui permet que la sève remplisse le xylème et le phloème, même sur des grands arbres, mais de ce qui fait circuler la sève vers le haut dans le premier et vers le bas dans le second.
Au revoir.

[invite786a6ab6]

Je vais sans doute dire une énormité, mais la poussée d'Archimède n'interviendrait-elle pas dans cette circulation, la sève descendante étant plus dense que la sève montante suite à une déperdition d'eau dans les feuilles ? Malgré que les flux montant et descendant soient séparés, ils ne doivent pas l'être totalement et la sève montante "flotterait" dans la sève descendante. Les racines faisant l'inverse de ce qui est fait dans les feuilles : enrichissement de la sève en eau.
La nature est riche en imagination et je ne serait pas étonné que certaines plantes aient un "coeur réparti" sous forme de cellules cillées qui feraient circuler la sève.

[invite6dffde4c]

Bonjour Predigny.
Bien que je ne l'aie pas appelée "poussée d'Archimède", c'est au peu près la même idée que j'ai suggéré dans le post #2.
Je pense que la sève "élaborée" est plus dense que la sève montante, et que l'ensemble forme un siphon qui fonctionne bêtement par gravité.
Mais cette idée, n'a pas l'air de plaire aux biologistes.
Au revoir.

[invité576543]

N'est-ce pas la même idée expliquée par un certain Fletcher, dont on trouve à divers endroits des références et des vidéos? Par exemple

http://www.youtube.com/watch?gl=FR&v=sz9eddGw8vg

ou là, dont je n'arrive pas à jouer la vidéo, mais qui contient une explication un peu plus détaillée, mais en anglais. (Et qui semble en ligne avec l'explication donnée par LPFR.)

Par ailleurs, il est souvent mentionné une notion de cohésion, qui fait que dans un tube fin, une cohésion de l'eau résisterait à une tension (pression négative) de 140 kg/cm² (soit 14 atmosphères, suffisant pour rendre compte des plus grands arbres).

Cordialement,

[invité576543]

Mais cette idée, n'a pas l'air de plaire aux biologistes.

Intéressant.

Des sources sur ce déplaisir des biologistes? Qui donneraient des arguments contre cette explication?

Cordialement,

[invite6dffde4c]

Bonjour Michel.
C'est une exagération de ma part. Je ne sais pas si tous les biologistes ne sont pas d'accord. Mais le souvenir de l'article de Pour la Science dont parlait Predigny et l'opinion de Lazyboy me semblent être sur la même longueur d'onde et, en mon opinion, les explications sont inconsistantes.

J'aimerais lire une explication "officielle", qui tienne debout.

Dommage pour le deux vidéos. Mais elles sont infectes. On n'entend que les mouettes et pas les explications. On ne comprend pas les détails de la manip.
Je me demande aussi, quelle eau ils ont utilisé pour l'expérience. Car si l'eau a du gaz dissout, les bulles se forment très facilement.
Cordialement,

[invité576543]

Je me demande aussi, quelle eau ils ont utilisé pour l'expérience. Car si l'eau a du gaz dissout, les bulles se forment très facilement.

Dans le deuxième lien l'explication en anglais tient compte de ce point : "filled with pre-boiled water".

(Le seul intérêt de ces liens, du moins pour moi, ce sont ces explications écrites; les vidéos sont strictement incompréhensibles, mais ça fait plus concret pour certains )

Cordialement,

[invité576543]

, en mon opinion, les explications sont inconsistantes.

Je suis assez d'accord.

Combinée avec cette notion de "cohésion" de l'eau (sans gaz mais avec soluté) lui permettant de résister à 14 bar de tension, l'explication par la gravité et le changement de densité causé par l'évaporation semble très convaincante.

Cordialement,

[invite71f23525]

La cohésion de l'eau et l'évaporation, j'en ai parlé...

J'ai énoncé la quasi-totalité ("quasi" car je n'exclue pas que quelques paramètres ait pu m'échapper) de ce qui permet la montée de la sève brute dans un végétal. J'ajoute que plus un végétal est grand, plus il a de feuilles, ce qui augmente la surface d'évaporation . Les feuilles sont fines et larges, ce qui favorise d'autant plus l'évaporation (ce n'est pas un hasard : les feuilles des végétaux des régions très chaudes étant épineuses et/ou épaisse pour limiter l'évaporation). Donc la possibilité qu'a un grand arbre d'amener l'eau des racines jusqu'à la dernière feuille située à 30 mètres de haut provient certainement de l'importante surface d'évaporation qu'il constitue. Et c'est le continuum sol-atmosphère qui donne l'orientation du flux d'eau évaporée vers le haut.

Greg

[invite71f23525]

J'oubliais une précision. Chez les grands résineux, la faible surface d'évaporation présentée par leurs feuilles est certainement compensée par un nombre de feuilles beaucoup plus grand que chez les feuillus.

Greg

[invite6dffde4c]

La cohésion de l'eau et l'évaporation, j'en ai parlé...

J'ai énoncé la quasi-totalité ("quasi" car je n'exclue pas que quelques paramètres ait pu m'échapper) de ce qui permet la montée de la sève brute dans un végétal. J'ajoute que plus un végétal est grand, plus il a de feuilles, ce qui augmente la surface d'évaporation . Les feuilles sont fines et larges, ce qui favorise d'autant plus l'évaporation (ce n'est pas un hasard : les feuilles des végétaux des régions très chaudes étant épineuses et/ou épaisse pour limiter l'évaporation). Donc la possibilité qu'a un grand arbre d'amener l'eau des racines jusqu'à la dernière feuille située à 30 mètres de haut provient certainement de l'importante surface d'évaporation qu'il constitue. Et c'est le continuum sol-atmosphère qui donne l'orientation du flux d'eau évaporée vers le haut.

Greg

Bonjour LXR.
Nous sommes tous d'accord que la cohésion de l'eau et l'évaporation font que l'eau monte.
Mais s'il n'y avait que ça, elle monterait aussi bien dans le phloème que dans le xylème. Or, ce n'est pas le cas. Vous ne pouvez pas utiliser une explication dans le xylème et "oublier" qu'elle doit s'appliquer aussi au phloème.
C'est en ça que je trouve les explications inconsistantes.
Au revoir.

[invite786a6ab6]

... Vous ne pouvez pas utiliser une explication dans le xylème et "oublier" qu'elle doit s'appliquer aussi au phloème.
C'est en ça que je trouve les explications inconsistantes....

Bonjour,
Il semble que la structures des "vaisseaux" dans le xylème soit très différente de celle dans le phloème. En plus la "circulation" de la sève dans l'arbre n'est pas une circulation à proprement parler, en tout cas pas un circuit fermé, même s'il y a des "by-pass" entre sève brute (montante) et sève élaborée.
Cet article dit pas mal de choses intéressantes :
http://www.exobiologie.info/articles/page7/page7.html

[invité576543]

Bonjour,
Il semble que la structures des "vaisseaux" dans le xylème soit très différente de celle dans le phloème. En plus la "circulation" de la sève dans l'arbre n'est pas une circulation à proprement parler

, en tout cas pas un circuit fermé,

Personne n'a parlé de circuit fermé : l'évaporation c'est tout sauf un circuit fermé.

même s'il y a des "by-pass" entre sève brute (montante) et sève élaborée.

Sinon, on pourrait se poser la question d'où vient l'eau, non?

Cordialement,

[invité576543]

Cet article dit pas mal de choses intéressantes :
http://www.exobiologie.info/articles/page7/page7.html

Et d'autres moins, exemple

l’énergie nécessaire pour cette opération ne représente que 2 W!

Comme souvent, faut savoir faire la distinction entre intéressant et non intéressant! Facile quand on sait déjà. Mais comment alors apprendre avec de tels textes?

Cordialement,

[invite6dffde4c]

Bonjour Predigny.
J'ai lu le papier dans votre lien et j'ai choisi ces deux paragraphes:

"• le faible diamètre des vaisseaux génère des forces de capillarité qui ont pour effet de donner à la sève une pression inférieure à la pression atmosphérique: la sève brute communiquant indirectement avec l’atmosphère par les stomates des feuilles, elle est donc aspirée vers l’atmosphère et commence son ascension."

"Une autre conséquence de ces forces de capillarité est de permettre d’expliciter la continuité de l’apport circulatoire chez les arbres à feuilles caduques, chez lesquels la transpiration foliaire est discontinue dans le temps."


Je pense que cela ne mérite même pas des commentaires.
Cordialement,

[invite6dffde4c]

Bonjour Michel.
En fait, si on fait le calcul ce ne sont pas 2 W mais 1,15 W.
Mais après, il compare cette puissance à celle du cœur, en donnant au lieu des 100 kg par jour des arbres à 5 litres/minute, pour conclure (stupidement) que les plantes sont plus efficaces énergétiquement, alors qu'avec ses chiffres le cœur est 72 fois plus efficace.

Je crois que la conclusion est que les biologistes ont bien fait de choisir la biologie car ils ne semblent pas très doués pour la physique.
Cordialement.

[invite71f23525]

Je crois que la conclusion est que les biologistes ont bien fait de choisir la biologie car ils ne semblent pas très doués pour la physique.
Cordialement.

Corporatiste? Discrimination? Rien de bon dans cette remarque en tout cas qui n'est absolument pas constructive.

Bref, cela ne sert à rien de s'y attarder. Le phloème et le xylème sont deux compartiments très proches si mes souvenirs sont bons. Il est clairement accepté que la diffusion explique le mouvement de solutés au sein du phloème. Je viens d'apprendre que la sève élaborée peut se déplacer vers le bas aussi bien que vers le haut, mais ce déplacement est de l'ordre de quelques millimètres par heure à la différence de la sève brute qui est de quelques centimètres par heure : référence. La référence n'est pas un article scientifique mais elle me semble correcte. Pour une référence scientifique, celle qui semblerait résumer les mécanismes de transport de sève est la publication citée dans cet abstract, la revue Annual Review of fluid mechanics. Je n'ai accès qu'aux publications biomédicales (inserm), peut-être pouvez-vous vous procurer cette publication où vous trouverez certainement votre bonheur ici.

Greg

[invité576543]

Corporatiste? Discrimination?

Faut pas prendre la mouche. Faut répondre que les physiciens ont bien fait de choisir la physique car ils ne semblent pas très doués pour la biologie

Est-ce vraiment un mal que chacun choisisse de travailler dans le domaine où il est doué?

Cordialement,

[invite786a6ab6]

Corporatiste? Discrimination? Rien de bon dans cette remarque en tout cas qui n'est absolument pas constructive.....

Je crois qu'il y avait un peu d'humour dans cette phrase En tout cas les biologistes sont souvent confrontés à des problèmes de physique alors que les physiciens sont rarement confrontés à des problème de biologie (sauf peut-être pour soigner leur mal de tête).