# Rapport Final du projet Recherches-Actions PETONCLE: Projet d'ÉTude d'un nOuvel améNagement à CLErmont

Thierry Améglio, Eric Badel, Guillaume Charrier, Philippe Malagoli, Bruno Moulia, M. Saudreau, Stéphane Herbette

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Thierry Améglio, Eric Badel, Guillaume Charrier, Philippe Malagoli, Bruno Moulia, et al. Rapport Final du projet Recherches-Actions PETONCLE: Projet d'ÉTude d'un nOuvel améNagement à CLErmont. UMR PIAF (INRAE, UCA). 2024, 47 p. hal-04874954

HAL Id: hal-04874954

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Submitted on 8 Jan 2025

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2024

Rapport Final du projet Recherches-Actions PETONCLE :
Projet d'ÉTude d'un nOuvel améNagement à CLErmont

Etude menée avec le soutien de Clermont Auvergne Métropole

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Thierry AMEGLIO,
Éric BADEL,
Guillaume CHARRIER,
Philippe MALAGOLI,
Bruno MOULIA,
Marc SAUDREAU,
Stéphane HERBETTE.
Avant-Propos 4

Introduction et contexte de l'étude : 4

Axe 1 : Suivi micro-dendrométrique en continu sur Tilleuls. 5

Rappels sur la Croissance et le Fonctionnement hydrique de l'arbre 5

Principaux résultats sur l'Axe 1 6

Axe 2 : Les traits physiologiques caractérisant la sécheresse et la survie des espèces. 8

Rappels sur la mesure du point de perte de turgescence (TLP) 9

Rappels sur la mesure de l'embolie gazeuse (PLC) 10

Rappels sur la mesure de la marge de sécurité hydraulique (HSM) 10

Principaux résultats sur l'Axe 2 10

Axe 3 : Les Réflexions des chercheurs pour aider au projet d'aménagement du futur Parc 14

Rappels de biomécanique de l'arbre: Casse au vent des arbres forestiers et en milieu urbain 15

Définitions de base 15

Cas des arbres forestiers en peuplement 15

Casse au vent des arbres urbains 15

Mise en place d'une méthode pour raisonner la mise en sécurité des arbres urbains 15

Définir le risque et la sécurité 16

Analyse météorologique et aérologique 16

Analyse biomécanique de l'arbre au vent : 16

Biomécanique de la rupture : évaluation de la résistance et de la sécurité : 16

Formulation de recommandations 16

Analyse aérologique et biomécanique de l'arbre au vent : 16

Généralités des modes de sollicitations conduisant à la rupture 16

Mécanique de l'écoulement du vent autour du houppier en milieu urbain : 17

Chargement mécanique 17

La biomécanique de rupture conduisant à la casse de la tige (volis) 18

Mise en sécurité naturelle et adaptative par la thigmomorphogénèse 18

Questions de recherche et objectifs du projet PETONCLE 19

Matériels et méthodes du projet PETONCLE 20

Historique des arbres 20

Mesures morphologiques des arbres 20

Tests mécaniques 20

Dispositif 20

Gestion des accès et de la sécurité/coordination avec le chantier 21

Analyse mécanique (modélisation de l'essai) 21

Calculs des charges au vent 22

Estimation des vents à venir sur site une fois le bâtiment déconstruit 22

Étude méthodologique préliminaire pour l'estimation de la prise au vent et des moments fléchissants 22

Estimation des contraintes et des déformations de flexion 23

Résultats : Caractérisation météorologique et aérologique du site d'étude 24

Résultats de l'étude de la morphologie des arbres 25

Morphologie des arbres 25

Indice d'acclimatation thigmomorphogénétique : 26
<table><tr><td>Résultats sur la Rigidité de flexion et module d'élasticité</td><td>27</td></tr><tr><td>Résultats sur le Moment fléchissant induit par le vent</td><td>28</td></tr><tr><td>Coefficients de sécurité estimés et vitesse de vent critique</td><td>29</td></tr><tr><td>Discussion sur les Résultats de la Bio-Mécanique :</td><td>32</td></tr><tr><td>Principales conclusions et Perspectives</td><td>34</td></tr><tr><td>Suivi de l'état physiologique par micro-dendrométrie</td><td>34</td></tr><tr><td>Stratégies de résistance à la sécheresse</td><td>34</td></tr><tr><td>Résistance à l'embolie estivale</td><td>35</td></tr><tr><td>Classement des espèces en fonction de leur intérêt pour le projet</td><td>35</td></tr><tr><td>Conclusions sur l'Hydraulique et la Bio-mécanique</td><td>36</td></tr><tr><td>Perspectives Hydraulique et Bio-Mécanique</td><td>37</td></tr><tr><td>Références bibliographiques :</td><td>38</td></tr><tr><td>ANNEXES : Pétoncle, la presse en parle</td><td>43</td></tr></table>
## Avant-Propos

Ce rapport final est une synthèse des recherches menées par les chercheurs de l'INRAE et de l'Université Clermont Auvergne au sein de l'UMR PIAF sur le projet Pétoncle avec le soutien de Clermont Métropole. Les résultats détaillés de ces recherches peuvent être retrouvés dans le cadre des rapports de stage de Pierre Parpay-Vaucelles, d'Eduardo Sylva et de Jean-Loup Petitpied. Les principaux résultats de cette étude ont également été présentés oralement par Thierry Améglio dans le cadre de l'Université Ouverte Clermont Auvergne (UOCA) le 10 octobre 2023 et, de l'Association des Naturalistes d'Auvergne (ADNA) le 14 mars 2024.

## Introduction et contexte de l'étude :

Les arbres urbains sont essentiels au bien-être, à la qualité de vie et à la santé des citadins. Ils contribuent à la régulation des températures (Ilot de Chaleur Urbain), à la captation des eaux de ruissellement, à la filtration de l'air et la réduction du bruit, à la fixation du carbone, à l'amélioration de la santé physique et mentale ou encore au maintien de la biodiversité. Pourtant, la plantation d'arbres en milieu urbain mal planifiée ou la mauvaise gestion et entretien des arbres déjà plantés peuvent occasionner des préjudices et des coûts et fortement limiter les services attendus.

Dans le contexte des changements globaux, les arbres urbains font face à de nombreux facteurs de stress qui vont augmenter leurs risques de dépérissement. Face à cette incertitude croissante, il faut revoir les façons de gérer et choisir les plantations d'arbres en ville et s'appuyer davantage sur des outils et des approches de pointe basées sur la science.

C'est le but principal de ce projet de Recherche-Action qui a proposé d'utiliser l'aménagement d'un quartier prioritaire de la Métropole Clermontoise (St-Jacques Nord), comme une Zone Atelier des études des deux partenaires Recherche (Porteur du projet : INRAE (PIAF) et partenaire P2 : UCA (PIAF)) dans le cadre d'un Nouveau Programme National de Renouvellement Urbain piloté par Clermont Auvergne Métropole, notre partenaire acteur. Nous nous sommes également appuyés sur le Cabinet D&A (autre partenaire) a qui la conception du projet Saint-Jacques Nord a été confiée par son aménageur SPL (autre partenaire).

Ce Laboratoire hors mur a combiné nos approches en foresterie urbaine, écophysiologie, écologie fonctionnelle, biomécanique des arbres et bioclimatologie en interaction avec la présence (puis absence) d'un bâtiment emblématique de la zone étudiée (« La muraille de Chine ») sur la croissance et le développement des arbres de cette zone déjà plantées et à planter. Cette étude préliminaire limitée au 18 mois du Projet Recherche-Action a été structurée en trois axes dont nous présenterons les principaux résultats dans ce rapport avant de les discuter.
# Axe 1 : Suivi micro-dendrométrique en continu sur Tilleuls.

Il ressort des études préliminaires commandées par la Métropole Clermont Auvergne auprès de l'ONF Végetis (Arbre Conseil ® - 2020) et de la société Arborea (2022) que **les arbres en place** sur le site d'étude ont été diagnostiqués **globalement satisfaisants**, tant sur le plan physiologique que mécanique. En accord avec l'architecte, il nous a semblé **essentiel de favoriser** autant que possible le **maintien d'arbres adultes sains** pour permettre à ces derniers de pleinement contribuer aux services écosystémique de lutte contre les ilots de chaleur urbains. Afin de suivre leurs états physiologiques nous avons suivi les Tilleuls (espèce la plus représentée sur le site d'étude : 40%) par micro-dendrométrique en continu sur quasiment deux saisons de végétation (fin de printemps-été-automne 2022¹ et année 2023) du fonctionnement physiologique et des contraintes qui s'exercent sur une cette espèce. Ces mesures devaient correspondre au T=0, avant destruction de la « muraille de Chine » pour les deux situations très contrastées : alignement au nord du bâtiment, en partie ombré par la « Muraille » et dont l'état physiologique montre une bonne vigueur versus alignement de la même essence au sud du bâtiment, avec des signes plus tangibles de contraintes hydriques au lancement de l'étude (mortalité de certaines branches dans le houppier).

## Rappels sur la Croissance et le Fonctionnement hydrique de l'arbre

Pour assurer son activité de photosynthèse, une plante absorbe l'eau par les racines et la transpire par les feuilles. Le jour, sous l'influence de l'énergie solaire, lorsque l'absorption d'eau ne compense pas totalement la transpiration, la plante puise dans ses réserves et le diamètre de ses organes diminue. Cette diminution est la conséquence de la contribution des réserves en eau des cellules à cette transpiration. La nuit, en l'absence de transpiration, la réhydratation de la plante permet une récupération du diamètre initial des organes, accompagnée d'une augmentation de celui-ci, lorsque les conditions climatiques sont favorables à la photosynthèse et à la croissance secondaire.

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

Figure 1 – Schéma d'après Steppe *et al.* (2012) du flux d'eau radial entre les cellules de l'écorce et les vaisseaux du xylème expliquant les variations de diamètre mesurées à la l'aide d'un micro-dendromètre. Contribution des réservoirs hydriques de l'écorce au flux de transpiration.

<footnote n="1">¹ Malgré nos recommandations, l'installation des dendromètres n'a pu se faire que début juin 2022, après la signature du contrat, alors que la croissance secondaire active avait déjà démarré depuis au moins 1 mois.</footnote>
De ces "pulsations"<fnref n="2" />, on peut lire la croissance journalière de l'arbre et ses besoins en eau (cf. graphe ci-dessous). Si ces "pulsations" s'accentuent sans croissance, on en déduit que l'arbre subit une contrainte hydrique.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 2 – Variations de diamètre mesurées à l'aide d'un micro-dendromètre pour un arbre irrigué en containeur (courbe bleue) et un arbre dont on stoppe l'irrigation (courbe rouge), d'après Améglio (1991) et photo du capteur sur une branche.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

Le micro-dendromètre PépiPIAF et sa version connectée e-PépiPIAF sont donc des systèmes autonomes qui mesurent, mémorisent et transmettent à distance les micro-variations de diamètre d'organe (sensibilité inférieure au micron) d'une plante ou d'un arbre et la température de l'air au point de mesure, sans perturber son fonctionnement. Le boîtier électronique peut également être équipé de capteurs complémentaires: rayonnement, watermark®, hygro/thermomètre, vitesse du vent et direction, thermocouple externe, .... On peut ainsi diagnostiquer la réaction des plantes soumises à divers traitements et expertiser les contraintes de développement et environnementales.

## Principaux résultats sur l'Axe 1

Il est à remarquer que ce T=0 avant la destruction de « la Muraille » n'a pas été totalement ce que nous souhaitions ; En effet outre le fait d'avoir démarré un peu tardivement par rapport à ce que nous espérions, la destruction de la muraille à l'inverse à débuté plus précocement que nous l'espérions. Nous avons néanmoins suivi en continu depuis juin 2022 à l'aide d' e-PépiPIAF, le microclimat, la croissance et les contraintes physiologiques des Tilleuls qui doivent subsister aux travaux. Ces Tilleuls **restent actuellement encore suivis** (hors contrat) pour analyser le comportement des arbres un an après la destruction de la « muraille » et dans leurs nouvelles conditions climatiques.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Photos aérienne de la « muraille de chine avec les numéros des e-PépiPIAF au Nord et Sud de la « Muraille ». Installation avec une Nacelle d'un PépiPIAF au nord de la « Muraille ».</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

<footnote n="2">² Catherine Lenne -2021. Dans la peau d'un Arbre. Ed. Belin</footnote>
Le graphique ci-dessous illustre les contraintes hydriques sévères de l'été 2022. On observe **aucune croissance secondaire** durant toute la période de mesure. Comme nous l'avons déjà dit, bien que les capteurs aient été mis en place avant le démarrage officiel du contrat, la pose reste tardive pour capter toute la croissance secondaire annuelle. Néanmoins aussi bien pour les Tilleuls au sud, pleinement exposés au vent dominant et à la lumière, que pour les Tilleuls au nord, qu'on aurait pu croire mieux protégés, grâce à l'ombre de « la Muraille », le climat de l'année 2022 a stoppé tout croissance avec même des périodes de diminution du diamètre entre deux pluies d'orage pour les deux lots d'arbres. Les amplitudes journalières des variations de diamètre des tilleuls au sud (tracé rouge) sont plus fortes que celles des Tilleuls au nord (tracé bleu), ce qui traduit une demande évaporative plus forte sur la place au sud, par rapport aux arbres au nord, à l'ombre de la muraille, mais cette moindre demande climatique ne permet pas une meilleure croissance pour ces arbres, qui au final manquent de ressource en eau.

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 3 – Variations de diamètre mesurées sur les Tilleuls au Nord et Sud de la Muraille de chine durant l'année 2022 (moyenne : n=5).</figcaption></figure>

L'année 2023 (non présentée ici), confirme cette forte contrainte pour la croissance des Tilleuls. On note néanmoins en 2023 une faible croissance des Tilleuls des deux zones (environ 1 mm pour l'année), croissance qui reste faible et montre la difficulté de ces arbres à trouver l'eau dans le sol nécessaire à leur transpiration et photosynthèse. A l'opposé, ce printemps pluvieux 2024 semble par contre plus adapté à l'espèce et la croissance depuis le débourrement dépasse le millimètre en 2024 (cf. ci-dessous la copie d'écran sous Grafana de la courbe d'évolution du diamètre du Tilleul #1 au nord sur St Jacques durant les 90 derniers jours).

<figure><img src="image_11.png" /></figure>
# Axe 2 : Les traits physiologiques caractérisant la sécheresse et la survie des espèces.

Pour produire et objectiver les listes de préconisation d'espèces en ville qui sont actuellement proposées, nous nous sommes basés sur **des mesures et méthodes de laboratoire** développées dans l'UMR PIAF et qui sont largement éprouvées dans nos recherches sur les essences forestières ou fruitières mais peu utilisées jusqu'ici sur des essences que l'on retrouve en Ville.

L'objectif principal de cette partie était d'évaluer la tolérance à la sécheresse de diverses espèces d'arbres que l'on retrouve actuellement dans le périmètre du projet, mais aussi pour quelques essences d'avenir, peu ou pas utilisées actuellement par la métropole. Notre travail a donc consisté à appliquer nos méthodes de Laboratoires pour quelques essences connues pour leur tolérance à la sécheresse et de recommander des espèces appropriées pour la plantation sur le site de Saint-Jacques

Trois traits physiologiques ont été choisis pour évaluer la tolérance à la sécheresse sur les espèces d'arbres urbains :

- a) le point de perte de turgescence des feuilles (TLP - capacité d'une plante à maintenir la pression de turgescence des cellules pendant la déshydratation) (Zhu et al., 2018),

- b) la vulnérabilité à l'embolie (mesurée comme P₅₀ - le potentiel hydrique auquel 50% des vaisseaux du xylème sont embolisés),

- c) la marge de sécurité hydraulique (HSM - le risque hydraulique de l'arbre pendant les conditions de sécheresse).

<table><thead><tr><th>Espèces sélectionnées</th><th>Localisation de l'échantillon (GPS)</th><th>Pertinence</th><th>n</th></tr></thead><tbody><tr><td>Acer monspessulanum</td><td>Avenue Wilson, Ceyrat, France</td><td>Prolifère naturellement dans le bassin méditerranéen ; ornementale valeur ; miance ;</td><td>4</td></tr><tr><td>Celtis australis</td><td>Puy de Crouël Clermont Ferrand (45.771600, 3.136652)</td><td>Prolifère naturellement dans le bassin méditerranéen ; valeur ornementale ; ombrage ; adapté aux conditions locales ; conditions</td><td>3</td></tr><tr><td>Cercis siliquastrum</td><td>INRAE Site de Crouël, Clermont- Ferrand, France (45.774842, 3.143654)</td><td>Prolifère naturellement dans la Bassin méditerranéen ; valeur ornementale.</td><td>4</td></tr><tr><td>Morus nigra</td><td>Square Leon Garmy, Clermont Ferrand, France (45.780456, 3.098460)</td><td>Prolifère naturellement dans le bassin méditerranéen, à l'ombre</td><td>4</td></tr><tr><td>Platanus x hispanica</td><td>4 Av. Blaise Pascal, 63170 Aubière, France (45.761593, 3.110084)</td><td>Planté dans le bassin méditerranéen, valeur ornementale, ombrage.</td><td>3</td></tr><tr><td>Pinus nigra</td><td>24 Av. des Landais, 63170 Aubière, France (45.762385, 3.113208)</td><td>Planté dans le bassin méditerranéen.</td><td>4</td></tr><tr><td>Prunus dulcis</td><td>3 Imp. Amélie Murat, 63170 Aubière, France (45.759754, 3.115340) CNEP, Cézeaux, 25 Av. Blaise Pascal, 63170 Aubière, France (45.761328, 3.119069)</td><td>Plantée dans le bassin méditerranéen, valeur historique.</td><td>3</td></tr><tr><td>Prunus mahaleb</td><td>Puy de Crouël Clermont Ferrand (45.771600, 3.136652)</td><td>Prolifère naturellement dans la Bassin méditerranéen</td><td>1</td></tr><tr><td>Sorbus aria</td><td>(*)</td><td>Prolifère naturellement dans la Bassin méditerranéen, ombre</td><td>(*)</td></tr></tbody></table>

Tableau I - Liste des espèces sélectionnées, lieu d'échantillonnage, pertinence et nombre d'individus (n). (*) : Cette espèce n'a pas fait l'objet d'une analyse expérimentale au cours de ce projet, mais les valeurs P₅₀ ont été fournies à partir d'études antérieures. Il faut également ajouter à cette liste les 5 Tilleuls au nord et 5 Tilleuls au sud de la « Muraille », tous équipés de micro-dendromètre PépiPIAF.
## Rappels sur la mesure du point de perte de turgescence (TLP)

La manière la plus courante de mesurer le TLP est l'approche de la courbe pression-volume (P-V), (Shi Dan Zhu et al., 2008) considérée comme la principale méthode pour évaluer la tolérance à la sécheresse (Banks & Hirons 2019). Cette méthode consiste à prélever des feuilles/tiges, à les introduire dans une chambre à pression (Fig. 4). La méthode des courbes P-V est basée sur une méthode proposée par Scholander et al. (1964) – la méthode "exsudation de la sève" - où la teneur en eau est quantifiée en collectant la sève du xylème expulsée à l'extrémité coupée d'une tige pressurisée à l'aide d'une chambre à pression (Tyree 1971). Une alternative à cette méthode, utilisée dans ce projet, est la méthode de "pressurisation répétée", où les échantillons sont déshydratés par transpiration entre deux mesures de potentiel hydrique à la chambre à pression. Lorsque la pression dans la chambre augmente, la feuille est pressurisée et la sève monte progressivement dans les vaisseaux et finit par former un ménisque plat à l'extrémité coupée du pétiole de la feuille. La pression nécessaire pour faire sortir l'eau des cellules de la feuille reflète le potentiel hydrique des cellules de la feuille retenant l'eau avant pressurisation (Boyer 1966).

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 4 – a) Chambre à pression – gros plan sur la vanne et le bouchon où est maintenue la feuille (photo de gauche) – b) Dispositif entier avec bouteille de gaz et chambre à pression (photo de droite).</figcaption></figure>

Dans notre protocole, 4 échantillons de feuilles/tiges par arbre ont été prélevés en juin sur trois individus pour chaque espèce (soit 12 échantillons par espèce). Les échantillons sélectionnés ont été exposés à la lumière du soleil et orientés vers le sud. Ils ont été prélevés à l'aide d'un échenilloir directement sur l'arbre. Les échantillons ont été immédiatement et soigneusement enfermés dans un sac en plastique, apportés au laboratoire et placés dans un seau avec seulement le pétiole/la tige immergés dans l'eau. Un sac en plastique a été placé sur les feuilles et les échantillons ont été maintenus à l'obscurité pendant la nuit pour réduire les taux de transpiration et favoriser ainsi la turgescence. Les feuilles atteindront ainsi le point de turgescence. Le lendemain, nous avons placé les 12 échantillons sur le banc et les avons laissés sécher tout en notant régulièrement les informations suivantes : Heure de la mesure (hh/mm), poids frais (mg) et potentiel hydrique (Ψ MPa). Chaque feuille ou pousse a ensuite été pesée à l'aide d'une balance de précision (résolution de 0,001g) et immédiatement transférée dans la chambre à pression pour mesurer le potentiel hydrique. Pendant la déshydratation, le potentiel hydrique diminue au fur et à mesure que l'eau s'évapore jusqu'à ce que les stomates se ferment. Cette fermeture des stomates induit une stabilisation du potentiel hydrique. Le potentiel hydrique auquel cette stabilisation commence est considéré comme **le point de perte de turgescence** (cf. figure 5 ci-dessous).

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 5 : Courbe pression/volume type, la série en noir est le plateau identifié, le premier point de cette série est identifié comme le point de perte de turgescence.</figcaption></figure>
## Rappels sur la mesure de l'embolie gazeuse (PLC)

Pour évaluer la vulnérabilité à l'embolie, critère majeur pour évaluer la performance de la plante en conditions de sécheresse, nous avons utilisé le Cavitron pour l'obtention d'une courbe de vulnérabilité (VC) : Cochard et al., 2005 ; Figure 6a). Le Cavitron (Figure 6b) est une technique de centrifugation qui mesure la conductance du xylème tout en induisant des pressions de sève décroissantes (Cochard 2002 ; Cochard et al., 2005) et il est considéré comme le moyen le plus efficace de construire des VCs. Le principe consiste à centrifuger une baguette de bois par son centre de manière à ce qu'une force centrifuge induise des pressions négatives à l'intérieur des vaisseaux du xylème. Plusieurs branches exposées à la lumière du soleil et orientées vers le sud ont été coupées en mai et juin sur chaque espèce d'arbre à l'aide d'un échenilloir. Les échantillons ont été immédiatement placés dans un sac en plastique, apportés au laboratoire, et des serviettes en papier mouillées ont été enroulées autour des deux extrémités des échantillons pour éviter la déshydratation, et stockées dans une chambre froide. Pour les mesures, les échantillons ont été écorcés aux deux extrémités, coupés à la longueur souhaitée (en fonction de la taille du rotor du Cavitron) et introduits dans l'axe de la centrifugeuse. Les valeurs de la pression centrifuge (MPa), du PLC (pourcentage de perte de conductivité) et de la conductance hydraulique (Kg m s⁻¹ MPa⁻¹) ont été saisies dans un fichier Excel où le PLC a été ajusté à une équation sigmoïdale exponentielle (Pammenter & Willigen 1998). Pour ajuster les données à cette équation, nous avons utilisé le Solveur, un programme complémentaire d'Excel, pour minimiser la somme des carrés des résidus entre les valeurs observées et ajustées. La construction de VC nous a permis de déterminer la P₅₀ (pression induisant une PLC de 50 %) pour chaque échantillon de branche.

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 6 – a) Courbe de vulnérabilité (VC) typique (à gauche) obtenue à l'aide du cavitron En bleu : données mesurées ; en rouge : courbe d'ajustement des données (fit) ; -b) Cavitron (à droite).</figcaption></figure>

## Rappels sur la mesure de la marge de sécurité hydraulique (HSM)

Il est possible d'accéder à une autre valeur importante pour caractériser nos espèces : la marge de sécurité hydraulique (HSM, Hydraulic Safety Margin), qui correspond à l'écart entre le P₈₈ et le Pₜₚ. Cette valeur correspond au comportement de l'arbre face à la sécheresse édaphique. Plus les valeurs sont élevées, plus le risque de défaillance hydraulique entraînant la mort de l'arbre est faible. L'arbre ferme ses stomates en amont du moment où il commence à être en stress hydrique intense.

$$HSM = TLP - P50$$

## Principaux résultats sur l'Axe 2

Les courbes P-V ont été générées à partir d'un total combiné de 66 mesures afin de calculer le point de perte de turgescence (TLP). Les arbres d'A. monspessulanum ont montré la valeur moyenne la plus négative pour le TLP (-3,047 ± 0,174 MPa) et les arbres de P. nigra les valeurs les plus élevées (-1,555 ± 0,095 MPa) (Fig. 7). Les tests statistiques ont montré que la différence entre P. nigra et le reste des espèces est très significative.
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 7 - Point de perte de turgescence des feuilles (MPa) de six espèces différentes. Moyenne ± SE (n = 3-4 espèces). Des lettres différentes indiquent des différences significatives entre les espèces (P<0,05, test U de Mann Whitney utilisant la méthode de Ferroni).</figcaption></figure>

Les courbes P-V ont été également réalisé sur tous les Tilleuls équipés de PépiPIAF. Pour chaque individu (n=10 : #3xx), 3 feuilles ont été prélevées.

<table><caption>Tableau II : Résumé des données obtenues par l'exploitation des courbes pression/volume, pour les 30 échantillons mesurés.</caption><thead><tr><th></th><th>321</th><th>322</th><th>323</th><th>324</th><th>325</th><th>326</th><th>327</th><th>328</th><th>329</th><th>330</th></tr></thead><tbody><tr><th>Feuille 1</th><td>-1,727</td><td>-1,249</td><td>-1,024</td><td>-1,912</td><td>-2,007</td><td>-1,812</td><td>-1,114</td><td>-1,398</td><td>-1,557</td><td>-1,619</td></tr><tr><th>Feuille 2</th><td>Inexpl.</td><td>Inexpl.</td><td>-1,718</td><td>-2,301</td><td>-1,092</td><td>-1,648</td><td>-1,178</td><td>-1,711</td><td>-1,346</td><td>-1,439</td></tr><tr><th>Feuille 3</th><td>Inexpl.</td><td>-2,091</td><td>-1,964</td><td>-2,100</td><td>-1,390</td><td>-1,505</td><td>-1,303</td><td>-1,326</td><td>-1,398</td><td>-1,325</td></tr><tr><th>MOYENNE</th><td>-1,727</td><td>-1,670</td><td>-1,569</td><td>-2,104</td><td>-1,496</td><td>-1,655</td><td>-1,198</td><td>-1,478</td><td>-1,434</td><td>-1,461</td></tr><tr><th>Ecart-type</th><td>/</td><td>0,595</td><td>0,487</td><td>0,195</td><td>0,467</td><td>0,153</td><td>0,096</td><td>0,205</td><td>0,110</td><td>0,148</td></tr></tbody></table>

Moyenne totale : -1,579 – Ecart-type total : 0,341. Inexpl. : Inexploitable

On observe de faibles différences Nord/sud, comme le présente le tableau III ci-dessous. Les deux populations de tilleuls ont une valeur de potentiel hydrique comparable pour la fermeture.

<table><caption>Tableau III : Moyennes et écart-type obtenus pour les points de perte de turgescence, comparaison Nord/Sud.
Moyenne effectuée pour 27 individus.</caption><thead><tr><th>Population</th><th>Moyenne ± Écart-type</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nord</td><td>-1,445 ± 0,163</td></tr><tr><td>Sud</td><td>-1,713 ± 0,236</td></tr></tbody></table>

Les courbes de vulnérabilité hydraulique sont basées sur un total de 52 mesures effectuées à l'aide du Cavitron sur les espèces d'arbres sélectionnées. Le paramètre de référence P₅₀ a été calculé à partir de ces courbes de vulnérabilité. Les arbres **Celtis australis** ont montré les valeurs P₅₀ les plus négatives (-5,529 ± 1,204 MPa), tandis que les arbres **Platanus x hispanica** ont montré les valeurs les plus élevées (-2,000 ± 0,177 MPa) (Fig. 11). Les tests statistiques n'ont montré aucune différence entre **A. monspessulanum**, **C. australis**, **P. et Sorbus aria**. **C. siliquastrum** et **Pinus nigra** n'ont pas non plus montré de différences significatives entre eux, tandis que **Platanus x hispanica** (la plus vulnérable) différait fortement de toutes les espèces.
<figure><img src="image_17.png" /></figure>

Figure 8 - P50 (MPa) de sept espèces différentes. Moyenne ± SE (n = 3-4 espèces). Des lettres différentes indiquent des différences significatives entre les espèces (P < 0,05, test U de Mann Whitney utilisant la méthode de Ferroni). Le losange noir indique les espèces pour lesquelles des valeurs ont été fournies et n'ont pas été obtenues expérimentalement au cours de ce stage.

Les VC ont été également déterminées pour tous les Tilleuls équipés de PépiPIAF pour les zones Sud et Nord de la « Muraille »

<table><caption>Tableau IV : Résumé des données obtenues au Cavitron. Tous les tilleuls ont fait l'objet d'au moins une réplication, et de deux réplications pour les individus 322, 323, 329 et 330.</caption><thead><tr><th>Tilleul</th><th>Moyenne des P<sub>12</sub><br>(MPa)</th><th>Moyenne des P<sub>50</sub><br>(MPa)</th><th>Moyenne des P<sub>88</sub><br>(MPa)</th></tr></thead><tbody><tr><td>321</td><td>-2,674</td><td>-3,275</td><td>-3,876</td></tr><tr><td>322</td><td>-2,784</td><td>-3,297</td><td>-3,810</td></tr><tr><td>323</td><td>-2,551</td><td>-3,079</td><td>-3,660</td></tr><tr><td>324</td><td>-2,576</td><td>-3,396</td><td>-4,216</td></tr><tr><td>325</td><td>-2,737</td><td>-3,313</td><td>-3,890</td></tr><tr><td>Moyenne Sud</td><td>-2,664</td><td>-3,272</td><td>-3,890</td></tr><tr><td>326</td><td>-2,556</td><td>-3,267</td><td>-3,977</td></tr><tr><td>327</td><td>-2,610</td><td>-3,287</td><td>-3,963</td></tr><tr><td>328</td><td>-2,495</td><td>-3,259</td><td>-4,024</td></tr><tr><td>329</td><td>-2,463</td><td>-3,203</td><td>-3,942</td></tr><tr><td>330</td><td>-2,566</td><td>-3,340</td><td>-4,114</td></tr><tr><td>Moyenne Nord</td><td>-2,538</td><td>-3,271</td><td>-4,004</td></tr><tr><td>Moyenne</td><td>-2,601</td><td>-3,272</td><td>-3,947</td></tr><tr><td>Écart-type</td><td>0,37</td><td>0,19</td><td>0,25</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figure 9 : Comparaison des moyennes Nord/Sud des valeurs de P12, P50 et P88. Moyenne effectuée sur 22 échantillons.</figcaption></figure>
Les tilleuls présentent ainsi, en moyenne, un P50 de -3,272 MPa, ce qui comparé aux autres espèces testées dans ce projet, correspond à une essence « moyennement résistante » à l'embolie, un peu mieux que *Platanus x hispanica*, mais beaoup plus vulnérable que *Celtis Australis*. Concernant les différences entre Nord et Sud, le P50 est identique à 0,001 près, tandis que le P12 et le P88 sont respectivement plus élevés et plus bas pour le côté Nord, mais sans différence significative.

Pour le trait HSM, la valeur la plus élevée a été enregistrée dans les arbres de *C. australis* (2.939 ± 1.060 MPa) et la plus basse dans les arbres de *Platanus x hispanica* (-0.199 ± 0.262 MPa) (Fig.12). Plus la **HSM** est élevée, plus le **risque de défaillance hydraulique est faible** dans des conditions de sécheresse. **A. Monspessulanum, C. australis, P. dulcis et S. aria** n'ont pas montré de différences significatives entre elles. A l'opposé, *Platanus x hispanica* diffère fortement du reste des espèces.

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Figure 10 - HSM de sept espèces différentes. Moyenne ± SE (n =3-4 espèces). Des lettres différentes indiquent des différences significatives entre les espèces (P < 0,05, test U de Mann Whitney utilisant la méthode de Ferroni). Le losange noir indique les espèces pour lesquelles des valeurs ont été fournies et qui n'ont pas été obtenues expérimentalement au cours de ce stage.</figcaption></figure>

Les deux populations de tilleuls présentent une petite différence du HSM. Elle est de 1.65 MPa en moyenne pour l'ensemble des tilleuls, 1.827 MPa pour les arbres au Nord et 1.558 MPa pour ceux au Sud. Cela les classes comme le *P. Nigra* entre le groupe des *Platanus x hispanica* et *C. australis*.

<table><caption>Tableau IV : Résumé des données obtenues pour Tilia cordata au Cavitron et à la chambre à pression, ainsi que pour des données calculées (HSM). Toutes les valeurs sont en MPa.</caption><thead><tr><th>Population</th><th>P<sub>12</sub></th><th>P<sub>50</sub></th><th>P<sub>88</sub></th><th>P<sub>TLP</sub></th><th>HSM</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nord</td><td>-2,538</td><td>-3,272</td><td>-3,890</td><td>-1,445 ± 0,163</td><td>1,827</td></tr><tr><td>Sud</td><td>-2,664</td><td>-3,271</td><td>-4,004</td><td>-1,713 ± 0,236</td><td>1,558</td></tr></tbody></table>
## Axe 3 : Les Réflexions des chercheurs pour aider au projet d'aménagement du futur Parc

Cette partie aurait dû permettre des échanges plus nombreux entre partenaires recherche (INRAE & UCA), partenaire acteur Métropole et les autres partenaires du projet (aménageurs et paysagiste) sur le choix des espèces à proposer à la plantation dès la fin du projet PETONCLE voire sur le type de plantations à réaliser. Pour différentes raisons (congés maladie d'un partenaire recherche, départ en mobilité du partenaire acteur avant la fin du projet, calendrier surchargé du partenaire aménageur et timing de l'appel d'offre de l'aménagement du futur parc précédant de 6 mois les conclusions de notre travail...) font que cette partie reste imparfaite et un peu frustrante. Néanmoins l'AO de l'aménageur a pu, grâce aux quelques échanges téléphoniques tenir compte, dans ses choix d'espèces, des principales conclusions de nos travaux de recherche, en évitant par exemple, de re-proposer des Tilleuls là où nos conclusions semblent démontrer les risques hydrauliques pour la survie de cette essence à l'horizon 2050...

Le partenaire recherche comme l'entreprise clermontoise Capt-connect qui commercialise le PépiPIAF, ont aussi découvert, par de nombreuses sollicitations téléphoniques de pépiniéristes que l'AO avait été lancé et que dans cette AO, le suivi des arbres par micro-dendromètre (de type PépiPIAF) était recommandé...

Nous pouvons ressentir qu'une petite fierté pour cette marque de confiance en notre méthode, mais la non connaissance de l'AO avant qu'un des pépiniéristes puisse nous l'envoyer et surtout la rédaction du cahier des charges mentionnant une (possible) collaboration avec notre UMR montrent qu'il y a eu quelques ratés dans cet AXE 3, par manque de temps principalement et par manque de dialogue lié à ce timing trop juste.

Dans cet axe sur la gestion future des arbres, nous avions comme déjà annoncé en introduction, la volonté de préserver les arbres adultes sains en place, comme les Tilleuls (>40%), même si les traits hydrauliques ne permettent pas de les considérer comme des arbres d'avenir pour la Métropole à l'horizon 2050.

Nous n'avons pas ou peu discuté avec l'aménageur des conditions de maintien de ces arbres, mais des solutions existent dans la poursuite du suivi (anticipé par l'aménageur dans l'AO), voir dans la construction d'infrastructure en aménagement une irrigation de survie à la demande en période de canicule et sécheresse trop longue (ex. à partir de récupérateur d'eau de pluie et/ou d'irrigation de survie).

C'est aussi dans ces conditions (maintien des arbres adultes sains) que le travail de l'équipe MECA (BioMECAnique de l'arbre) du PIAF est intervenu dans l'analyse du risque mécanique associé à la **conservation du patrimoine arboré existant**. Le travail de cette équipe, à cheval sur l'AXE 2 (traits physiologiques -Mécanique) et sur l'AXE 3 (Préconisation pour les Tilleuls) sera entièrement synthétisé dans cette AXE 3 pour faciliter la lecture de ce rapport.

Ainsi, les quatre principales questions scientifiques de recherche associées à la biomécanique de l'arbre pour le projet Pétoncle ont été :

* ✓ **Estimation de la sécurité au vent des arbres** dans un contexte complexe (urbain) et amené à changer drastiquement (suppression de la « Muraille » redirigeant les vents)

* ✓ Quels effets les différences des conditions de croissance des Tilleuls (expositions Sud et Nord) ont- elles sur la sécurité des arbres ?

* ✓ **Peut-on anticiper l'évolution à moyen et long terme de cette sécurité** (analyse des processus de mises en sécurité -acclimatation- ou en danger -dégradation) ?

* ✓ Quelles préconisations peut-on donner aux gestionnaires de ce parc urbain ?
# Rappels de biomécanique de l'arbre: Casse au vent des arbres forestiers et en milieu urbain

## Définitions de base

On peut identifier schématiquement trois types distincts de rupture d'arbre : la rupture de l'ancrage, couramment appelée chablis, la rupture du tronc, appelée volis, et la rupture des branches, appelée élagage (naturel) (Gardiner et al. 2016). La distinction entre la rupture du tronc et la rupture des branches revêt une importance biologique, car la rupture du tronc peut être fatale, tandis que l'individu « arbre » n'est pas forcement compromis après la rupture d'une branche.

## Cas des arbres forestiers en peuplement

Pour comprendre l'effet du vent, il faut adopter des modèles mécaniques dont les principes sont détaillés dans le rapport de Jean-Loup Petit-Pied (2023). De tels modèles de risque de casse au vent ont été appliqués dans le cadre de la prévention des risques de dommage par le vent en forêt. Gardiner et Hale ont réalisé des synthèses des enseignements de ces modèles (Gardiner et al. 2008) et (Hale et al. 2015). L'analyse de la sensibilité d'un modèle de risque de casse au vent semi-mécanistique parmi les plus complets, Forest Gale (Locatelli et al. 2017), a montré que le diamètre du tronc de l'arbre, la hauteur de l'arbre et l'espacement entre les arbres sont les facteurs les plus importants affectant la vulnérabilité des arbres. Selon Gardiner, (Gardiner. 2021) cela s'explique par le fait que dans le modèle proposé (Locatelli et al. 2017), la résistance à la casse du tronc est directement liée au diamètre à la puissance 3 et que la résistance au déracinement est directement liée à la hauteur × diamètre².

## Casse au vent des arbres urbains

La compréhension des phénomènes de casse au vent des arbres urbains progresse grâce au regain d'intérêt porté aux arbres urbains compte tenu de leur valeur sociale et de l'impact potentiellement catastrophique de leur défaillance en milieu urbain tels que les accidents impliquant des biens ou des personnes (Gardiner et al. 2016) et (Moore et Gardiner. 2001). Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes concentrés sur l'étude des phénomènes statiques de rupture des arbres urbains.

## Mise en place d'une méthode pour raisonner la mise en sécurité des arbres urbains

Les méthodes d'évaluation des risques pour les arbres reposent majoritairement sur des observations empiriques basées sur les défauts des arbres. Bien que les analyses statistiques du risque de rupture, comme le modèle LOTHAR, puissent évaluer de manière qualitative ou quantitative les risques liés à la présence d'arbres, elles ne sont pas en mesure d'expliquer les facteurs à l'origine de ces risques. Si on examine de manière systématique les risques à partir d'une enquête sur les défaillances d'arbres, l'intégration d'une évaluation avec une compréhension de la mécanique des arbres engendre une gamme de méthodes qui se fondent sur l'étude des défauts influant sur la résistance mécanique de l'arbre.

Différentes méthodes ont été établies pour estimer les risques que représentent les arbres, comme l'évaluation visuelle des arbres (VTA), qui se concentre sur les manifestations externes des défauts internes ; la méthode d'analyse intégrée statique (SIA), qui prend en compte des facteurs tels que la hauteur de l'arbre, la forme de la couronne et la résistance du bois pour évaluer la résistance à la rupture des arbres creux ; la méthode Integrierte Baumkontrolle (IBA), qui décrit l'interaction entre la mycologie, la vitalité et la stabilité pour identifier la décomposition du bois avant la rupture de l'arbre ; et la méthode Wessolly...

Par conséquent, un nombre croissant de personnes utilise les principes de la mécanique des arbres pour comprendre la résistance mécanique des arbres urbains, interpréter et proposer des préconisations de gestion qui visent à limiter ces risques.
Afin d'élaborer de manière scientifique une méthode d'évaluation de la sécurité des arbres et de formuler des recommandations pour la gestion de ces risques en se basant sur la littérature scientifique et les connaissances en biomécanique, plusieurs étapes sont à suivre :

## Définir le risque et la sécurité

Les concepts de risque et de sécurité sont étroitement liés. Le risque porte à la fois sur les biens et les personnes qui pourraient subir des dommages mais aussi pour les propriétaires des arbres qui en sont responsables. La sécurité peut être définie par un niveau de risque faible, minimal ou acceptable (improbable). Dans le contexte de la gestion des risques pour les biens et les personnes associés aux arbres, divers facteurs tels que l'analyse coût-bénéfice, l'exposition des personnes ou des biens en cas de rupture et les conséquences peuvent être étudiés. Étant donné que l'évaluation de l'importance des conséquences ou des analyses coût-bénéfice peut être subjective, il est opportun d'examiner en détail l'exposition au risque, qui, elle, est quantifiable.

## Analyse météorologique et aérologique

L'exposition au risque dépend d'abord de la fréquence à laquelle les arbres sont exposés à des événements mécaniques extrêmes, comme les tempêtes. En se basant sur des données météorologiques, cette fréquence permet de déterminer les probabilités d'occurrence de ces événements extrêmes et, pour une probabilité donnée, de calculer la probabilité d'occurrence d'une vitesse de vent spécifique. Ainsi, il est nécessaire de définir une probabilité d'occurrence annuelle de la vitesse moyenne du vent, déterminant également la période de retour moyenne. Cela permettra de quantifier le risque et d'établir les mesures de sécurité appropriées.

Il faut ensuite estimer dans ces conditions le profil de vent en fonction de l'altitude en amont de l'arbre. Celui-ci dépend du type de paysage que le vent a parcouru avant d'atteindre le lieu d'impact (concept de rugosité sur lequel nous reviendrons).

## Analyse biomécanique de l'arbre au vent :

A partir du vent amont, il est ensuite possible de modéliser et de calculer le chargement mécanique et la déformation de l'arbre sous le vent ; puis d'estimer ses conditions de rupture et sa marge de sécurité. La biomécanique du chargement mécanique et de la déformation de l'arbre comporte i) l'analyse de la prise au vent de l'arbre qui permet calculer le chargement mécanique que les arbres subiraient en cas de réalisation de l'événement extrême, ii) l'analyse des déformations et contraintes au sein du tronc qui conduisent à iii) l'établissement d'un équilibre entre l'action du vent et la réaction du bois dans l'arbre.

## Biomécanique de la rupture : évaluation de la résistance et de la sécurité :

L'évaluation de la résistance et de la sécurité mécaniques : la troisième étape consiste à évaluer la capacité de l'arbre à résister mécaniquement aux forces auxquelles il serait exposé lors de l'événement extrême et la marge de sécurité dont il disposerait (ou non) dans ces conditions.

## Formulation de recommandations :

Enfin, si l'arbre n'est pas en mesure de résister à l'événement extrême, il convient d'explorer différentes recommandations possibles pour réduire les risques. Ces recommandations pourraient inclure des interventions telles que l'élagage, la taille, l'haubanage ou même l'abattage si nécessaire. Les solutions proposées doivent être spécifiquement adaptées à la situation, en prenant en compte le contexte dans lequel l'arbre évolue.

## Analyse aérologique et biomécanique de l'arbre au vent :

### Généralités des modes de sollicitations conduisant à la rupture

Lors d'un évènement venteux, l'arbre fléchit sous l'effet de la force de traînée et oscille (Rodriguez et al. 2008). Cependant, il a été montré que, du fait de l'importance de l'amortissement aérodynamique, la rupture des arbres était en général un phénomène statique. Il se produit lorsqu'une importante rafale de vent induit des charges supérieures aux seuils de résistance et induit la casse au vent des arbres (Gardiner
et al. 2008) et (Hale et al. 2015). Ceci a plusieurs conséquences : l'analyse du vent va considérer les vitesses de rafales de basse fréquence et négliger le reste de la turbulence. Ces vitesses variant avec l'altitude, le vent sera décrit sous forme d'un profil de vitesses. Pour ce qui est de l'arbre on peut ne considérer que sa prise au vent et la flexion de son tronc.

## Mécanique de l'écoulement du vent autour du houppier en milieu urbain :

Il s'agit ici de déterminer les caractéristiques des vents de tempêtes qui peuvent impacter l'arbre, en considérant uniquement un mode de sollicitation statique. Pour cela on utilise deux types de données extraites de la littérature : les données météorologiques (Météo France) et l'Eurocode. Les données météorologiques permettent d'avoir les statistiques des vents moyens en vitesse et en direction (rose des vents) dans des conditions d'exposition maximale au vent, ce dans une station de référence situé à distance du site d'étude. Toutefois, la topographie et la présence de bâtiments en amont du site d'étude vont modifier la vitesse de vent et sa direction. Ceci peut être estimé grâce à l'Eurocode 1 (AFNOR. 2014) qui est couramment utilisé par les architectes et urbanistes pour déterminer le chargement du vent sur les bâtiments en milieu urbain. Il permet tout d'abord de déterminer la vitesse de vent moyen dont la période moyenne de retour est de 50 ans (probabilité de dépassement p sur une période de 1 an. Par ailleurs, la vitesse du vent varie avec l'altitude (on parle de profil vertical de vitesse de vent $U(z)$). Le modèle classiquement proposé pour un arbre isolé, permet d'établir un profil vertical de vent à partir d'une vitesse moyenne de vent à 10 mètres de haut notée $U10$ dans l'équation suivante (Gardiner et al. 2016) :

$$U(z) = \frac{U_{10}}{K} \ln \left( \frac{z-d}{Z_0} \right) (1)$$

Où z est la hauteur étudiée, $K = 0,4$ qualifie la constante de Von Karman et $Z0$ décrit la longueur de rugosité et $d$ décrit le déplacement par rapport au plan zéro. On rencontre des profils de vitesse du vent plus complexes près d'obstacles ou dans le cas où un couvert arboré est présent en amont.

## Chargement mécanique

Pour simplifier, l'arbre peut être décrit comme un mât dont le houppier joue le rôle d'une « voilure », supportée par un tronc encastré (Fournier et al. 2015) et (Mattheck. 1991).

L'écoulement du vent autour de l'aire frontale du houppier A induit une force de traînée proportionnelle au carré de la vitesse du vent U entraînant des contraintes qui se répartissent dans l'arbre. La proportion de force réellement transmise au houppier est caractérisée par le coefficient de traînée $C_x$. Celui-ci a été étudié expérimentalement et des tables donnent des valeurs pour différentes espèces et situations (en feuille ou sans feuille) ; il est sans dimension et varie, pour les arbres, entre 0,15 et 0,35. L'équation suivante décrit de manière simplifiée la relation entre la force de traînée et la vitesse de vent (Wessolly. 1991) et (Gardiner et al. 2016). Dans cette équation, les forces additionnelles générées par le poids du houppier n'ont pas été prises en compte.

$$F_v = 0.5 \rho C_x A U^2 \quad (2)$$

La force de traînée transmise au tronc génère un bras de levier L qui amplifie les forces et les convertit en un moment fléchissant (Engonga Edzand et al. 2022).

Etant donné que la vitesse du vent varie avec la hauteur, il faut considérer les forces de traînées à différentes hauteurs dans le houppier. Ces forces sont amplifiées par l'effet bras de levier et engendrent des moments fléchissants. La somme des moments fléchissants qu'exerce chaque unité de surface du houppier est le moment fléchissant induit par le vent $Mf$.
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 11 : Présentation graphique de l'action du vent sur l'arbre et sa réaction</figcaption></figure>

### La biomécanique de rupture conduisant à la casse de la tige (volis)

Lorsque le bois dépasse sa déformation limite élastique $\varepsilon_e$, il subit des déformations plastiques qui sont irréversibles. La définition d'une situation critique en un point donné de l'arbre peut être donnée par le choix d'une limite de déformation à éviter $\varepsilon_c$.

Par exemple, les limites de déformation élastiques du bois de tilleul (dans les conditions rencontrées au sein d'un arbre vivant dit bois « vert ») sont de 0,25% (Lothar Wessolly et Erb 1998). Il est possible de déterminer le moment critique pour une section de tronc $M_{fc}(z)$ et déterminer un coefficient de sécurité pour chaque position le long du tronc. Pour connaître la sécurité de l'arbre (du tronc), on retient le coefficient minimal.

Cette analyse permet donc de définir des niveaux de déformation, de contraintes, un moment fléchissant critique et finalement un coefficient pour chaque section de l'arbre (tronc sous le houppier, tronc dans le houppier, éventuellement branches). Les endommagements plastiques (dépassements de la limite élastique) puis les ruptures surviennent aux points où les contraintes et les déformations sont les plus importantes et atteignent leur valeur critique ; la compréhension de la répartition des coefficients de sécurité dans l'arbre permet ainsi d'identifier les points à risque de rupture.

### Mise en sécurité naturelle et adaptative par la thigmomorphogénèse

La thigmomorphogénèse est un processus biologique par lequel les plantes modifient leur croissance et leur développement en réponse à des sollicitations mécaniques (Jaffe. 1973). Ce mot signifie littéralement en grec « formation de la forme et de l'architecture par le toucher », mais c'est en fait essentiellement la réponse biologique aux effets mécaniques du vent pendant la période de croissance qui va nous intéresser ici. Ce mécanisme joue un rôle crucial dans la mise en sécurité mécanique du tronc des arbres (Coutand. 2010).

Les travaux réalisés par Vivien Bonnesoeur ont démontré l'importance de la thigmomorphogénèse sur la croissance radiale des arbres forestiers (Bonesoeur. 2016). Cela souligne la capacité des arbres à mettre en place une morphologie pour s'acclimater à leur environnement et atteindre un état dit acclimaté. L'état acclimaté peut aussi être considéré comme sécuritaire vis-à-vis du risque de rupture du tronc. Les réponses thigmomorphogénétiques induites par le vent sont donc des mécanismes fondamentaux pour comprendre comment les arbres peuvent contrôler leur sensibilité aux risques liés au vent (Moulia et al. 2006). Ce mécanisme adaptatif permet aux arbres d'adapter leur structure en réponse aux contraintes mécaniques externes, améliorant ainsi leur stabilité et leur résistance aux sollicitations mécaniques extrêmes. Une modification brutale des conditions environnementales de l'arbre engendre des réponses
de croissance importantes visant à adapter la structure de l'arbre à ses nouvelles conditions. Ce processus peut prendre plusieurs années pendant lesquelles l'arbre peut se retrouver particulièrement vulnérables face à son environnement venteux.

## Questions de recherche et objectifs du projet PETONCLE

L'étude de la bibliographie révèle que les caractéristiques morphologiques des tilleuls à grandes feuilles sont conformes au modèle de Troll (Champagnat et al. 1971). Mais l'analyse architecturale seule ne permet pas d'estimer la sécurité mécanique des arbres. La méthode élaborée pour raisonner la sécurisation des arbres sur des bases scientifiques repose sur la définition des risques, sur l'analyse de l'architecture et des caractéristiques morphologiques des arbres, sur l'évaluation de leur résistance mécanique, ainsi que sur la formulation de recommandations destinées à renforcer leur sécurité. L'examen de la résistance au vent des arbres et de la biomécanique statique face aux vents conduit à la création d'un modèle permettant de quantifier le risque de rupture due au vent pour les arbres urbains, exprimé à travers un coefficient de sécurité. Le contexte de l'étude ainsi que l'exploration de la littérature ont permis de définir la problématique qui réside dans l'évaluation de la sécurité mécanique des tilleuls à grandes feuilles en milieu urbain se développant dans des contextes mécaniques différents et qui vont être exposés aux mêmes vents.

Cette problématique a été développée à partir d'une étude de cas particulièrement riche et assez unique de ce point de vue ; le projet Pétoncle. Nous disposions sur le site d'arbres urbains de la même espèce, bénéficiant de deux expositions au vent initiales différentes (et plus largement des microclimats initiaux différents, avec des arbres plus ou moins dépérissant suivant les sites), qui vont être soumis à des vents similaires du fait de la destruction de la grande barre d'immeuble ; la « muraille de Chine ». Nous avons donc étudié la sécurité de ces arbres avant cette nouvelle configuration, pour proposer d'éventuelles actions visant à préserver ce patrimoine et lui éviter des risques de casse important dans les années qui viennent. Nous avons cherché les paramètres du modèle de rupture au vent qui influencent le niveau de risque des arbres et la variabilité entre arbres au sein d'un site d'exposition initiale, et entre les deux sites. Nous avons aussi étudié comment varie ce risque de rupture le long du tronc. Enfin, nous nous demanderons comment on peut imaginer une mise en sécurité adaptative à terme pour ces arbres.
# Matériels et méthodes du projet PETONCLE

## Historique des arbres

Les expérimentations ont été réalisées dans le quartier Saint-Jacques situé sur un plateau au sud de Clermont-Ferrand (45.766528°; 3.091133°). Les mesures ont été réalisées sur 20 tilleuls à grande feuille (Tilia platyphyllos) « adultes » implantés pour 10 d'entre eux du côté Nord de la « Muraille de Chine » et pour les 10 autres, du côté Sud du bâtiment. Les arbres situés au Nord appartiennent à un alignement qui s'étend le long du bâtiment et les arbres situés au Sud font partie d'alignements qui entourent une place (cf. Plan de situation en Annexe 1). Bien que l'âge précis des arbres n'ait pas pu être déterminé, ils ont tous été plantés dans les années 70 et ont subi les mêmes traitements et travaux (tailles, élagages...). Le choix des arbres étudiés a été réalisé en collaboration avec le Docteur et expert Vincent Dellus. Ce choix s'est porté sur des arbres sans défaut mécanique majeur apparent et dont l'architecture est formée par une tige principale sans codominance avec d'autres axes.

## Mesures morphologiques des arbres

Afin de caractériser la structure exposée au vent, des mesures morphologiques ont été réalisées au mètre ruban, au compas forestier, au télémètre, (Fig. 12) par photo et au Lidar. Elles ont consisté en la mesure du diamètre du tronc à 1,3 m, ainsi qu'en la mesure des diamètres à différentes hauteurs en fonction des sections de troncs étudiées. Pour chaque mesure de diamètre, les données ont été récoltées dans le sens de la flexion ainsi que dans le sens perpendiculaire à la flexion. De plus, les hauteurs totales et les hauteurs de la première branche ont été mesurées pour chaque arbre. Les données récoltées par photo et par Lidar ont permis d'établir les surfaces de houppiers perpendiculaires à la flexion. En faisant l'hypothèse que les arbres ont environ 50 ans, nous avons calculé la largeur de cerne annuelle moyenne.

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Figure 12 : Mesure de morphométrie des arbres : Hauteur, taille du houppier, diamètre</figcaption></figure>

## Tests mécaniques

Afin de caractériser le comportement mécanique des tiges des sites de St Jacques, lequel sera intégré dans les modèles de prédiction, des tests de flexion sur pied ont été réalisés sur un grand échantillonnage, tant sur la place au sud du bâtiment (10 arbres) que dans l'alignement nord (10 arbres).

## Dispositif

Les essais de flexion non destructifs ont été réalisés à l'aide d'un tirefort, d'un câble, de cordes et avec le système TreeQinetics (Fig. 13). Ce système est composé de :

* de 4 élastomètres

* d'un inclinomètre

* d'un dynamomètre
L'ensemble est relié à une unité de communication assurant la liaison entre les différents appareils et l'ordinateur.

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Figure 13 : Appareil de mesure PICUS TreeQinetic</figcaption></figure>

Le protocole mis en place a consisté en la mesure, lors de deux flexions quasi-statiques successives, de la force de traction dans le câble et des déformations à 3 ou 4 hauteurs par arbre. Les hauteurs ont été définies lors des expérimentations sur les zones qui apparaissaient susceptibles de représenter des points de faiblesse et n'ont donc pas été identiques pour tous les arbres. Pour les arbres situés au Nord, les flexions (Figure 14) ont été réalisées dans l'axe Nord Sud et pour les arbres situés au Sud, les flexions ont été réalisées dans l'axe Est Ouest. Dans les cas où aucun point d'accroche ne permettait d'appliquer une force suffisante dans l'axe souhaité, un microtracteur a pu être acheminé sur place pour servir de point d'ancrage. Les nombreuses escalades nécessaires à la mise en place des capteurs ont été réalisées selon les normes de sécurité en vigueur par Stéphane Ploquin, Technicien de recherche au PIAF, habilité à la « Grimpe aux arbres ».

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Figure 14 : Représentation de la flexion d'un arbre lors d'un test de flexion</figcaption></figure>

Lors de la flexion, le dynamomètre de mesures enregistre la force transmise à l'arbre ainsi que l'angle du câble qui transmet la force.

## Gestion des accès et de la sécurité/coordination avec le chantier

Le lourd protocole mis en place a été rendu possible par la collaboration de nombreux acteurs. En effet, la proximité des arbres avec les travaux de déconstruction a posé plusieurs problèmes de sécurité et d'accès au chantier. Sans la collaboration des salariés de l'INRAE, de Clermont- Métropole, des directeurs de travaux, du chef de chantier, de l'entreprise Demcy et des différentes parties prenantes, il eut été impossible de mener à bien les expérimentations. En effet, le planning et la vitesse d'avancement des expérimentations ont été coordonnés à l'avancement de la pelle utilisée pour la déconstruction du bâtiment.

## Analyse mécanique (modélisation de l'essai)

Les différentes analyses des données expérimentales ont été réalisées avec un modèle mécanique de flexion reproduisant le comportement mécanique d'une poutre en flexion représentant le tronc de l'arbre jusqu'au point d'accroche de la corde. Ce modèle est similaire à celui de l'arbre au vent mais, la force de trainée est remplacée ici par la composante horizontale de la force de traction F appliquée par le câble. La force F induite par le tirefort (Figure 14), l'angle du câble β (Figure 14), la hauteur du point d'accroche
du câble dans l'arbre et la distance qui sépare les élastomètres du point d'accroche L sont mesurés lors de l'expérimentation et permettent de calculer le moment fléchissant induit lors de l'expérimentation $M_{fe}$ et la contrainte induite :

$$M_{fe}(z) = F L \cos(\beta) \quad (16)$$

Les mesures de la déformation par les élastomètres, couplées avec la force requise et les caractéristiques géométriques de l'essais de flexion permettent d'extraire le module d'élasticité moyen du bois constituant la tige. L'analyse des données a été réalisée avec le logiciel Excel 2016 et les analyses statistiques avec le logiciel RStudio 2022.0.0.

## Calculs des charges au vent

### Estimation des vents à venir sur site une fois le bâtiment déconstruit

Tel que présenté dans l'Eurocode 1 et conformément aux normes utilisées pour dimensionner les bâtiments, nous avons choisi considéré qu'un arbre, pour être jugé en sécurité, doit être capable de résister à une vitesse de vent moyen dont la période moyenne de retour est de 50 ans.

Le logiciel METEODYN ECI (https://meteodyn.fr/espace-de-connaissance/securite-au-vent/138-meteodyn-ec1-calcul-du-vent-au-sens-de-l-eurocode-1.html) a été utilisé pour établir la longueur de rugosité Z0 du site. La vitesse de vent moyen et la longueur de rugosité nous ont permis de modéliser un profil vertical de vent auquel les arbres seront confrontés après la déconstruction. L'ensemble des données météo de vitesse de vent moyen, de fréquence de vitesse de vent, de période de vent et de vitesse de vent moyen sont issues de Météo-France.

### Étude méthodologique préliminaire pour l'estimation de la prise au vent et des moments fléchissants

Deux méthodes ont été utilisées et comparées pour calculer l'aire perpendiculaire au vent des arbres qui définit une grande partie de la prise au vent. Une première méthode a été utilisée pour réaliser des mesures d'aire perpendiculaire au vent avec le Lidar terrestre FARO FOCUS X130 d'une résolution de 1/32 et avec une qualité 4x en couleur. Le traitement de données permettant la mesure de l'aire perpendiculaire des arbres au vent (partie gauche de la Figure 15) a été réalisée avec les logiciels FARO SCENE 2019.2 (https://www.faro.com/fr-FR) et CloudCompare v.2.9.1 (https://www.danielgm.net/cc/).

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Figure 15 : Comparaison de l'aire mesurée par photo et par Lidar</figcaption></figure>
La seconde méthode a consisté en la prise en photo des arbres ; technique simple et peu couteuse. Le contour du houppier est dessiné puis, la surface de chaque houppier est mesurée. La comparaison entre l'aire des arbres mesurée par photo et l'aire des arbres mesurés par Lidar permet de vérifier la validité des résultats obtenus (Figure 16). Les aires mesurées par photo sont fortement corrélées ($R^2$ = 0,93) aux aires mesurées par Lidar. Ces résultats préliminaires permettent de valider la méthode simple de mesures réalisées par photo.

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Figure 16 : Relation entre l'aire mesurée par photo et par Lidar</figcaption></figure>

De plus, sur les photos, les aires de chaque houppier sont découpées en « tranches virtuelles » parallèles au sol, d'une hauteur d'un mètre. Pour chaque tranche d'arbre, la surface ainsi que la hauteur du centre géométrique dans le plan de la photographie sont également mesurées (Fig. 16). En utilisant l'équation 2 ; on peut alors calculer la force de traînée exercée par un vent de 24 m/s sur chaque section. Les coefficients de traînée d'une valeur de 0,3 sont extraits de la littérature (Wessolly. 1991). Pour chaque « tranche virtuelle », la force de traînée est ensuite multipliée par la distance L qui la sépare de la section de tronc étudiée, afin d'obtenir le moment fléchissant généré par chaque tranche. Le moment fléchissant résultant d'une section de tronc est la somme des moments fléchissant exercés par chaque tranche d'arbre située au-dessus de cette section de tronc.

## Estimation des contraintes et des déformations de flexion

Les contraintes et les déformations qu'entraînent une vitesse de vent de 24 m/s sont obtenues à partir des moments fléchissants calculés et de la rigidité de flexion mesurées lors des expérimentations. Les déformations engendrées sont calculées et les contraintes en périphérie du tronc sont obtenues à partir des données mesurées lors des expérimentations et des moments fléchissants.
## Résultats : Caractérisation météorologique et aérologique du site d'étude

La période la plus venteuse de l'année dure 6,6 mois, du 14 octobre au 1er mai, avec des vitesses de vent moyennes supérieures à 12,6 kilomètres par heure. Le mois le plus venteux de l'année à Clermont-Ferrand est février, avec une vitesse horaire moyenne du vent de 14,4 kilomètres par heure.

Le vent vient le plus souvent du nord pendant 2,7 semaines, du 7 avril au 26 avril. Le vent vient le plus souvent de l'ouest pendant 5,1 mois, du 26 avril au 29 septembre et pendant 3,6 mois, du 20 décembre au 7 avril. Le vent vient le plus souvent du sud pendant 2,7 mois, du 29 septembre au 20 décembre. L'orientation des vents supérieurs à 20 m/s est quasi exclusivement du Sud ou de l'Ouest. La figure 12 illustre les fréquences des vents en fonction de la direction et de la vitesse du vent.

CLERMONT-FD (63)

Indicatif : 63113001, alt : 331 m., lat : 45°47'12"N, lon : 03°08'54"E

Fréquence des vents en fonction de leur provenance en %

Tableau de répartition

Nombre de cas étudiés : 4016

Manquants : 2

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

Groupes de vitesses (m/s)

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

Pourcentage par direction

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

Dir. : Direction d'où vient le vent en rose de 360° : 90° = Est, 180° = Sud, 270° = Ouest, 360° = Nord
le signe + indique une fréquence non nulle mais inférieure à 0.1%

<table><thead><tr><th>Dir.</th><th>[5.0;10.0]</th><th>[10.0;20.0]</th><th>> 20.0 m/s</th><th>Total</th></tr></thead><tbody><tr><td>20</td><td>5.1</td><td>2.3</td><td>0.0</td><td>7.4</td></tr><tr><td>40</td><td>3.0</td><td>0.7</td><td>0.0</td><td>3.8</td></tr><tr><td>60</td><td>1.1</td><td>0.2</td><td>0.0</td><td>1.3</td></tr><tr><td>80</td><td>1.1</td><td>0.2</td><td>+</td><td>1.3</td></tr><tr><td>100</td><td>0.7</td><td>0.2</td><td>0.0</td><td>0.9</td></tr><tr><td>120</td><td>0.7</td><td>0.2</td><td>0.0</td><td>0.8</td></tr><tr><td>140</td><td>1.1</td><td>0.7</td><td>+</td><td>1.9</td></tr><tr><td>160</td><td>3.2</td><td>5.8</td><td>0.6</td><td>9.5</td></tr><tr><td>180</td><td>6.1</td><td>11.0</td><td>0.8</td><td>17.9</td></tr><tr><td>200</td><td>1.7</td><td>2.8</td><td>0.2</td><td>4.8</td></tr><tr><td>220</td><td>0.6</td><td>2.9</td><td>0.2</td><td>3.8</td></tr><tr><td>240</td><td>0.7</td><td>4.6</td><td>0.6</td><td>6.0</td></tr><tr><td>260</td><td>0.9</td><td>5.4</td><td>0.5</td><td>6.8</td></tr><tr><td>280</td><td>0.8</td><td>2.7</td><td>+</td><td>3.6</td></tr><tr><td>300</td><td>0.7</td><td>1.8</td><td>0.1</td><td>2.6</td></tr><tr><td>320</td><td>1.8</td><td>2.0</td><td>+</td><td>3.8</td></tr><tr><td>340</td><td>4.3</td><td>3.7</td><td>+</td><td>8.1</td></tr><tr><td>360</td><td>7.2</td><td>5.1</td><td>+</td><td>12.4</td></tr><tr><td>Total</td><td>40.9</td><td>52.3</td><td>3.3</td><td>96.5</td></tr><tr><td>[0;5.0]</td><td></td><td></td><td></td><td>3.5</td></tr></tbody></table>

Source : statistiques climatiques de la France, 1971-2000,

<caption>Figure 17 : Fréquence des vents en fonction des provenances en</caption>

Selon l'Eurocode 1, la vitesse du vent cinquantennal moyen dans le Puy-de-Dôme est de 24 m/s (86,4 km/h) à 10 mètres de haut. Selon METEODYN ECI la longueur de rugosité Z0 du site est de 79 cm.
# Résultats de l'étude de la morphologie des arbres

## Morphologie des arbres

Le tilleul à grandes feuilles (*Tilia platyphyllos*) est un arbre de la famille des Tiliacées, capable d'atteindre une hauteur de 35 mètres. En condition d'arbre isolé, son houppier présente une forme de dôme élevé, avec des branches dressées portant des rameaux alternes. Il est identifiable par ses grandes feuilles et comporte des rejets pouvant atteindre une longueur de 20 cm. L'architecture du tilleul à grandes feuilles est définie par le modèle de Troll, caractérisé par une croissance sympodiale et par la présence d'acrotonie grâce à une croissance différentielle. Les arbres suivant le modèle de Troll sont considérés comme plagiotropes sur tous les axes, et la formation du tronc résulte de la superposition et/ou du redressement de la partie proximale d'un axe. Sur notre site d'étude, les arbres semblent avoir subi une taille de formation (trognage haut) qui expliquerait la présence d'un bourrelet représenté sur la figure 18. Une excroissance suivie d'une rapide décroissance du diamètre du tronc est observée sur chaque arbre à environ deux mètres de haut. Des indices de taille des branches « charpentières » sont aussi visibles.

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>Figure 18 : représentation des caractéristiques morphologiques d'un arbre</figcaption></figure>

La hauteur moyenne des arbres situés dans l'alignement au Nord est de 13,3 m ± 1,2, significativement plus importante de 34% (p-value = 0,0002) que la hauteur des arbres situés au Sud, de 9,9 m ± 0,7. Il n'existe pas de différence significative entre les hauteurs des premières branches des arbres situés au Nord et au Sud. La longueur moyenne des houppiers est donc significativement différente (p-value = 0,0002) : 10,9 m ± 1,0 pour les arbres situés au Nord contre 7,5 m ± 0,6 pour les arbres situés au Sud, soit + 45%. La surface des houppiers, de 70,4 m² ± 9,9 des arbres situés au Nord du bâtiment est significativement (p-value = 0,0002) plus importante que celle des arbres situés au Sud du bâtiment, qui est de 35,6 m² ± 6,6 (soit 98% plus important). Par ailleurs, le diamètre des arbres est significativement (p-value = 0,011) plus important (+25%) au Nord (39,6 cm ± 6,3) qu'au Sud (31,6 cm ± 4,3). Le coefficient H/D couramment utilisé par les praticiens forestiers pour décrire la stabilité des arbres au vent ne montre pas de différence significative (p-value = 0,25) entre les arbres situés au Nord et au Sud. L'ensemble des caractéristiques morphologiques observées sont présentées dans le tableau V. Ces résultats suggèrent que chaque lot d'arbres, dans son environnement spécifique, a développé une structure propre adaptée aux conditions de croissances qu'il subit.
<table><caption>Tableau V : Données morphologiques des arbres en fonction de la localisation</caption><thead><tr><th>Situation</th><th>Hauteur des arbres (m)</th><th>Hauteur 1ère branche (m)</th><th>Longueur du houppier (m)</th><th>Diamètre à 1,3m (cm)</th><th>Surface du houppier (m²)</th><th>H/D</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nord</td><td>13,3 ± 1,2</td><td>2,4 ± 0,5</td><td>10,9 ± 1</td><td>39,6 ± 6,3</td><td>70,4 ± 9,9</td><td>34,4 ± 4,5</td></tr><tr><td>Sud</td><td>9,9 ± 0,7</td><td>2,4 ± 0,3</td><td>7,5 ± 0,6</td><td>31,6 ± 4,3</td><td>35,6 ± 6,6</td><td>31,8 ± 2,3</td></tr><tr><td>P-value</td><td>p = 0,0002</td><td>p = 0,8</td><td>p = 0,0002</td><td>p = 0,011</td><td>p = 0,0002</td><td>p = 0,25</td></tr><tr><td></td><td>Significatif</td><td>Non significatif</td><td>Significatif</td><td>Significatif</td><td>Significatif</td><td>Non significatif</td></tr></tbody></table>

Indice d'acclimatation thigmomorphogénétique :

Dans l'hypothèse où les arbres ont environ 50 ans, la largeur de cerne moyenne des arbres situés au Nord dans l'axe Est Ouest est de 0,39 ± 0,05 cm/an et pour les arbres situés au Sud, la croissance moyenne dans l'axe Est Ouest est de 0,31 ± 0,005 cm/an. Les arbres situés au Nord ont une croissance 20% plus importante que les arbres situés au Sud dans l'axe où la croissance est la plus importante. L'ovalisation du tronc est le résultat d'une différence de vitesse de croissance entre les directions radiales de l'arbre. D'après la bibliographie, l'ovalisation résulte d'une différence de sollicitations mécaniques entre les directions. L'adaptation de la géométrie du tronc par son ovalisation répartit les contraintes mécaniques qui s'exercent dans le tronc. Bien que les observations semblaient montrer une ovalisation plus importante sur les troncs des arbres situés au Nord que sur ceux situés au Sud du bâtiment, aucune différence significative n'est mesurée entre l'ovalisation des arbres Nord et Sud (p-value = 0,46). En revanche, l'ovalisation des troncs mesurée à toutes les hauteurs diffère significativement de 1,0 tant pour les arbres au Nord, qui ont une ovalisation moyenne de 0,92 ± 0,077 (valeur de p = 0,03) que pour ceux au Sud, qui ont une ovalisation moyenne de 0,94 ± 0,03 (valeur de p = 0,015). La figure 19 illustre l'ovalisation des troncs à toutes les hauteurs en fonction de leur localisation. Dans les deux groupes d'arbres, le diamètre maximal est observé le long de l'axe Est Ouest, tandis que le diamètre minimal est situé le long de l'axe Nord Sud; montrant ainsi le caractère adaptatif du processus de thigmomorphogénèse révélant une asymétrie chronique des sollicitations par le vent et la capacité forte des tilleuls de St Jacques à y répondre pour se renforcer dans la direction des vents principaux.

<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Figure 19 : Représentation graphique de l'ovalisation de toutes les sections étudiées en fonction de la localisation</figcaption></figure>
## Résultats sur la Rigidité de flexion et module d'élasticité

La rigidité de flexion de la tige caractérisée par EI est significativement (p-value = 1,5e-5) plus importante au Nord qu'au Sud du bâtiment (Fig. 20). La rigidité de flexion de l'arbre varie significativement en fonction de la hauteur à laquelle elle est mesurée sur le tronc. Les valeurs de rigidité présentées dans le tableau 2 diminuent à mesure que la hauteur augmente, et ces variations sont statistiquement significatives aux hauteurs de 4 mètres et 5 mètres.

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>Figure 20 : Relation entre la rigidité de flexion de toutes les sections étudiées et la localisation</figcaption></figure>

Il n'existe pas de différence significative entre les modules d'élasticité mesurés au Nord et au Sud du bâtiment (p-value = 0,9). Comme l'illustre la figure 21, le module d'élasticité moyen de l'ensemble de l'échantillon est de 6 Gpa avec un écart-type de 1,3 Gpa, soit un coefficient de variation de 21,7%. Le module d'élasticité des arbres observés est significativement différent (p-value < 2.2e-16) de la valeur moyenne de 8 Gpa proposée par la bibliographie (Lothar Wessolly et Erb 1998) et utilisée comme valeur de référence dans de nombreuses expertises arboricoles. Par ailleurs, le module d'élasticité est de manière significative positivement corrélé au rayon de l'arbre (R² = 0,18 p-value = 0,00016) et négativement corrélé de manière significative à sa hauteur (R² = -0,22 p-value = 5,9e-6).

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>Figure 21 : Module d'élasticité de toutes les sections étudiées en fonction de la localisation</figcaption></figure>
Les géométries des sections observées au Nord et au Sud sont significativement différentes (p-value = 2,5e-5). Comme l'illustre la figure 22 les moments quadratiques des arbres situés au Nord, d'une valeur moyenne de 0,00086 m⁴ ± 0,00065 sont significativement plus importants que les moments quadratiques observés au Sud avec une moyenne de 0,0003 m⁴ ± 0,0002, soit 186 % de différence.

<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>Figure 22 : Le moment quadratique de section de toutes les sections étudiées en fonction de la localisation</figcaption></figure>

## Résultats sur le Moment fléchissant induit par le vent

Il est possible de modéliser les tests réalisés sous forme d'une relation linéaire entre le moment fléchissant et la déformation. Il est ainsi possible d'obtenir par extrapolation le moment fléchissant critique induisant une déformation de limite élastique. La figure 18 illustre l'exemple de détermination du moment fléchissant critique à partir des données expérimentales pour un arbre (ici situé au Nord). Quatre sections de tronc de l'arbre 26 ont été étudiées aux hauteurs suivantes : 0,4 mètre, 2,5 mètres, 3,6 mètres et 4,9 mètres. Une fois la relation entre le moment fléchissant et la déformation modélisée, nous sommes en mesure de déterminer graphiquement (Fig. 23), ou par le calcul, le moment fléchissant critique induisant une déformation de 0,25%.

<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>Figure 23 : Représentation graphique de la détermination du moment fléchissant de limite élastique</figcaption></figure>
$$Mf_c(0,4) = 44558 \times 0,0025 + 0,0566 = 111,5 \text{ KN.m}$$

$$Mf_c(2,5) = 20123 \times 0,0025 + 0,0896 = 50,4 \text{ KN.m}$$

$$Mf_c(3,6) = 14989 \times 0,0025 + 0,0276 = 37,5 \text{ KN.m}$$

$$Mf_c(4,9) = 7834,6 \times 0,0025 + 0,0056 = 19,6 \text{ KN.m}$$

Le moment critique illustré dans la figure 24 décroit très rapidement avec la hauteur du fait de la réduction du bras de levier moyen. Cette décroissance est linéaire et fonction de la distance au milieu du houppier (pris comme première approximation de la position du centre de traînée), avec une variation moyenne de 20 Kn.m/m.

<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>Figure 24 : Relation entre le moment fléchissant et le bras de levier</figcaption></figure>

## Coefficients de sécurité estimés et vitesse de vent critique

Les expérimentations mises réalisées ont permis de réaliser des calculs de coefficients de sécurité pour différentes sections de troncs (les 20 arbres ont été étudiés à 3 ou 4 hauteurs différentes et chaque test a été réalisé deux fois). Nous avons ainsi déterminé 70 coefficients de sécurité. Il existe une différence significative (p-value = 0,00004) entre les valeurs de coefficients de sécurité observés au Nord et au Sud de la muraille. Les arbres situés au Nord ont un coefficient de sécurité moyen de 2,5 ± 1,2 et la moyenne des coefficients de sécurité observés au Sud est de 3,7 ± 1,2 (Fig. 20). Les arbres situés au Sud apparaissent mieux dimensionnés mécaniquement par rapport aux arbres situés au Nord du bâtiment.

<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>Figure 20 : Coefficient de sécurité de toutes les sections étudiées en fonction de la localisation</figcaption></figure>
Au-delà de ces moyennes, il est intéressant d'étudier le nombre et la proportion des arbres à risque dans les deux populations. Pour cela, les coefficients de sécurité sont calculés à différentes vitesses de vent moyen à 10 m incrémentées de 2 en 2 par rapport à la vitesse cinquantennale de 24 m/s (24, 26, 28, 30, 32 et 34 m/s) et présentés par le tableau VI. Pour un vent de 24 m/s, 6 sections de tronc ont un coefficient de sécurité inférieur à 1, ce qui représente 9% des sections de tronc étudiées.

<table><caption>Tableau VI : Évolution de la proportion de coefficients de sécurité < 1 en fonction de la vitesse de vent</caption><tr><td>Vitesse de vent (m/s)</td><td>24</td><td>26</td><td>28</td><td>30</td><td>32</td><td>34</td></tr><tr><td>Nombre coefficient desécurité < 1</td><td>6</td><td>14</td><td>18</td><td>23</td><td>28</td><td>30</td></tr><tr><td>Proportion de coefficient de sécurité <1</td><td>0,09</td><td>0,20</td><td>0,26</td><td>0,33</td><td>0,40</td><td>0,43</td></tr></table>

A l'échelle de l'arbre (et non pas de la section de tronc), pour un vent de 24 m/s, 5 arbres ont au moins une section de tronc avec un coefficient de sécurité inférieur à 1, ce qui représente 25% de l'échantillon.

<table><caption>Tableau VII: Évolution de la proportion de coefficients de sécurité minimale par arbre < 1 en fonction de la vitesse de vent</caption><tr><td>Vitesse de vent (m/s)</td><td>24</td><td>26</td><td>28</td><td>30</td><td>32</td><td>34</td></tr><tr><td>re coefficient desécurité < 1</td><td>5</td><td>7</td><td>13</td><td>15</td><td>15</td><td>16</td></tr><tr><td>Proportion de coefficient de sécurité <1</td><td>0,25</td><td>0,35</td><td>0,65</td><td>0,75</td><td>0,75</td><td>0,8</td></tr></table>

**Variation longitudinale des vitesses de vent critique :** Les données présentées par la figure 21 décrivent l'évolution longitudinale de la vitesse de vent critique par rapport à la vitesse de vent critique estimée au bas de l'arbre. On observe une variation longitudinale négative de la vitesse critique du vent, autrement dit, l'état d'acclimatation mécanique baisse longitudinalement et, pour les arbres à risques, les casses devraient se faire par volis autour de 4m de hauteur.
<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>Figure 21 : Evolution de la sécurité longitudinale du tronc</figcaption></figure>
## Discussion sur les Résultats de la Bio-Mécanique :

Les expérimentations menées et les résultats obtenus ont permis d'estimer les coefficients de sécurité des arbres une fois la muraille déconstruite. De plus, elles ont permis d'identifier les arbres potentiellement qui semblent vulnérables face à un vent de 24 m/s. Pour ces arbres l'ensemble des coefficients de sécurité inférieurs à 1 concernent les parties supérieures de l'arbre. Les arbres jugés à risque se trouvent exclusivement au Nord de la muraille. En effet, les arbres situés au Sud montrent une meilleure acclimatation mécanique que ceux situés au Nord.

Une partie de ces différences pourrait à priori s'expliquer par les directions dans lesquelles nous avons sollicité les arbres lors des expérimentations. Les arbres du Nord ont été sollicités dans l'axe Nord Sud, axe dans lequel le diamètre dans le sens de la flexion est plus petit que le diamètre perpendiculaire à la flexion. En revanche, les arbres situés au Sud ont été sollicités dans l'axe Est Ouest, axe où le diamètre dans le sens de la flexion est supérieur au diamètre perpendiculaire au sens de la flexion. Le biais induit par le fait de ne pas avoir sollicité les arbres dans la même direction peut être corrigé. Toutefois, nous avons vu que les ovalisations restaient modérées et ne semblaient pas suffisantes pour expliquer l'importance des différences de sécurité mécanique mesurées entre les arbres situés au Nord et au Sud.

Le niveau de sécurité plus important des arbres situés au Sud s'explique par les caractéristiques physiologiques spécifiques qui sont dans un état de dépérissement. Ce dépérissement a pour effet de réduire leur hauteur et la surface de leur houppier, diminuant ainsi les forces de trainées dues au vent. Comme le décrit Bekkers, la réduction de la hauteur a pour effet de diminuer l'importance des bras de levier qui amplifient les forces et la réduction de la surface du houppier réduit la force de trainée des arbres (Bekkers et al. 2022). Le moment fléchissant engendré par le vent est donc relativement faible pour ces arbres, qui ont développé une structure adaptée à l'environnement mécanique qu'ils percevaient quand ils n'étaient pas en situation de dépérissement. À ce moment-là, ils étaient soumis à des moments fléchissant provoqués par des forces de traînée supérieures à celles qu'ils subissent actuellement. Le dépérissement de ces arbres les a finalement mis temporairement dans une situation favorable face au vent. En outre, bien que les arbres situés au Nord possèdent une rigidité de flexion supérieure à celle des arbres du Sud, cette différence ne s'explique pas par la variabilité du module d'élasticité (qui n'est pas différente entre le Nord et le Sud). En revanche, les différences de rigidité de flexion observées s'expliquent par les différences de géométrie de section et soulignent l'importance de la croissance radiale dans l'acclimatation mécanique des arbres. En outre, les modules d'élasticité observés sont plus faibles que ceux rapportés dans la bibliographie (Wessolly et Erb. 1998), ce qui souligne la diversité des propriétés mécaniques propres à chaque situation. Ces résultats soulignent l'importance de réaliser des tests mécaniques pour évaluer correctement le module d'élasticité des arbres.

En revanche, les arbres situés au Nord semblent en bonne santé, sans signe visible de dépérissement. Leur hauteur et la surface de leur houppier sont donc plus importantes et provoquent, selon (Bekkers et al. 2022), des moments fléchissant plus importants. Malgré un diamètre et une rigidité de flexion supérieurs, un vent de 24 m/s provoquerait des moments fléchissant plus élevés. Ainsi, leur état de sécurité face au vent est plus bas. Parmi les 10 arbres étudiés au Nord, 5 ne présentent pas un niveau d'acclimatation suffisant pour garantir leur sécurité à long terme. Par ailleurs, les tempêtes cinquantennales peuvent venir de l'Ouest ou du Sud. La présence du bâtiment pourrait avoir eu pour effet de protéger les arbres situés au Nord des vents du Sud, d'accélérer les vents ayant une direction Est Ouest, ce qui est cohérent avec les directions d'ovalisations observées. Le fait que les coefficients de sécurité les plus faibles soient observés au
Nord est cohérent avec le fait que les arbres aient été protégés des stimulations mécaniques depuis
le Sud et qu'ils ne soient pas dans un état d'acclimatation satisfaisant.

Le calcul de la largeur de cerne moyenne repose sur l'hypothèse que les arbres ont 50 ans. Il a été réalisé sur l'ensemble du jeu de données dans l'axe Est Ouest, qui est l'axe dans lequel la croissance radiale est la plus importante. Le potentiel d'acclimatation thigmomorphogénétique du tronc ne paraît pas compromis, ni pour les arbres situés au Nord ni pour les arbres situés au Sud. Des calculs plus approfondis permettraient de calculer le temps nécessaire à la mise en sécurité des arbres. Une mesure de l'évolution de la largeur des cernes réelle serait très intéressante pour évaluer le processus d'acclimatation mécanique par la croissance radiale. Cela pourrait être réalisé sur des carottes prélevées sur les troncs de façon non destructive.

Par ailleurs nos observations, ont mis en évidence l'existence d'une variabilité longitudinale du niveau de sécurité, cohérente avec les différents articles qui rejettent l'idée d'iso-sécurité.

En ce qui concerne les arbres dont le coefficient de sécurité est inférieur à 1, les recommandations qui semblent les plus appropriées consistent à mettre en place des protections pour empêcher l'accès à proximité de ces arbres, afin de réduire le danger qu'ils pourraient présenter. Une taille de réduction raisonnée peut-être préconisée pour diminuer la prise au vent. Pour minimiser l'impact de la taille, celle-ci devrait être réalisée dans le but de réduire les parties supérieures de l'arbre, qui agissent comme un bras de levier amplifiant les forces.

À travers la définition du risque, l'étude de l'impact du vent sur les arbres, l'analyse de leur morphologie et la caractérisation de leur rigidité de flexion, le protocole mis en œuvre a fourni les paramètres essentiels à l'utilisation du modèle mécanique. Ce protocole, qui s'appuie sur la littérature scientifique ainsi que sur un modèle mécanique performant, a permis d'approfondir l'étude mécanique des arbres en milieu urbain.

L'intérêt majeur de cette étude PETONCLE réside dans sa capacité à mettre en évidence la variabilité de paramètres tels que le module d'élasticité, ainsi que l'existence de profils distincts de niveaux d'acclimatation mécanique le long du tronc.

Les arbres en état de dépérissement, qui pourraient sembler plus suspects aux experts en raison de leur état, ne manifestent pas nécessairement de problèmes mécaniques majeurs. Par conséquent cette situation met en évidence que, se focaliser uniquement sur la catégorisation des défauts physiologiques ou pathologiques, ne permet pas de détecter les risques mécaniques pour lesquels une étude spécifique est nécessaire.
# Principales conclusions et Perspectives

## Suivi de l'état physiologique par micro-dendrométrie

Visuellement, les Tilleuls au Nord de ma « Muraille » semblent sains au démarrage du projet, alors que ceux au Sud présentent des signes de dépérissement (certains axes aux extrémités semblent morts ou desséchés). Le suivi micro-dendrométrique des variations de diamètre a montré quand 2022 voire 2023, les conditions de croissance étaient nulles ou très faibles avec de nombreuses périodes contraintes hydriques marquées entre deux pluies d'orage. En 2024, après une saison estivale plus clémente en 2023 et un printemps 2024 extrêmement pluvieux, la croissance secondaire semble repartir ..., jusqu'à quand ? En tout cas l'outil permet de suivre assez simplement et en temps réel le fonctionnement physiologique des arbres.

## Stratégies de résistance à la sécheresse

Les espèces d'arbres choisies, toutes originaires de la région méditerranéenne, sont connues pour leur tolérance à la sécheresse et leurs propriétés hydrauliques adaptées à des conditions relativement sèches. Elles devraient donc donner de bons résultats dans des sites où le volume du sol est limité et la disponibilité en eau réduite (Sjöman et al. 2015). Cependant, il y a eu des différences dans les résultats entre les espèces sélectionnées. La sécheresse peut déclencher chez les arbres des changements morphologiques et métaboliques, tels que la chute des feuilles et l'ajustement osmotique (par exemple par l'augmentation de la teneur en proline), qui agiront comme des mécanismes de protection (Oravec et al., 2023). Sjöman et al. (2015) ont constaté que les TLP estivaux chez *A. monspessulanum* étaient réduits en raison d'un ajustement osmotique saisonnier important. Parmi les espèces étudiées, *A. monspessulanum*, *C. australis*, *P. dulcis* et *S. aria* présentaient des valeurs HSM nettement plus élevées, ce qui suggère qu'elles possèdent des caractéristiques anatomiques et physiologiques qui améliorent leur résistance au stress hydrique. La capacité de ces espèces à maintenir une marge de sécurité significative entre l'apparition de l'embolie et la fermeture des stomates implique une stratégie hydraulique efficace, leur permettant d'équilibrer efficacement le transport de l'eau et les échanges gazeux, même dans des conditions de sécheresse.

Il convient de noter que les échantillons de *C. australis* ont été prélevés dans un site très chaud et sec (Puy de Crouel), ce qui peut expliquer pourquoi cette espèce est celle qui a montré les valeurs P50 les plus faibles et les valeurs HSM les plus élevées, étant donné son adaptation à un tel environnement et à de telles conditions. Par conséquent, ces quatre espèces semblent être des candidats prometteurs pour la plantation sur le site de Saint-Jacques.

D'autre part, le cas de *Platanus x hispanica* présente un paradoxe intéressant. Malgré sa vulnérabilité à l'embolie indiquée par une valeur HSM négative et un P50 élevé, cette espèce est réputée pour sa résistance à la sécheresse dans toutes les listes de recommandation d'espèces « d'avenir » et de fait sa plantation reste répandue dans les paysages urbains du bassin méditerranéen. Cette contradiction apparente pourrait être attribuée à une combinaison de facteurs. La résistance de *Platanus x hispanica* à la sécheresse peut provenir de sa capacité à réguler efficacement la fermeture des stomates, limitant ainsi le risque d'embolie et soutenant le transport de l'eau, cela reste à démonter. Cette espèce pourrait également posséder d'autres adaptations physiologiques, telles qu'une croissance racinaire, c'est dans le midi une espèce de ripisylve et une capacité de stockage de l'eau accrues, qui contribuent
à sa résilience globale aux conditions de stress hydrique. Il est aussi à regarder les conditions de croissance de cette espèce qui ont dû grandement changer entre le moment où elle a été introduite dans toute les villes du midi et de France et les conditions actuelles dans des volumes de sol réduits. De plus, cette espèce pourrait favoriser des taux de transport l'eau plus élevés à travers des conduits plus larges, mais cela pourrait se faire au prix d'un risque accru l'embolie.
Dans ce contexte, *C. australis* met l'accent sur la sécurité avec un HSM robuste, tandis que *Platanus x hispanica* adopte une approche plus conservatrice.

Les valeurs élevées de TLP observées chez *P. nigra* suggèrent que cette espèce a évolué vers une stratégie différente pour faire face au stress hydrique. Des valeurs TLP plus élevées étendent la plage effective du potentiel hydrique des feuilles et indiquent souvent la capacité à supporter des conditions sèches grâce à une régulation contrôlée de la fermeture des stomates. Dans les environnements arides ou semi-arides où la disponibilité de l'eau est limitée, les plantes comme *P. nigra* pourraient donner la priorité à la conservation de l'eau et à l'évitement de la sécheresse en maintenant un TLP plus élevé.

## Résistance à l'embolie estivale

Les différences entre les espèces peuvent être attribuées à l'anatomie du xylème, à la longueur des vaisseaux et à la structure des ponctuations, ainsi qu'aux différentes stratégies employées par les arbres. Une étude de Choat et al. (2009) a démontré que les membranes des ponctuations peuvent contribuer à 50% ou plus de la résistance hydraulique globale au sein du xylème. Par conséquent, les espèces ayant des membranes de ponctuations abondantes auront une plus grande efficacité dans le transport de l'eau et la résistance aux embolies. Cependant, des preuves substantielles montrent que la taille des pores dans les membranes de ponctuation, qui conduisent à l'ensemencement de l'air, pourrait être liée aux qualités mécaniques de la membrane et pas seulement à leur taille et à leur abondance. Hacke et Sperry (2001) suggèrent que pour comprendre comment la résistance à la cavitation est liée aux propriétés des ponctuations, nous devons également prendre en compte la résistance et la flexibilité des membranes des ponctuations. Même si des études antérieures établissent une corrélation positive entre la taille et la longueur des conduits du xylème et la sensibilité et la vulnérabilité à l'embolie, Sperry et al. (1994) suggèrent que ce lien n'est associé qu'à une cavitation induite par la congélation plutôt que par la sécheresse. Etant donné que nous avons sélectionné à la fois des espèces à porosité diffuse et à porosité annulaire tolérantes à la sécheresse, l'hypothèse communément admise selon laquelle les espèces à porosité annulaire sont intrinsèquement plus sensibles à l'embolie en raison de leurs vaisseaux plus longs et plus larges ne sera pas au centre de notre discussion.

## Classement des espèces en fonction de leur intérêt pour le projet

Dans cette partie, les espèces suivantes ont été classées en fonction de leurs valeurs HSM. L'ordre de classement, de la valeur HSM la plus élevée à la plus faible, est le suivant :

* *C. australis* > *A. platanoides* = *C. atlantica* > *S. aria* = *P. dulcis* = *A. monspessulanum* > *T. cordata*
> *P. nigra* > *P. sylvestris* > *C. siliquastrum* > *L. tulipifera* > *Platanus x hispanica*

Des espèces comme *A. platanoides*, *C. atlantica*, *T. cordata*, *P. sylvestris* et *L. tulipifera* sont déjà présentes sur le site de Saint-Jacques. Les autres espèces, *C. australis*, *S. aria*, *P. dulcis*, *A*.
*monspessulanum, P. nigra, C. siliquastrum et Platanus x hispanica* font l'objet de cette étude pour leur adéquation au projet PETONCLE.

Arrêtons-nous sur le cas du Tilleul (>40% sur la zone du projet), pour lequel dans la littérature, nous avons retrouvé des valeurs proches, bien que manifestant un léger écart de 0,1 à 0,4 MPa pour les points de résistance à l'embolie (P₁₂ : 2,44 ± 0,03 MPa ; P₅₀ : 3,06 ± 0,03 MPa ; P₈₈ : 3,69 ± 0,04 MPa), une plus grande différence pour le point de fermeture stomatique (Pₜₗ : 2,23 ± 0,03 MPa) et allant jusqu'à 1 MPa pour la marge de sécurité hydraulique (HSM : 0,84 ± 0,05 MPa) selon Fuchs *et al.*, (2021). Ces différences peuvent s'expliquer par le contexte de développement des différentes populations de Tilleul. La forte contrainte hydrique comme à Saint Jacques (plateau basaltique avec de faible ressource en eau dans le sol) assez récurrente pourrait conférer aux tilleuls de Clermont-Ferrand une plus grande marge de sécurité hydraulique. En tout cas, on voit que même dans ces conditions favorables à la résistance à la sécheresse, les Tilleuls de Saint Jacques ont souffert en 2022 et qu'il vaut mieux donc chercher des espèces à HSM plus fort que 1.8.

## Conclusions sur l'Hydraulique et la Bio-mécanique

L'évaluation complète des caractéristiques hydrauliques clés, TLP, P₅₀ et HSM, a fourni des informations précieuses sur les stratégies de tolérance à la sécheresse des espèces d'arbres sélectionnées. Nos résultats mettent en lumière les divers mécanismes utilisés par ces espèces pour faire face au stress hydrique et indiquent leur aptitude potentielle pour le projet PETONCLE sur le site de Saint-Jacques. Parmi les espèces étudiées, *Acer monspessulanum, Celtis australis, Prunus dulcis, et Sorbus aria* ont émergé comme des candidats prometteurs en raison de leurs valeurs HSM notablement plus élevées, reflétant leur capacité à résister aux conditions de sécheresse et leur adaptabilité potentielle à l'environnement urbain. Cela correspond à leur origine méditerranéenne et à leurs propriétés hydrauliques inhérentes bénéfiques à des conditions relativement sèches.

Les arbres ayant eu des **conditions de croissance contrastées** présentent une **différence importante de niveau de sécurité mécanique**. Les expérimentations mises en place ont permis d'identifier des arbres potentiellement à risque, tous situés dans l'alignement au Nord du bâtiment. Les différences de niveau de sécurité observées s'expliquent par l'état de dépérissement des arbres situés au Sud. Une variabilité longitudinale a été mise en évidence avec une décroissance du niveau de sécurité corrélée à l'augmentation de la hauteur. Les paramètres du modèle qui influencent la rupture des arbres sont la hauteur, la surface du houppier, le moment quadratique de section, ainsi que la déformation à la rupture. Les indices **d'acclimatation thigmomorphogénétique** identifiés et la **croissance radiale** permettront l'**acclimatation mécanique des arbres**.
## Perspectives Hydraulique et Bio-Mécanique

Si l'on considère la notion de plasticité, l'ampleur de l'ajustement osmotique, le comportement stomatique et les propriétés des racines, par exemple, peuvent servir d'indicateurs de l'adaptabilité d'un arbre à des niveaux d'eau variables dans le sol (Sjöman et al. 2015). La plasticité de la réponse de l'arbre au stress hydrique peut s'avérer précieuse lors de la sélection des espèces à planter dans les sites urbains. Il est possible que les espèces ayant une plus grande plasticité soient plus résistantes aux scénarios climatiques futurs qui prévoient une modification des régimes de précipitations (Sjöman et al. 2015). Il existe plusieurs "pistes" pour améliorer notre compréhension de la tolérance à la sécheresse et des stratégies hydrauliques chez les espèces d'arbres. L'élargissement de la gamme des espèces étudiées, notamment en incluant celles qui ont des vaisseaux de grande longueur comme certaines espèces de *Quercus*, pourrait offrir une vision plus complète (Nardini & Pitt 1999 ont étudié la résistance à la sécheresse de *Quercus pubescens* en utilisant des caractéristiques telles que la conductance à la vapeur d'eau et la vulnérabilité à la cavitation du xylème des tiges et des feuilles). En outre, l'intégration d'un ensemble plus large de caractères tels que la surface foliaire spécifique, le taux de photosynthèse et la conductance foliaire minimale pourrait fournir une évaluation plus complète de la résistance à la sécheresse. De même que des études génétiques explorant l'héritabilité des traits de tolérance à la sécheresse chez les arbres au sein des populations pourraient aider à sélectionner des candidats pour les futurs efforts de plantation en milieu urbain.

Pour la partie Bio-mécanique, une estimation plus approfondie de l'exposition à laquelle les arbres seront confrontés après la déconstruction de la muraille permettrait d'améliorer la précision des analyses. Dans ce projet, nous avons établi un contact avec l'entreprise Météodyn et élaboré une méthodologie pour modéliser le comportement du vent post-déconstruction. Cette modélisation pourrait être entreprise lors d'une prochaine campagne de mesures. L'utilisation du logiciel TopoWind permettrait alors de considérer l'impact de l'orographie et de la rugosité du site sur la vitesse du vent, tandis que le logiciel UrbaWind prendrait en compte l'influence des bâtiments et des éléments du paysage environnant pouvant affecter la vitesse et la dynamique du vent (https://meteodyn.fr/). Par ailleurs, afin d'améliorer le calcul des forces de traînée, une expérimentation visant à mesurer directement les déformations induites par une vitesse de vent mesurée pourrait être réalisée en suivant le protocole proposé par (Bekkers et al, 2022). Cette mesure permettrait de prendre en considération l'effet de reconfiguration du houppier et de la variabilité du coefficient de traînée en fonction de la vitesse du vent.

En ce qui concerne les quelques arbres présentant un coefficient de sécurité inférieur à 1, le calcul de la croissance radiale nécessaire à leur sécurisation pourrait permettre d'estimer leur capacité à s'assurer une protection à travers l'acclimatation thigmomorphogénétique. Un suivi continu des caractéristiques morphologiques telles que le diamètre, l'aire du houppier et la hauteur de l'arbre pourrait fournir chaque année une évaluation du niveau de sécurité des arbres face au vent, ainsi que l'étude des mécanismes d'acclimatation mécanique. De plus, une étude approfondie pourrait permettre de dimensionner des tailles à effectuer pour assurer la sécurité des arbres.

On voit ici tout l'intérêt de cette approche bio-mécanique associée à des méthodes de suivi par capteur des arbres pour préserver au maximum les arbres adultes sains en place sans risque de casses avant de pouvoir les remplacer par des arbres plus résistants aux changements climatiques à venir.
Enfin, en donnant la priorité aux caractéristiques de tolérance à la sécheresse et aux considérations esthétiques, les urbanistes et les arboristes peuvent créer des environnements plus verts et plus durables. Les espèces identifiées dans notre étude possèdent les caractéristiques nécessaires pour faire face à une disponibilité réduite en eau et contribuer à l'amélioration écologique et esthétique du paysage urbain. Face aux défis du changement climatique, la sélection stratégique et la plantation d'arbres présentant une meilleure résistance à la sécheresse deviennent de plus en plus crucales, ce qui fait de nos résultats une ressource précieuse pour la planification urbaine et les efforts de restauration écologique.

Des recherches futures pourraient permettre d'approfondir d'autres caractéristiques et mécanismes afin de mieux comprendre les stratégies d'adaptation employées par ces espèces d'arbres.

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ANNEXES : Pétoncle, la presse en parle

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Métro
TRANSITION ÉCOLOGIQUE ET ÉNERGÉTIQUE

# Expérimenter pour dessiner le Saint-Jacques de demain

Le projet de grand parc métropolitain fait l'objet d'expérimentations
ou sein du quartier Saint-Jacques, à Clermont-Ferrand. L'objectif ? Imaginer un parc durable pour l'avenir.

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Le quartier Saint-Jacques est le théâtre de nombreuses expérimentations, dans le cadre du projet de renouvellement urbain de Clermont Auvergne Métropole, financé par l'ANRU (Agence nationale pour la rénovation urbaine). Élément phare de ce projet : la déconstruction des bâtiments de la muraille de Chine et de l'Allée des Dômes, remplacés par un grand parc urbain.

"Le paysagiste nous a conseillé des plantations avec des essences résistantes aux changements de climat dans les 50 prochaines années", explique Véronique Delgado, cheffe du projet à la Métropole. Un projet recherché a donc été proposé en collaboration entre le cabinet urbaniste-paysagiste Devillers & Associés, la Métropole et le Laboratoire UMR-PIAF de l'INRAE et l'UCA. Parmi les critères étudiés : la sécheresse et la résistance au gel.

Les chercheurs du laboratoire mènent actuellement deux actions. La première consiste à suivre les enregistrements de dix capteurs qui ont été placés sur des tilleuls situés au nord et au sud de la muraille de Chine. Ils mesurent la croissance et le stress hydrique (son besoin en eau, NDLR) de l'arbre au quotidien. "Ces données nous permettent par exemple de voir qu'il y a des signes

de dépérissement sur les tilleuls exposés plein sud", détaille Thierry Améglio, qui a passé 30 ans à mettre au point ces capteurs. Le chercheur aimerait continuer à enregistrer les données une fois que la muraille sera détruite (privant ainsi les arbres de son ombre ou de son effet par-vent), afin de suivre l'évolution de son expérience sous de nouvelles conditions climatiques.

La deuxième action, elle, se passe au sein du laboratoire. "On vo extraire une quinzoine d'essences en partie présente sur le quartier et en proposer d'autres. Nos outils de recherche vont nous permettre de tester leur résistance aux contraintes hydriques et thermiques", résume Thierry Améglio. Parmi celles envisagées se trouvent notamment le micocoulier (un arbre de Provence) ou encore le chêne vert, une essence également méditerranéenne. "Nous allons être obligés de foire de la migration assistée pour foire foce à la vitesse des changements climatiques, ce qui veut dire planter des espèces plutôt venues du sud", constate le chercheur.

Le choix des essences se fera ensuite en concertation entre le laboratoire, le paysagiste et la Métropole. La livraison du parc est prévue début 2026. D'ici-là, la Métropole souhaite présenter aux habitants le résultat des expérimentations à la maison du projet.

LA TOILE SE TISSE ...

Et si le quartier Saint-Jacques pouvait se dupliquer sur un espace numérique sur lequel observer les flux énergétiques entrants et sortants ? C'est le principe d'une toile énergétique imaginée par la direction de la Métropole Intelligente et la direction du Développement Durable et Énergie de la Métropole. Cet outil servirait entre autres à identifier les leviers d'action au niveau local pour réduire la part de consommation d'énergie non renouvelable et augmenter celle de l'énergie renouvelable. Grâce aux mutations en cours dans le quartier, des données énergétiques ont déjà été récoltées, permettant d'envisager le projet. En début d'année, des étudiants de l'Université Clermont Auvergne iront notamment à la rencontre des habitants du quartier Saint-Jacques pour recueillir des données sur les caractéristiques des habitations et leur mode de chauffage.
CLERMONT INNOVATION / RECHERCHE-ACTION : UN ACCOMPAGNEMENT POUR INNOVER ET EXPÉRIMENTER SUR LE TERRITOIRE

23/01/2024 Dynamiser, entreprendre...

La 7e édition de l'appel à projet Recherche-Action est en cours. Par ce dispositif, Clermont Auvergne Métropole accompagne financièrement des projets de recherche qui seront utiles à des entreprises, associations, collectivités... L'objectif ? Favoriser l'émergence de nouvelles idées et les expérimentations sur le territoire métropolitain.

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L'appel à projet Recherche-Action 2024

Si toutes les thématiques sont les bienvenues, les projets traitant de l'égalité homme-femme sont particulièrement encouragés cette année. Pour être lauréat et bénéficier d'un financement allant jusqu'à 35 000 euros, les candidats devront présenter un projet de partenariat acteur-chercheur, d'une durée de 6 à 18 mois, qui mène à l'élaboration d'un programme de recherche.

Au terme du projet, il est attendu des partenaires chercheurs la production de livrables concrets que les acteurs pourront s'approprier et faire suivre d'effets. La subvention pourra couvrir les frais de personnel et les frais de fonctionnement. Les candidatures sont ouvertes jusqu'au 4 mars 2024.

> Pour candidater

Zoom sur le projet lauréat "PETONCLE" : repenser la gestion des arbres en ville

En 2022, "PETONCLE" remporte l'appel à projet recherche-action, avec un financement de 35 000€ de la Métropole. Il repose sur un partenariat entre Clermont Auvergne Métropole et le Laboratoire de Physique et Physiologie Intégrative de l'Arbre en environnement Fluctuant (PIAF) de l'INRAE. Pendant 18 mois, le projet utilise le quartier de Saint-Jacques Nord comme laboratoire en plein air pour étudier les arbres urbains afin d'améliorer leur gestion et leur entretien.

En effet, les arbres urbains sont essentiels au bien-être des citadins : régulation de la température, captation des eaux de ruissellement, filtration de l'air, réduction du bruit, fixation du carbone, maintien de la biodiversité... Mais une plantation mal planifiée ou une mauvaise gestion peuvent occasionner des préjudices et limiter leurs impacts positifs. Avec le changement climatique, les arbres en ville font aussi face à des facteurs de stress qui augmentent le risque de dépérissement.

L'objectif de PETONCLE était donc de comprendre la santé des arbres avant la destruction de la Muraille de Chine, identifier les caractéristiques écophysiologiques des espèces présentes et futures dans la zone, et créer un plan de gestion pour les nouvelles plantations.

Le projet a permis un partage de connaissance sur l'arbre urbain et de souligner l'importance de leur rôle sur les îlots de chaleur urbains. Il a également permis de suivre le fonctionnement physiologique et les contraintes qui s'exercent sur l'essence la plus représentée dans le quartier étudié, le Tilleul. Enfin, un livret regroupant la méthodologie de recherche sur les caractéristiques physiologiques, mécaniques et morphologiques des arbres urbains a été élaboré.

Cette approche scientifique novatrice pour repenser la foresterie urbaine à Clermont-Ferrand aura un impact significatif pour créer des zones arborées plus durables et résilientes.
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INRAO

> Rapport d'activité 2022

## UN PARC URBAIN DURABLE POUR L'AVENIR

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Afin d'imaginer un parc urbain durable pour la ville de Clermont-Ferrand, un projet de recherche a été proposé en collaboration entre le cabinet urbanise-paysagiste Devilliers & Associés, la Métropole et l'UMR Physique et physiologie intégratives de l'arbre en environnement fluctuant (PIAF). Suite à la déconstruction des bâtiments de la « muraille de Chine » du quartier Saint-Jacques, les chercheurs étudient la résistance à la sécheresse et au gel grâce à des enregistrements produits par des capteurs placés sur des tilleuls situés au nord et au sud de la « muraille ». Ils vont ensuite tester cette résistance à partir d'extraits d'essences dans un laboratoire. Une fois la « muraille » détruite, privant ainsi les arbres de son ombre ou de son effet pare-vent, les enregistrements continueront afin de suivre l'évolution sous de nouvelles conditions climatiques. Plus largement, ce projet PETONCLE financé par Clermont Auvergne Métropole a pour but de fournir des données utiles pour planter des arbres en milieu urbain.

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