La pompe cardiaque de l’érable

Pour fabriquer du sirop d’érable, il faut en récolter la sève en perçant un trou dans le tronc au printemps. La sève se met à couler et peut être transférée dans des cuves pour la faire bouillir. Le processus d’évaporation qui s’en suit permet de concentrer le sucre pour en faire du sirop.
Mais si on fait du sirop d’érable et non pas du sirop de platane c’est bien parce que l’érable a une propriété bien particulière qui permet aux acériculteurs (les cultivateurs d’érables à sucre) de récolter sa sève. Au printemps, la sève de l’érable se déplace sur toute la hauteur de l’arbre et c’est lors de ce mouvement que la sève est récoltée. Mais par quels phénomènes la sève se déplace-t-elle ?
Le processus de montée et descente de la sève est expliqué par deux phénomènes physiques : un cycle de compression/dilatation de gaz ainsi qu’un phénomène de pression osmotique.
La tuyauterie qui permet à l’arbre d’amener ses nutriments des racines jusqu’aux branches est appelé «xylème ». La sève circule donc dans ces tuyaux qui sont constitués de deux éléments principaux : les vaisseaux et les fibres de bois.

vaisseaux

Un vaisseau entouré de fibres de bois [1]

Dans tous les arbres, les vaisseaux et les fibres sont remplis d’eau (la sève) mais la grande particularité de l’érable est que ses fibres, elles, contiennent du gaz et non pas de l’eau. L’interaction entre les fibres et les vaisseaux va constituer une sorte de système cardiaque spécifique à l’érable.

Prenons une journée aux températures positives. Il y a alors de l’eau liquide dans les vaisseaux et du gaz dans les fibres. Pour simplifier je ne vais représenter qu’une seule fibre mais en réalité, il y en a plusieurs autour de chaque vaisseau.

fibre

 

 

Au printemps, la nuit, les températures descendent souvent autour de -10 degrés et le gaz dans les fibres se comprime entrainant une succion d’eau depuis les vaisseaux vers les fibres. C’est donc un déplacement latéral d’eau.

succion

La membrane qui se trouve entre les vaisseaux et les fibres ne laisse pas passer le sucre contenu dans l’eau. C’est donc de l’eau pure qui rentre dans les fibres, pendant que le sucre reste dans les vaisseaux. Mais du coup, il manque de l’eau dans les vaisseaux. Une seconde succion se produit alors, mais verticale cette fois-ci : l’eau des racines remonte dans l’arbre pour que la quantité d’eau dans les vaisseaux reste la même.

L’eau aspirée par les fibres finit par geler. Et comme la glace occupe plus de place que l’eau, le gaz est comprimé encore plus.

gaz comprimé

Le jour, lorsque les températures sont plus clémentes, l’eau sur les parois des fibres dégèle peu à peu et le gaz précédemment comprimé repousse alors l’eau dans ses vaisseaux d’origine. Ce qui augmente la pression dans les vaisseaux.

degel

Ce phénomène seul suffit à créer une pression à l’intérieur des vaisseaux supérieure à la pression atmosphérique. Mais un second phénomène appelé « pression osmotique » se produit également : l’eau contenue dans les fibres ne contient pas de sucre contrairement à l’eau présente dans les vaisseaux car il a été filtré par la membrane. Cette différence de concentration va inciter l’eau des fibres à retourner dans le vaisseau pour rééquilibrer le taux de sucre : c’est le phénomène d’osmose.

osmose

 

Ces deux phénomènes combinés amènent à une pression totale dans les vaisseaux de 30% à 60% plus élevée que la pression atmosphérique. Et quand on fait un trou dans l’arbre, comme la pression est plus élevée, l’eau excédentaire qui serait retournée dans le sol, d’où elle vient, met à couler dans le seau.

Pour en savoir plus sur la fabrication du sirop d’érable :

 

Sources :

[1] Damián CIrelli, Richard Jagels and Melvin T. Tyree “Toward an improved model of maple sap exudation: the location and role of osmotic barriers in sugar maple, butternut and white birch”, 2008, tree physiology 28, 1145–1155

[2] Maurizio Ceseri, John M. Stockie , “A mathematical model of sap exudation in maple trees governed by ice melting, gas dissolution and osmosis”, journal on applied mathematics, 73(2):649-676, 2013

[3] P. M. Cortes and T. R. Sinclair, “The role of osmotic potential in spring sap flow of mature sugar maple trees (acer sacchdrum marsh)”, journal of experimental botany, vol. 36, no. 162, pp. 12-24, january

[4] Robert W. Johnson, Melvin T. Tyree, and Michael A. Dixon, “A requirement for sucrose in xylem sap flow from dormant maple trees”, plant physiol. (1987) 84, 495-500

[5] M. A. Zwieniecki & N. M. Holbrook, “Diurnal variation in xylem hydraulic conductivity in white ash (fraxinus americana l.), red maple (acer rubrum l.) and red spruce (picea rubens sarg.)”, plant, cell and environment (1998) 21, 1173–1180

[6] Melvin Tyree, “Maple Sap Exudation: How it Happens”, Maple Syrup Journal. 4(1) :10-11

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2 Responses

  1. Xavier P. says:

    Merci, c’est passionnant ; tout comme la plupart de vos vidéos. Je dis “la plupart” et pas “toutes” parce que je n’ai pas encore tout découvert 🙂

    Simple, concis, scientifique et abordable : bravo à vous.
    Continuez, votre travail est remarquable !

    Xavier P. (From France)

  2. Kaeso says:

    Maizalors! Y-a-t’il d’autres arbres de la même famille qui permettraient de faire du sirop?

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