Pourquoi les arbres forment-ils un cerne par an ?
― La différence de couleur vient de l'épaisseur des parois cellulaires
Compter les anneaux d'une souche permet de connaître le nombre d'années qu'a vécu l'arbre. C'est bien connu, mais l'arbre, lui, ne compte pas. Les anneaux clairs et sombres apparaissent parce que l'arbre change la forme des cellules qu'il fabrique entre le printemps et l'automne. Le cerne est donc l'enregistrement du moment où l'arbre change sa façon de travailler selon la saison.
Vous avez sans doute déjà vu, dans un parc ou sur un sentier, la souche d'un arbre coupé. Sa surface est couverte d'anneaux fins et serrés.
En y regardant de plus près, on voit que des bandes claires et sombres alternent. Vers le centre, les anneaux sont espacés ; vers l'extérieur, ils semblent de plus en plus resserrés.
Que représentent au juste ces anneaux empilés ? Et pourquoi apparaissent-ils à un rythme aussi régulier, un par an ?
Il y a essentiellement deux raisons
Un arbre ne grossit pas parce que tout le tronc gonfle. Seule une couche aussi fine qu'une feuille de papier, juste sous l'écorce, continue de fabriquer des cellules. Les cellules produites restent en place, à l'intérieur, et gardent la trace exacte de l'année où elles sont nées.
Au printemps, il faut transporter beaucoup d'eau : l'arbre fabrique de grandes cellules à parois fines. De la fin de l'été à l'automne, il fabrique plutôt de petites cellules à parois épaisses, pour soutenir sa structure. Ce couple « partie poreuse / partie dense » forme le cerne d'une année.
Autrement dit, le cerne n'est pas une graduation pour compter l'âge : c'est le journal de bord d'une année de vie de l'arbre. Voyons cela en détail.
L'arbre ne grossit que juste sous l'écorce
Le centre du tronc n'est qu'un amas de vieilles cellules qui ont déjà fini leur rôle. Elles ne grandissent plus. La seule partie vivante, qui continue à multiplier ses cellules, est une fine couche située sous l'écorce.
Cette couche fabrique, vers l'extérieur, les cellules qui deviendront l'écorce, et vers l'intérieur, celles qui deviendront le corps du tronc. Les cellules produites finissent en tubes conducteurs d'eau ou en piliers de soutien, puis se figent. Le tronc a donc une structure en oignon, qui empile les couches, année après année, vers l'extérieur.
Vous avez peut-être entendu dire qu'un clou planté dans un tronc, enfant, se retrouve toujours à la même hauteur une fois adulte. C'est parce qu'un arbre grandit par son extrémité, pas en étirant le milieu du tronc. La hauteur du milieu du tronc ne change donc jamais. Grossir comme grandir ne se produit qu'à des endroits bien précis.
Les cellules du printemps sont grandes, celles de l'automne sont petites
Au printemps, quand les feuilles s'ouvrent toutes en même temps, l'arbre doit envoyer une grande quantité d'eau des racines vers les feuilles. Plus un tube conducteur est large, plus l'eau y circule facilement. L'arbre fabrique alors en abondance des cellules larges, à parois fines. Cette partie, pleine d'interstices, est poreuse.
De la fin de l'été à l'automne, l'élan de croissance se relâche. Ce n'est plus le transport de l'eau qui compte le plus, mais le soutien du corps déjà développé. Les cellules produites deviennent plus petites, et leurs parois s'épaississent. Cette partie du bois est bien plus dense.
Cette différence de densité devient directement une différence d'aspect. La partie printanière, poreuse, diffuse beaucoup la lumière et paraît claire ; la partie dense paraît sombre. Regardez la figure 1 : un anneau clair et un anneau sombre forment ensemble la croissance d'une année.
Une année bien arrosée et bien ensoleillée fait beaucoup grandir l'arbre, et le cerne s'élargit. À l'inverse, une année sèche ou ombragée donne un anneau plus fin. Les arbres d'une même région montrent souvent des variations d'épaisseur semblables pour une même année. En comparant ces motifs, on peut dater le bois sans avoir à abattre l'arbre.
Dans les régions tropicales, où les saisons diffèrent peu, les anneaux peuvent être flous, voire difficiles à compter. C'est parce que le cerne n'enregistre pas « une année écoulée », mais « un grand changement des conditions de croissance ». Là où saison des pluies et saison sèche sont bien marquées, cette différence peut tout de même se traduire par des anneaux.
En résumé
L'arbre ne grossit que par une fine couche sous l'écorce. Au printemps, il fabrique de grandes cellules pour transporter l'eau ; en automne, de petites cellules à parois épaisses pour soutenir son corps. La partie poreuse paraît claire, la partie dense paraît sombre. Ensemble, elles forment le cerne d'une année. Le cerne est l'enregistrement du moment où l'arbre change sa façon de travailler selon la saison.
Le cerne n'est pas une graduation d'âge.
C'est l'épaisseur que prend, année après année, le mode de vie de l'arbre.
Pour savoir comment l'arbre fait monter l'eau jusqu'à cent mètres de hauteur, voir Comment les arbres font-ils monter l'eau jusqu'à cent mètres de haut ?. Pour comprendre pourquoi les feuilles changent de couleur selon la saison, voir Pourquoi les feuilles d'automne deviennent-elles rouges ou jaunes ?.
- Si vous trouvez une souche près d'un parc ou d'un chantier, essayez de compter les anneaux du centre vers l'extérieur. L'astuce : comptez une bande claire et une bande sombre comme une seule unité.
- Comparez la largeur des anneaux. Des années larges et étroites devraient alterner. Vérifiez aussi si une autre souche du même endroit présente une séquence de largeurs semblable.
- Observez le grain d'une planche de bois qui vous entoure, planche à découper ou table. Une planche est une coupe longitudinale du tronc, où les cernes apparaissent sous forme de bandes ou de motifs en pointe. Au toucher, la partie sombre paraît parfois légèrement plus dure.
En cherchant une souche, ne pénétrez pas sur une propriété privée ni dans une zone interdite d'accès. Il n'est absolument pas nécessaire d'abîmer un arbre vivant.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuelsDu niveau collège au niveau universitaire spécialisé, le niveau de chaque partie est indiqué
- Collègeniveau des sciences au collège
- Lycéeniveau du programme de biologie au lycée
- Lycée +contenu d'approfondissement ou d'encadré du manuel de lycée
- Universiténon enseigné au lycée : matière universitaire spécialisée (physiologie végétale, physique du bois)
- Recherchepas encore enseigné comme « établi » même à l'université : sujet en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Cambium : la fine couche, juste sous l'écorce, qui continue à fabriquer des cellules. C'est son activité qui fait grossir l'arbre.
- Bois de printemps (ou bois initial) et bois d'automne (ou bois final) : la partie formée tôt dans l'année, faite de grandes cellules à parois fines, est le bois de printemps. Celle formée tard, faite de petites cellules à parois épaisses, est le bois d'automne. Ce sont elles qui forment les bandes claires et sombres.
- Dendrochronologie : le domaine de recherche qui compare les séquences de largeur des cernes pour dater le bois. On l'utilise pour dater les poutres de bâtiments ou de vieilles planches.
CollègeLycéeVérification par le calcul : estimer la croissance annuelle à partir des cernes
Connaître le nombre de cernes et le diamètre du tronc permet d'estimer de combien le rayon du tronc s'est allongé chaque année en moyenne. Trois grandeurs entrent en jeu. Le diamètre est l'épaisseur du tronc, en centimètres. Le nombre est le nombre de cernes comptés, en unités. L'allongement est l'augmentation annuelle du rayon, en millimètres.
| En symboles | g = (D ÷ 2) ÷ N |
| En mots | Croissance annuelle = rayon du tronc ÷ nombre de cernes |
| D'où vient cette formule | Le tronc s'agrandit d'une couche par an, juste sous l'écorce, si bien que le rayon est la somme des « épaisseurs annuelles » sur autant d'années qu'il y a de cernes. Cette formule en calcule la moyenne, à l'envers. |
| Diamètre du tronc (largeur de la souche) | 60 centimètres |
| Nombre de cernes comptés | 100 |
| Relation entre les unités de longueur | 1 centimètre = 10 millimètres |
| Rayon à partir du diamètre | 60 ÷ 2 = 30 |
| Croissance annuelle du rayon (centimètres) | 30 ÷ 100 = 0,3 |
| Conversion en millimètres | 0,3 × 10 = 3 |
L'épaisseur gagnée chaque année représente environ 3 millimètres de rayon, soit à peu près une mine de crayon superposée. C'est l'empilement de 100 de ces fines couches qui a donné un tronc de 60 centimètres de large.
LycéeLycée +Pourquoi une différence de densité devient une différence de couleur
LycéeLe bois est composé principalement de cellulose et de lignine. Là où les parois cellulaires sont épaisses, il y a plus de matière par volume, donc une densité plus élevée. Une densité élevée laisse moins passer la lumière, ce qui paraît sombre.
Lycée +Un autre mécanisme entre en jeu : la diffusion de la lumière. Là où s'alignent des cellules à parois fines, les cavités internes sont nombreuses, avec beaucoup de frontières entre air et paroi cellulaire. À chaque frontière, la lumière change de direction, si bien qu'une grande partie de la lumière reçue ressort vers l'extérieur. C'est pour cela que cette zone paraît claire. C'est le même principe que la neige, qui paraît blanche : ce n'est pas la couleur du matériau qui compte, mais le nombre de frontières.
UniversitéLe cerne se lit aussi comme une « courbe de densité », pas seulement comme une largeur
Dans la recherche sur les cernes, on ne se contente pas de mesurer leur largeur : on utilise des rayonnements ou de la lumière pour mesurer finement la densité du bois, et enregistrer sa variation au cours de l'année sous forme de courbe. On sait que la densité maximale du bois d'automne correspond bien à la température de fin d'été de l'année en question, ce qui en fait un indice pour reconstituer les climats passés. La mesure des rapports isotopiques du carbone et de l'oxygène incorporés dans le bois permet aussi d'obtenir des informations sur les précipitations et l'humidité de l'année. Le cerne est donc un registre à plusieurs couches d'informations superposées : largeur, densité et isotopes.
Ces méthodes relèvent de la dendrochronologie, et la couche de cellules qui fait grossir le tronc vers l'extérieur s'appelle le cambium.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Dendrochronologie (Wikipédia, en japonais) ／ Cambium (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore bien compris
- Le problème du décalage entre croissance et température Dans certaines régions de haute latitude, on a récemment signalé des écarts entre la température estimée à partir des cernes et la température réellement mesurée. Plusieurs hypothèses sont encore examinées, notamment l'effet de la sécheresse ou des variations d'ensoleillement.
- Le mécanisme qui déclenche le passage au bois d'automne Parmi la durée du jour, la température et le manque d'eau, on ne sait pas encore précisément quel facteur, dans quelle proportion, fait épaissir les parois cellulaires. Cela semble varier selon l'espèce et le lieu, et le sujet reste en cours de clarification.
- Comment lire les cernes des arbres tropicaux Dans les régions où les saisons diffèrent peu, les cernes peuvent être flous, ou se former plusieurs fois par an. On teste des méthodes combinant notamment les isotopes pour distinguer les années.
Autrement dit, le contenu de cet article reste « l'explication dans la limite de ce que l'on sait aujourd'hui ». Les anneaux d'une souche paraissent simples, mais la façon de les lire continue d'être révisée.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences／structure des végétaux | Le tronc qui grossit par l'extérieur, bandes claires et sombres |
| Lycée | Biologie／organisation et croissance des végétaux | Le rôle du cambium, bois de printemps et bois d'automne |
| Lycée + | Physique／diffusion et réflexion de la lumière | Pourquoi la différence de densité devient une différence de clarté |
| Université | Physiologie végétale・physique du bois | Courbe de densité, reconstitution du climat par les isotopes |
| Recherche | Climatologie dendrologique | Décalage entre croissance et température, cernes tropicaux |
| ― | Liens avec la vie quotidienne | Le grain visible d'une planche à découper ou d'un meuble, comment compter les anneaux d'une souche |
- NOAA National Centers for Environmental Information, « Paleoclimatology Data »
- Fritts, H. C. Tree Rings and Climate, Academic Press, 1976
- Schweingruber, F. H. Tree Rings: Basics and Applications of Dendrochronology, Reidel, 1988
- Société japonaise des sciences du bois (日本木材学会), Cours de science du bois — Physique du bois (木材科学講座 木材の物理), Kaiseisha
- Institut de recherche forestière et sur les produits forestiers (森林総合研究所), vulgarisation grand public sur la structure du bois et les cernes
※ Cet article est une vulgarisation scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Si vous observez des souches à l'extérieur, ne pénétrez pas sur une propriété privée ou dans une zone interdite d'accès, et suivez les consignes des autorités locales ou des gestionnaires du site.