En bref : l'anisotropie désigne le fait qu'une propriété change selon la direction dans laquelle on la mesure. Chez les plantes, elle explique à la fois pourquoi le bois se fend dans un sens plutôt qu'un autre et pourquoi une cellule s'allonge au lieu de gonfler comme un ballon.
L'anisotropie est la propriété d'un matériau dont les caractéristiques physiques ou mécaniques diffèrent selon la direction de mesure. Le terme vient du grec an (négatif), isos (égal) et tropos (direction). Un matériau isotrope a les mêmes propriétés dans toutes les directions ; un matériau anisotrope présente des différences selon l'axe.
Anisotropie du bois
Le bois est l'un des matériaux naturels les plus anisotropes : ses propriétés mécaniques (module d'Young, résistance à la compression, gonflement) diffèrent fortement entre les directions axiale (dans le sens de la fibre), radiale (du centre vers l'écorce) et tangentielle (perpendiculaire aux rayons). Cette anisotropie résulte de l'organisation des cellules du bois en fibres longues et parallèles, renforcées par des microfibrilles cellulosiques orientées.
Ce que cela change pour le bois du jardin
Le retrait au séchage est très faible dans le sens de la fibre et nettement plus marqué en travers, avec un retrait tangentiel supérieur au retrait radial. Cet écart explique les fentes en étoile qui s'ouvrent depuis l'écorce sur une bûche ou un rondin qui sèche, et la tendance des planches débitées sur dosse à se cintrer. Les planches débitées sur quartier, dont les cernes sont perpendiculaires à la face, travaillent moins : c'est pourquoi on les recherche pour les bacs de culture, les bordures et les objets exposés aux alternances d'humidité. Pour la même raison, un bois se fend facilement dans le sens de la fibre, alors qu'il résiste bien mieux à une charge appliquée dans cet axe.
Anisotropie cellulaire et croissance
La croissance cellulaire des plantes est fondamentalement anisotrope : les cellules s'allongent plus dans un sens que l'autre grâce à l'orientation des microfibrilles de cellulose dans la paroi primaire. Cette anisotropie est contrôlée par les microtubules corticaux qui guident le dépôt des microfibrilles. La manipulation de ce système (par des mutations ou des hormones) modifie la forme des cellules et la morphologie de la plante.
Le mécanisme pas à pas
- La pression de turgescence pousse dans toutes les directions : sans paroi orientée, une cellule végétale grandirait de façon isotrope et deviendrait sphérique, comme le fait un protoplaste privé de sa paroi.
- Les microfibrilles agissent comme des cerclages : disposées en majorité à angle droit de l'axe d'allongement, elles résistent à l'expansion latérale et laissent la cellule s'étirer dans l'autre sens.
- Les microtubules corticaux servent de rails : les complexes de cellulose synthase, logés dans la membrane plasmique, se déplacent le long de ces microtubules et déposent les microfibrilles dans la même orientation.
- Une perturbation se voit à l'œil nu : quand l'organisation des microtubules est désorganisée, les cellules gonflent au lieu de s'allonger et les organes, racines ou tiges, deviennent plus courts et plus épais.
Croissance anisotrope ou croissance apicale : ne pas confondre
La plupart des cellules d'une tige ou d'une racine s'allongent par croissance diffuse : la paroi s'étend sur toute sa longueur, et c'est l'orientation des microfibrilles qui rend cette expansion anisotrope. Les poils absorbants et les tubes polliniques suivent une autre logique, la croissance apicale : seule l'extrémité de la cellule s'étend, ce qui donne aussi une forme très allongée mais par un mécanisme différent.
Anisotropie : trois questions qui reviennent au jardin
Une plante peut-elle être isotrope ?
Pas à l'échelle de ses organes. Une tige, une racine ou une feuille résultent de croissances orientées. Seules certaines cellules isolées ou des amas cellulaires peu organisés, comme un cal en culture in vitro, se rapprochent d'une croissance sans direction privilégiée.
Pourquoi une bûche se fend-elle en étoile ?
Parce que le bois se rétracte davantage dans le sens tangentiel, le long des cernes, que dans le sens radial. Les tensions qui en résultent ouvrent des fentes qui partent de l'écorce vers le cœur.
Quel lien avec la forme d'une plante ?
La forme d'un organe dépend de l'orientation de la croissance de chacune de ses cellules. Modifier l'orientation des microfibrilles, par une mutation ou un traitement hormonal, suffit à changer la silhouette d'une plantule.
