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Les isotopes stables sont présents dans la nature. Le carbone, par exemple, n’est pas seulement constitué du 12C « normal » (c’est-à-dire dont le poids atomique est égal à 12), mais contient également une petite proportion de 13C, plus lourd. Ces deux isotopes sont absorbés par les plantes lors de la photosynthèse, mais au cours de ce processus, le rapport isotopique subit une transformation. En fonction du climat et d’autres conditions environnementales, on observe donc dans le matériel végétal un rapport isotopique 13C/12C différent. En mesurant ce rapport dans le bois des arbres, il est possible de reconstituer, par exemple, l’influence de la sécheresse.
Au WSL, nous exploitons de nombreux spectromètres de masse pour déterminer les rapports isotopiques, en analysant non seulement les isotopes du carbone, mais aussi ceux de l’hydrogène, de l’azote et de l’oxygène. Grâce à ces instruments, nous pouvons répondre à un large éventail de questions concernant le bilan hydrique et le bilan des nutriments dans les forêts. L’analyse isotopique spécifique par composant, qui consiste à examiner des composants foliaires individuels, tels que le sucre, s’avère particulièrement utile à cette fin.
Nous réalisons ces analyses en partie dans le cadre de projets internes au WSL, mais nous sommes également prêts à collaborer avec d’autres institutions dans le cadre de projets de recherche.
Nouvel outil : spectromètre de masse à ablation laser ¶
Cet outil permet une analyse isotopique à haute résolution de la matière organique, comme par exemple les anneaux des arbres, et peut fournir les informations temporelles nécessaires pour mieux comprendre la relation entre les facteurs climatiques, les processus internes aux plantes et la croissance des arbres.
Le système LA-IRMS se compose d’un laser UV destiné à l’ablation de petits échantillons de bois, d’un Cryoflex permettant de collecter le CO2 produit à l’aide de pièges à azote liquide, et d’un spectromètre de masse isotopique, utilisé pour mesurer le rapport isotopique du carbone stable13C. Le laser frappe un échantillon placé dans une chambre hermétique. Cette chambre est montée sur une table mobile 3D afin d’assurer un positionnement précis. La poussière organique produite par l’ablation laser est transportée par l’hélium à travers un four, où elle est brûlée et se transforme en CO2. Pour obtenir une quantité suffisante de matière, la taille idéale du point est de 100 µm (0,1 mm). L’ablation laser de cette quantité de matière est suffisante pour une analyse fiable. Il est toutefois possible d’obtenir une résolution spatiale plus élevée, pouvant atteindre 30 µm, en combinant la matière provenant de plusieurs impulsions.
XiBox - Installation expérimentale pour la recherche forestière de demain ¶
Afin d'étudier les réactions et l'adaptation des arbres au climat qui nous attend à l'avenir, nous avons mis au point une nouvelle installation expérimentale, l'XiBox – Experimental Box for high-resolution plant gas-exchange and isotope research under extreme conditions. La XiBox, de conception modulaire, se trouve actuellement à l'intérieur d'une caisse en bois isolée thermiquement dans le grand laboratoire de Birmensdorf et est, tant par sa structure que par sa composition, très probablement unique au monde.
La caisse est équipée d’une alimentation électrique, d’une alimentation en eau, d’une connexion Internet, de gaz de mesure et d’étalonnage, d’une climatisation et d’un système automatisé de commutation des vannes. À l’intérieur, une chambre climatique d’environ 2 mètres carrés permet de maintenir des conditions climatiques contrôlées jusqu’à 42 °C, avec une humidité stable et des conditions d’éclairage idéales. Il est ainsi possible de soumettre un arbre ou d’autres plantes à des conditions climatiques contrôlées, simulant par exemple des étés secs et des vagues de chaleur.
Grâce à des équipements de pointe pour l’échange gazeux, nous sommes en mesure d’étudier en temps réel et en haute résolution les processus physiologiques des plantes, tels que la photosynthèse et la transpiration. Parallèlement, deux spectromètres laser isotopiques permettent des analyses à haute résolution des rapports isotopiques du carbone, de l’oxygène et de l’hydrogène dans l’H2O et le CO2, offrant ainsi une compréhension encore plus approfondie des fonctions des plantes. Cette chambre polyvalente vient compléter l’infrastructure dédiée à la recherche forestière future au WSL.
