Le bois de tension est un tissu développé par les angiospermes afin de redresser ou de maintenir leur position verticale. Ce tissu génère de fortes contraintes de tension capables de courber un tronc vers le haut. Dans la littérature, l’anatomie du bois de tension est caractérisée par la présence d’une couche gélatineuse (couche G) non lignifiée dans la paroi des fibres. Cette thèse vise à étudier la diversité anatomique du bois de tension ainsi que les mécanismes de génération des contraintes de tension associés et les éventuelles variations de l’efficience du redressement, afin de comprendre comment les arbres se redressent. Elle s’appuie sur des observations anatomiques sur 291 espèces tropicales, sur des estimations de contraintes de maturation sur arbres adultes ainsi que sur une nouvelle méthode d’estimation des contraintes de maturation sur des individus juvéniles artificiellement inclinés et tuteurés en serre. Nos résultats montrent que la couche G est présente dans la majorité des espèces, bien qu’elle soit majoritairement masquée par de la lignine. Dans un faible nombre d’espèces, la couche G est absente du bois de tension. Dans ces espèces, le mécanisme de génération des contraintes de tension implique l’interaction du bois avec l’écorce. Bien que la contrainte de tension soit générée dans des compartiments distincts (le bois et/ou l’écorce), ces deux mécanismes de génération des contraintes de tension ont une efficience de redressement similaire dans le stade juvénile. Les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles perspectives de recherche, notamment sur le rôle fonctionnel de la lignine dans la couche G. / Tension wood is a tissue developed by angiosperms to upright or maintain their vertical position. This tissue generates a strong tensile stress able to curve the stem upwards. In the literature, tension wood anatomy is characterized by the presence of an unlignified gelatinous layer (G-layer) in the fibre cell wall. The aims of this thesis are to study the anatomical diversity of tension wood as well as the associated mechanisms of tensile stress generation and eventual variations of uprighting efficiency in order to understand how trees upright. This thesis relies on anatomical observations of 291 tropical species, on estimations of maturation strain on adult trees and on estimations of maturation strain on artificially tilted young trees tied to a pole in a greenhouse. Our results show that the G-layer is present in the majority of the species, although it is mainly hidden by lignin. The G-layer is absent in tension wood of a few number of species. In these species, the mechanism of tensile stress generation involves the interaction of wood and bark. Although tensile stress is generated in separated tissues (wood and/or bark), these two mechanism of tensile stress generation show a similar efficiency of uprighting in juvenile trees. Results of this study open new prospects of research, including on functional role of lignin in the G-layer.

Les arbres sont des organismes de grande longévité qui se développent dans un environnement variable. Au cours de leur formation, ils génèrent une tension appelée contrainte de maturation pour remplir des fonctions biomécaniques essentielles. Chez les angiospermes, les arbres adaptent leur état mécanique par la production de bois de tension avec de fortes contraintes de traction sur la face supérieure de la tige penchée. Malgré les recherches considérables dans ce domaine durant de nombreuses années, les connaissances actuelles sur le mécanisme de la génération active de contrainte dans le bois de tension sont encore incomplètes et doivent être améliorées. La première partie de cette étude était de faire progresser la compréhension de la composition et de l'organisation des polymères de la paroi cellulaire secondaire, ainsi que leur orientation au cours de la maturation de la paroi cellulaire du bois de tension. Les mesures effectuées sur la microscopie FTIR ont indiqué qu'avant même la formation de la couche G, il existait une structure d'hydrates de carbone ordonnée à un angle plus parallèle à l'axe de la fibre dans le bois de tension. Ces résultats étaient clairement différents du comportement du bois opposé. Dans le bois de tension, la lignine était plus fortement orientée dans la couche S2 que dans le bois opposé. Avec la formation de la couche S2 dans le bois opposé et de la couche G dans le bois de tension, les signaux d'orientation des hydrates de carbone amorphes tels que les hémicelluloses et les pectines sont différents entre le bois de tension et le bois qui lui est opposé. Pour les bois de tension, l'orientation de ces bandes est la même tout au long du processus de maturation de la paroi cellulaire, ce qui reflète probablement un dépôt continu de xyloglucane ou de xylane, avec une orientation différente de celle de la paroi S2 pendant tout le processus. La seconde partie de ce travail était d'améliorer les connaissances actuelles sur le comportement de la matrice par l'étude de la mésoporosité et de son évolution lors de la construction et de la maturation de la paroi cellulaire du bois de tension. Les résultats sur deux types de bois de tension suggèrent que la mésoporosité peut toujours être détectée près de la zone de cambium autant pour le bois de tension que pour le bois opposé. La forte porosité diminue progressivement avec la lignification dans la paroi cellulaire en développement, avec une exception pour le bois de tension à couche G. La porosité de type bouteille d'encre et l'augmentation de la taille médiane des pores sont observées dans les deux types de bois de tension, indiquant que les espèces de bois de tension avec et sans couches G peuvent partager le même mécanisme de génération de contrainte de traction. Cette étude contribue à une meilleure compréhension de la génération de contrainte de maturation dans les arbres et peut servir de base pour l'amélioration de la modélisation du comportement de la matrice au cours de la maturation de la paroi cellulaire. / Trees are long-living organisms which develop in a variable environment. During their formation, they generate a tensile mechanical stress called maturation stress to fulfil essential biomechanical functions. In angiosperm species, trees adapt the mechanical state by producing tension wood with high tensile stresses on the upper side of the leaning stem. Despite considerable research in this field during a number of years, the current knowledge on the mechanism of the active stress generation in tension wood is still incomplete and needs improvement. The first part of this study was to advance the understanding on the composition and organisation of polymers within the secondary cell wall, as well as its orientation during the maturation of tension wood cell wall. Measurements performed on FTIR microscopy indicated that already before G-layer formation, a more ordered structure of carbohydrates at an angle more parallel to the fibre axis exists in tension wood. This was clearly different to the behaviour of opposite wood. In tension wood, the lignin was more highly oriented in the S2 layer than in opposite wood. With the formation of the S2 layer in opposite wood and the G-layer in tension wood, the orientation signals from the amorphous carbohydrates like hemicelluloses and pectins were different between opposite wood and tension wood. For tension wood, the orientation for these bands remains the same all along the cell wall maturation process, probably reflecting a continued deposition of xyloglucan or xylan, with an orientation different to that in the S2 wall, throughout the whole process. The second part of this study was to improve the current knowledge on the matrix behaviour by studying the mesoporosity and its evolution during the building and maturation of tension wood cell wall. Results on two kinds of tension wood suggested that mesoporosity can always be detected near cambium zone for both tension and opposite wood. The high porosity decreased gradually with the lignification in the developing cell wall, with an exception in tension wood with G-layer. The typical ink-bottle pore and the increase of median pore size are observed in both kinds of tension wood, indicating non-G-layer species may share the same mechanism of tensile stress generation as in tension wood with G-layer. This study aims to contribute to an increased understanding on the maturation stress generation in trees and may allow to improve the modelling of matrix behaviour during cell wall maturation.