Quelle est la hauteur maximale qu’un arbre peut atteindre ?

Le plus grand arbre vivant connu est un séquoia à feuilles d’if (Sequoia sempervirens) nommé Hyperion, qui mesure environ 116 m (plus haut qu’un immeuble de 35 étages). Les séquoias géants sont plus volumineux, mais pas aussi hauts. Pourquoi les arbres ne poussent-ils pas encore plus haut ?

Une partie de la réponse vient du tirage de l’eau étudié dans la leçon 2. Chaque tranche supplémentaire de 10 m de hauteur demande une pression de 0,098 MPa en plus, simplement pour compenser la gravité, et le trajet plus long augmente le frottement. Donc :

• les feuilles du sommet doivent fonctionner avec un potentiel hydrique plus négatif que les feuilles situées plus bas ;
• les colonnes d’eau sont soumises à une tension plus forte, ce qui augmente le risque de cavitation ;
• les feuilles du sommet ont plus de mal à garder leurs cellules turgescentes, ce dont elles ont besoin pour s’agrandir et garder leurs stomates ouverts pour la photosynthèse.

La cavitation se produit lorsque de l’air est aspiré dans un tube d’eau sous tension (ou lorsqu’une bulle se développe à partir de gaz dissous). La bulle s’étend (embolie) et le tube n’est plus capable de transporter l’eau. Un arbre qui possède de nombreux tubes parallèles survit à certaines défaillances, et certains arbres peuvent remplir à nouveau leurs tubes ou produire du nouveau xylème, mais plus la tension est forte, plus les tubes qui cessent de fonctionner sont nombreux.

À cause de cela, la limite du tirage de l’eau devient plus stricte avec la hauteur. Dans une célèbre étude publiée en 2004 dans Nature, George Koch et ses collègues ont mesuré les sommets de grands séquoias et ont prédit une hauteur maximale d’environ 122 à 130 m pour cette espèce, même avec beaucoup d’eau dans le sol. Hyperion se trouve quelques mètres en dessous de cette estimation. La même étude a montré que les feuilles proches du sommet sont plus petites et plus épaisses, avec davantage de tissu par unité de surface. C’est la signature physiologique d’une feuille qui fonctionne avec très peu de pression de l’eau disponible.

La gravité et le frottement ne sont pas les seules limites. Les arbres plus hauts doivent aussi supporter leur propre poids et résister au vent, tandis que leurs racines et leurs feuilles doivent suivre leur croissance. Dans de nombreux endroits, le manque d’eau dans le sol ou une tempête arrête un arbre bien avant qu’il n’atteigne la limite hydraulique. Dans les rares régions humides, douces et sans vent où les séquoias prospèrent (une bande côtière souvent couverte de brouillard, qui apporte de l’eau supplémentaire aux feuilles), les arbres s’approchent de la limite calculée.

D’autres espèces très hautes suivent des règles similaires. Les plus grands arbres à fleurs, les eucalyptus royaux (Eucalyptus regnans) de Tasmanie, atteignent environ 100 m.