Cavita@on)in)wood)channels:)) monitoring)simultaneously)op@cal)and)acous@cal)signals) Alexandre)Ponomarenko,)Olivier)Vincent,)) Diane)Bienaimé,)Éric)Badel,)Hervé)Cochard)&)Philippe)Marmo?ant)

BesseGenGChandesse,)2014)

(Hallé&2013))

(Giuseppe&Penone&2009))

(Giuseppe&Penone&2012))

Biology& Circula@on)of)sap)) in)two)types)of)wood) ) ) ) photosynthesis) ) Phloem& Xylem) )) &&&&&&&&&&&&) ) carbohydrates&&

Fluid&mechanics& Sap)flows)) in)'microfluidic')conduits)(20)µm)) )

water& +&nutrients)

Xylem!

(Cruiziat&2003)&

Pressure)in) ascending)sap) )

p(z) = psoil

z p0

Consequences)of)hydric)stress)in)trees) Embolism:

Acoustic emissions:

(Tyree&&&Dixon&1983)&&

Origin)of)acous@c)events?)

Candidates) nuclea@on)of)bubbles)

wood)cracks)

100)µm)

t = 500µs

(Vincent&2012)&

200)µm)

pit)rupture)

10 µm

gas liquid

(Stanzl&2011)&

conduit)collapsing)

adapted)from)

(Mollier&2009)&

10)µm)

(Cochard&2004)&

pHEMA)hydrogel) (Wheeler&&&Stroock&2008)& 50)µm)

tree)samples) Including tree slices in hydrogel: ) side view: wood slice

top view: camera

M

Experiment:

embolism)

1 mm

accelerated 200x

embolism)repair:)vessels)refilling)in)degased)water)

1 mm

accelerated 1000 x

Op@cs)and)Acous@cs)

(a)

-8

10 J -9

10 J -10

10 J -11

10 J 1 mm 0

500

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

time (seconds) (b)

cavita@on)'score')

Elas@c)energy)stored:) Eelastic

mic)threshold)

✓ ◆2 1 Vl = K Vl 2 Vl 1 p2 !!!!!!compression! K = Vl modulus!of!water! 2K

propor@onal)to)the)volume)) tracheid)volume)(µm3)) local)confirma@on)of)(Rosner&2012)& 10G1010)

−10

10 10G11 )

3)

10 10G12 )

−12

energy (J)

)energy)(J))

Ar@ficial)cavi@es)

−11

1)

10 10G13 )

−13

10 10G14 )

−14

10 10G15 )

−15

10G1610)10 2))))) 10 3))))))) 10 4 )) ) 10 5))))))) 10 6 10 7))))))) 10 8) 3 ))))10 10 10 cavity 10 ) volume ) 10 (µm 10 10 ) 3)) fpred ⇥ Rv = 187 m/s cavity)volume)(µm −16

2

)1)mm)

3

4

5

6

7

8

−15

10

p0

2000

4000 time (s)

0)bar)

6000

8000

−13

energy (J)

10

1 2 E= p Vl 2K

−14

10

−15

10

0

2000

4000 time (s)

6000

8000

3

Volume (µm )

5

10

4

10

3

10

0

1000

2000

3000

4000 5000 time (s)

6000

7000

8000

Conclusions)

We monitor optically the source of acoustic emissions Almost all acoustic events are correlated to an optic signal The acoustic energy depends on: • the volume of individual tracheids • the hydric stress of the plant

Thank)you!)