Les forêts sont des environnements dynamiques où les plantes se disputent la lumière et les nutriments. La taille et la forme des cimes des arbres sont d'une importance fondamentale en écologie. Parfois, il y a des vides dans la cime des arbres qui sont susceptibles d'être formés par le vent déplaçant la canopée et provoquant une abrasion entre les arbres d'une hauteur similaire. Depuis les années 1920, les scientifiques ont observé que les couronnes de quelques espèces d'arbres (mangrove noire, pin tordu) poussent à la manière d'un puzzle qui essaie d'éviter le chevauchement avec d'autres arbres. Ce phénomène s'appelle la timidité de la couronne et il est extrêmement délicat à quantifier et à étudier pour les scientifiques.
Jens van der Zee, étudiant diplômé de l'Université et de la recherche de Wageningen (WUR), sous la direction de Dr Alvaro Lau à WUR et Alexandre Shenkin de l'Université d'Oxford a proposé une nouvelle mesure de la timidité de la couronne. Les chercheurs ont découvert qu'une métrique, appelée complémentarité de surface, qui est normalement utilisée pour prédire la formation de complexes protéiques, peut quantifier l'évitement de la canopée en 3D. Cette recherche faisait partie des travaux de Jens van der Zee La thèse de master. Le Dr Lau a précédemment quantifié la biomasse des arbres à partir de scans laser terrestres en Guyane et le Dr Shenkin récemment appliqué la théorie de l'échelle métabolique pour comprendre la variabilité de la taille et de la forme de la cime des arbres dans différents écosystèmes.
En 2017, les chercheurs ont utilisé le balayage terrestre LiDAR (Light Detection and Ranging) de plus de 100 arbres en Guyane. van der Zee et ses collègues ont sélectionné 14 paires d'arbres suffisamment proches pour détecter la timidité de la cime et produire des nuages de points 3D. Ils ont mesuré l'élancement des arbres en mesurant la hauteur et le diamètre des arbres à hauteur de poitrine. Les chercheurs ont calculé la complémentarité des formes par paires et segmenté les zones d'interactions de la canopée. Ensuite, ils ont comparé la complémentarité entre les arbres qui se chevauchent et ceux qui ne se chevauchent pas et ont étudié la relation entre l'élancement et la timidité de la cime.
Van der Zee et ses collègues ont appliqué avec succès la métrique de complémentarité de surface pour quantifier la timidité de la cime. La moitié des paires d'arbres avaient des cimes qui se chevauchaient et la métrique était faible (0.267) tandis que les cimes qui ne se chevauchaient pas avaient des valeurs plus élevées (0.647).
"Jusqu'à récemment, la possibilité d'observer la timidité de la cime était réservée aux auvents structurellement simples et plats, où le rétroéclairage du ciel révèle les espaces entre les cimes des arbres", ont écrit van der Zee et ses collègues.
Les chercheurs ont également constaté que plus les arbres étaient élancés, plus les canopées semblaient éviter de se chevaucher. Des études antérieures ont montré que les arbres élancés poussent des arbres plus petits car ceux-ci se balancent davantage dans le vent.
« [N]os résultats suggèrent qu'ils développent également des formes de couronne qui complètent celles de leurs voisins. Ce faisant, les arbres optimisent l'espace de croissance disponible tout en minimisant les dommages causés par les collisions.
"Cette étude sert d'exemple de la valeur de la modélisation d'arbres 3D pour élargir notre compréhension des interactions de la canopée, car elle a aidé à la fois à visualiser et à quantifier une dynamique de canopée intéressante de manière sans précédent."
