Impact des contraintes mécaniques sur la croissance racinaire // Role of mechanical stresses in plant root growth

L'interaction entre les racines de plantes et les sols est un vaste sujet qui implique de nombreuses communautés, de l'agronomie à la science du sol, de la biophysique au génie civil et à la géophysique. La présence de zones de forte résistance mécanique dans le sol est l'une des limitations physiques les plus courantes à l'exploration du sol par les racines, ce qui a un impact direct sur le rendement des cultures. La croissance et la trajectoire des racines dépendent fortement de la présence de couches de sol compactes ou d'obstacles à l'échelle de la racine. L'apex de la racine doit exercer une pression de croissance pour surmonter la résistance à la déformation du sol environnant ou réorienter sa croissance pour contourner les obstacles.

Au laboratoire, nous avons développé différents systèmes expérimentaux pour étudier la réponse de croissance d'une racine (i) poussant contre un seul obstacle tel qu'un capteur de force ou (ii) poussant à l'intérieur d'un réseau d'obstacles rigides imprimés en 3D. En particulier, en couplant des mesures de force (i-1) et des mesures cinématiques sous éclairage infrarouge (i-2), nous sondons la relation force-croissance d'une racine primaire en contact avec un obstacle rigide résistant, qui imite la plus forte variation d'impédance du sol rencontrée par une racine en croissance.

Au cours de la thèse proposée, nous visons 1) à étudier la réponse de la racine à des compressions définies afin d'étudier ses propriétés mécaniques en fonction du temps et 2) à découpler les réponses mécaniques et biologiques en utilisant une boucle de rétroaction sur la force appliquée.
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The interaction between plant roots and soils is a wide and interdisciplinary issue involving many communities from biophysics, agronomy, soil science to civil engineering and geophysics. The presence of zones of high mechanical resistance in the soil is one of the most common physical limitations to soil exploration by roots, which has direct consequences on the healthy development of the plant. The root apex must exert a growth pressure to overcome the resistance to deformation of the surrounding soil or reorient its growth to bypass obstacles or strong soil layers.
In the PMMH laboratory, we developped model experimental systems to study how the root changes its growth when encountering a single or a collection of obstacles mimicking the mechanical heterogeneities in a soil. In particular we investigated the growth response of a root (i) pushing against a single obstacle such as a force sensor or (ii) growing inside a 3D-printed array of stiff obstacles. For instance, by coupling force and kinematic measurements under infra-red lighting, we probed the force-growth relationship of a primary root contacting a stiff resisting obstacle, that mimics the strongest soil impedance variation encountered by a growing root.
Different subjects are possible around the interaction of roots with mechanical obstacles.
One possible topic is 1) to investigate the response of the root to prescribed indentation steps to study its time-dependant mechanical properties and 2) to decouple the mechanical and biological responses by using a feedback loop on the applied force on the root.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral*

ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

564 Physique en Ile de France

formation en physique, avec un fort goût pour l'expérimental et l'interdisciplinarité
training in physics, with a strong interest in experimentation and interdisciplinarity