Axe 3 : Dynamique spatio-temporelle des systèmes forestiers et changements globaux

Les écosystèmes méditerranéens et alpins ont été transformés depuis la fin du Néolithique par les pratiques agropastorales. Depuis la fin du 19ème siècle, la déprise rurale a conduit à l’expansion des groupements à fruticées et des formations forestières, entraînant une homogénéisation des paysages, une réduction des surfaces ouvertes, une perte de leur biodiversité et une variation altitudinale des étages de végétation dans un contexte d’accroissement de la teneur atmosphérique et de réchauffement climatique (Quézel & Médail, 2003).

Cependant, les mécanismes liés à ces évolutions paysagères restent peu connus, en particulier dans le contexte des moyennes montagnes méditerranéennes (voir cependant, Rousset & Lepart, 2000). Nous proposons donc d’étudier, à une haute résolution spatiale, la dynamique forestière dans un contexte local de changement d’utilisation des terres consécutivement à la déprise agropastorale. Les objectifs sont de mieux comprendre l'origine, l'établissement, l’organisation et la cinétique des systèmes forestiers, et de proposer des scénarios évolutifs. La démarche s’appuiera sur l’analyse de témoignages paléoécologiques qui sont fondamentaux pour apporter des éléments de réponse à la naturalité des forêts dites « sub-naturelles » ou à l’état de référence des écosystèmes à maintenir (Birks, 1996) et donc orienter les choix de conservation et de gestion forestière dans une perspective de développement durable.

Les forêts à caractère naturel ou « sub-naturel » sont des forêts qui n’ont pas connu d’exploitation humaine, directe ou indirecte, susceptible d’avoir modifié la composition et la structure des peuplements depuis plusieurs dizaines d’années (Vallauri, 2003). Elles connaissent actuellement un intérêt accru en Europe tempérée en raison de la raréfaction de ces écosystèmes longtemps négligés dans les politiques de conservation, et mal connus sur le plan fonctionnel (Walter, 1991 ; Schnitzler-Lenoble, 2002). Les forêts d’altitude s’inscrivent dans ce cadre : ce sont des réserves importantes de biodiversité et leur évolution sub-naturelle depuis quelques décennies reste méconnue ; ces études sont particulièrement nécessaires dans le contexte des changements climatiques amorcés depuis le début du 20ème siècle et à venir, générateurs de perturbations dans la composition, le fonctionnement et l’extension des écosystèmes forestiers.

La démarche suivie reposera sur l’analyse rétrospective de paléo-bioindicateurs à fine résolution spatiale (pédoanthracologie, dendroécologie), associée à l’histoire de l’utilisation des terres analysée à l’aide des données cadastrales et des sources écrites. L’approche dendroécologique apportera des informations à haute résolution temporelle (= année) procurée par l’analyse des séries de cernes sur la structure de ces forêts, leur évolution et sur les perturbations naturelles et anthropiques passées. L’association de l’analyse pédoanthracologique à l’approche dendroécologique permettra de reconstituer l’histoire forestière sur plusieurs millénaires en précisant le rôle des incendies dans la dynamique forestière. Cette approche sera complétée par des analyses phytoécologiques et pédologiques, afin de caractériser en parallèle la biodiversité des parcelles et leur degré de maturité.

Si le feu peut être un élément majeur de la dynamique forestière, d’autres perturbations dont l’action prévaut à une échelle locale (chablis, tempêtes, torrentialité, érosion, perturbations humaines) peuvent aussi jouer un rôle important dans l’organisation de la biodiversité et dans la dynamique forestière ; ces perturbations peuvent donc moduler l’influence des changements locaux, et leurs modalités d’action et leurs conséquences devront être abordées.

Cette thématique sera effectuée (i) au niveau de la communauté (composition spécifique, succession végétale), niveau privilégié pour appréhender les successions végétales, l’impact des perturbations et les patrons de la biodiversité grâce à l’analyse spatiale et aux méthodes géostatistiques, et (ii) au niveau de l’individu, afin d’accroître la résolution spatiale et temporelle de l’approche : établissement des structures d’âge, enregistrement des événements à une résolution chronologique annuelle.

Au niveau de l’individu, une approche beaucoup plus fonctionnelle testera rétrospectivement une éventuelle variation temporelle des relations hôtes-plantes, liée à l’accroissement de CO2 atmosphérique au cours du 20ème siècle (Bezemer & Jones, 1998). Dans les forêts sub-alpines, le modèle représenté par le couple mélèze-tordeuse (Zeiraphera diniana) dont l’impact des pullulations périodiques laisse un enregistrement dans les séries de cernes, apparaît particulièrement pertinent à cet égard.

La résolution individuelle sera également précieuse dans la perspective de reconstitutions climatiques portant sur le dernier millénaire. L’analyse rétrospective de la croissance radiale des arbres révèle qu’un même individu peut avoir changé de « statut social » au cours de son existence (Cherubini et al., 1996). Or, l’échantillonnage classique en dendroclimatologie ne porte que sur la sélection de sujets dominants au moment de l’étude. La connaissance du passé de l’individu positionné dans son micro-habitat améliorera la sélection en évitant que des séquences affectées par des variations de statut de l’arbre ne viennent altérer la qualité du signal climatique.

Parallèlement aux reconstitutions climatiques, une investigation portera sur la recherche d’une éventuelle relation entre l’augmentation des températures survenue au cours du 20ème siècle et la croissance radiale des arbres. Dans ce type de travail, une difficulté majeure vient du fait qu’il est difficile de mettre en évidence une relation de cause à effet entre les températures et la croissance car, parallèlement aux températures, le CO2 dont la teneur atmosphérique s’est accrue au cours du 20ème siècle, constitue un facteur confondant. Néanmoins, à la différence du CO2 dont l’accroissement au cours du 20ème siècle est régulier et plutôt bien connu, le réchauffement n’est pas uniformément réparti au cours du dernier siècle mais centré sur les périodes 1910-1945 et 1976 à aujourd’hui (Jones et al., 2001 ; Folland et al., 2001). Cette situation est donc propice à une recherche rétrospective d’une relation avec la croissance radiale des arbres.

Ce thème de recherche ne sera pas strictement spécifique au Département 1, dans la mesure où l’approche spatialisée des paléo-bioindicateurs nous amènera à collaborer avec les chercheurs de l’équipe « Vulnérabilité écologique et interactions biotiques » du Département 2, et où l’approche d’écologie fonctionnelle pourra être entreprise avec les chercheurs du Département 3.