Frédéric Guibal



Vers Dendroécologie

frederic.guibal@univ.u-3mrs.fr



Les méthodes de la dendrochronologie : son application au domaine alpin. in Histoire et Anthropologie des populations de l'arc alpin. Université d'été, Université de la Méditerranée, Marseille, 21-27.

Les méthodes de la dendrochronologie : son application au domaine alpin

F. Guibal (1998)

 

Introduction

Présent dans le tronc, les branches et les racines des végétaux supérieurs, le bois est un tissu composé d’éléments anatomiques variés (Wilson et White, 1986), chargés d’assurer la circulation ascendante de la sève brute depuis l’appareil racinaire jusqu’aux feuilles, le soutien mécanique de l’organisme et le stockage des substances de réserve.

L’observation des caractères morphologiques et anatomiques du matériau auquel l’activité et le geste humains ont apporté une plus-value peut compléter l’étude de la seule œuvre humaine et s’avérer riche d’enseignements tels que la période au cours de laquelle l’arbre a vécu, ses conditions de croissance et sa date d’abattage.

Avant d’exposer quelques résultats relatifs à des applications de l’analyse dendrochronologique dans le domaine géographique alpin, la suite du texte rappellera dans un premier temps quelques notions fondamentales et soulignera les contraintes propres à la dendrochronologie.

 

I - La datation par la dendrochronologie.

Dans les régions où le climat impose à la végétation une période d'activité et une période de repos au cours d'une même année solaire, les arbres élaborent, chaque année, au cours de la période allant d’avril à septembre, au niveau de leurs tronc, branches, rameaux et racines, un cerne de croissance, par division péricline de l’assise cambiale située à la périphérie de l’organe, sous le tissu cortical.

L’épaisseur du cerne varie au cours de la vie de l’arbre, en fonction de facteurs internes (génotype, âge) et de facteurs externes (climat, sol, altitude, exposition, topographie, dynamique du peuplement, concurrence, attaque de ravageurs, interventions humaines).

Les variations interannuelles d’épaisseur, reproduites de façon presque semblable sur tous les sujets d'une même essence qui vivent sous les mêmes conditions climatiques, sont surtout liées aux variations interannuelles du climat (précipitations, températures, hygrométrie, vent, enneigement, ...). Il en résulte que des séquences de cernes particulièrement minces ou affectés de caractères anatomiques originaux, communes à plusieurs arbres, constituent des repères chronologiques capables de synchroniser des séries de cernes, donc de dater de façon relative différentes pièces de bois et de construire des chronologies moyennes de séries contemporaines dans lesquelles les particularités propres aux individus sont atténuées (Schweingruber, 1988).

La synchronisation d’échantillons différents repose sur la recherche d’une concordance visuelle entre les courbes représentatives des différentes chronologies et sur l’établissement d’une concordance statistique à l’aide de tests appliqués aux séries numériques (Baillie, 1995).

L’identification de marqueurs anatomiques similaires sur des échantillons dont la date de mise en place des cernes est inconnue et sur d’autres dont la date de mise en place des cernes est connue aboutit à la datation absolue des premiers. L’année de formation des cernes n’est connue que pour les échantillons recueillis sur des arbres sur pied : le millésime de formation du dernier cerne, situé immédiatement sous l’écorce, correspond à l’année du prélèvement si ce dernier est réalisé postérieurement au printemps (période au cours de laquelle se produit généralement la réactivation du tissu cambial générateur du bois localisé sous l’écorce) ou bien à l’année antérieure au prélèvement si celui-ci est effectué en hiver.

Bien que datées de façon absolue, les chronologies représentatives d’arbres sur pied n’offrent que des possibilités de datation réduites du fait de la longévité – potentielle ou réelle – limitée de la plupart des essences. L’addition aux chronologies représentatives d’arbres sur pied de séries issues d'échantillons de plus en plus anciens qui, du fait de la présence de séquences de cernes caractéristiques communes avec les séries postérieures, peuvent être partiellement synchronisées avec la séquence de la chronologie déjà datée permet de construire une chronologie de référence. L’opération nécessite des données provenant d'arbres vivants et de pièces de bois plus ou moins anciennes, manufacturées ou non : éléments de charpentes et de mobilier, épaves de bateaux, pieux, tableaux, statues, arbres subfossiles conservés en bon état dans des sédiments humides réducteurs. La construction de la référence pour une essence et une région données constitue donc un préalable indispensable à toute tentative de datation par la dendrochronologie. La représentativité de la chronologie de référence est liée au nombre d’échantillons inclus dans celle-ci, certaines périodes pouvant être plus ou moins bien représentées que d’autres en raison d’un faible nombre de vestiges bien conservés.

Lorsque l’écorce est demeurée en place sur la pièce ou lorsque l’élimination de l’écorce par le charpentier n’a entraîné aucune perte de cernes parmi ceux localisés à la périphérie du tronc, l’année d’abattage de l’arbre peut être précisée. Dans les cas où l’équarrissage de la bille a éliminé quelques cernes périphériques appartenant à l’aubier, un intervalle d’abattage peut toutefois être avancé (Lambert et al., 1988). La disparition de la totalité de l’aubier et de quelques cernes de duramen (bois interne n’assurant plus aucune circulation de la sève) conduit, dans le meilleur des cas, à avancer un terminus post quem.

La comparaison des séries de cernes provenant de l'échantillon avec plusieurs chronologies de référence établies pour des régions différentes peut éventuellement mettre en évidence un gradient de corrélation et préciser la provenance géographique des arbres utilisés. Au fur et à mesure que des échantillons sont datés, les chronologies correspondantes sont intégrées dans la chronologie de référence, l'allongent et améliorent sa représentativité. L'élaboration d'une référence valide sur une longue durée - par exemple, les vingt derniers siècles - peut prendre plusieurs années. Des séries de cernes non datées peuvent cependant intéresser l'historien ou l'archéologue dans la mesure où elles peuvent apporter des renseignements sur le nombre et l'âge des arbres utilisés pour le site étudié, sur leur type de débit et éventuellement sur certains caractères de la formation forestière exploitée (mode de traitement sylvicole, accidents divers, ...). Si aucune corrélation significative n'est obtenue avec une référence, la chronologie demeure " flottante " mais une datation relative peut être avancée selon les années terminales des différentes pièces de bois présentes dans une même structure ; à défaut de révéler le millésime d'abattage des arbres, cela peut révéler des remplois ou des restaurations.

Pour déterminer l’année d’abattage des arbres et tirer des séries de cernes les interprétations les plus fiables possibles, il est indispensable de s’appuyer sur un échantillonnage représentatif, répondant à de nombreuses exigences. Tandis que la datation du bois par le radiocarbone, basée sur un phénomène physique (radioactivité) dont la variation est formulable mathématiquement et qui assure, par la méthode dite classique, un résultat sous forme d'un intervalle chronologique - plus ou moins large - à partir d'un échantillon de 15 g de bois sec représentatif d’une position stratigraphique définie (Langouet et Giot, 1992), la dendrochronologie peut, elle, parvenir à fixer l'année voire la saison d'abattage de l'arbre, mais sous plusieurs conditions :

- l’analyse doit porter sur, au moins, une quinzaine d’échantillons afin de pouvoir surmonter plus facilement d’éventuelles anomalies anatomiques (faux cernes et cernes absents), les dater de façon relative (interdatation) et construire une chronologie moyenne dans laquelle les particularités propres à chaque arbre seront amoindries et les facteurs de l’environnement régional amplifiés ;

- chaque pièce doit offrir au moins 60 cernes afin de fournir une information climatique interannuelle suffisamment riche et originale pour éviter toute reproductibilité dans le temps ;

- le plus grand soin doit être apporté vis-à-vis de la préservation de la partie extérieure des échantillons garante de la précision de la date d’abattage et, chez les essences dont l’aubier est distinct du duramen (ex : chêne, mélèze), les pièces pourvues d’aubier seront soigneusement recherchées ;

- une chronologie de référence représentative de la même essence et de la même région climatique doit être disponible car, du fait des exigences écologiques propres à chaque espèce, les tentatives de comparaison entre deux essences se soldent le plus souvent par des échecs. De fait, rares sont les essences dont les séries de cernes offrent suffisamment de cernes caractéristiques communs au point de pouvoir établir des corrélations interspécifiques : c’est le cas du chêne et de l’orme (Lambert et Lavier, 1991), du sapin et du tilleul (Lambert et Lavier, 1990), du pin d’Alep, du pin mésogéen et du pin pignon (Guibal, 1992).

Un autre facteur contre-indicatif à la pratique de la dendrochronologie tient à l'originalité de certaines essences dans leurs réactions aux variations des facteurs environnementaux lorsqu’elles présentent une croissance en diamètre plus influencée par les conditions édaphiques que par les conditions climatiques (ex : peuplier, aulne, saule, noyer et fruitiers divers) ou lorsqu’elles produisent fréquemment des cernes surnuméraires ou à la concentricité altérée (ex : cyprès, olivier). Toutes ces irrégularités entraînent les plus grandes difficultés pour synchroniser les échantillons et bâtir des références ; au mieux peut-on synchroniser des pièces appartenant à un même ensemble architectural ou artistique, ce qui n’est déjà pas dépourvu d’intérêt (Trenard, 1992).

Sur le terrain, les prélèvements permettent de rapidement s’assurer de la compatibilité de l’essence : ils sont effectués soit par carottage à l’aide d’une tarière de Schär montée sur une perceuse électrique, soit par section transversale obtenue par sciage ou tronçonnage ; les prélèvements réalisés sur des arbres sur pieds sont, pour leur part, effectués à cœur, à l’aide d’une tarière de Pressler (Schweingruber, 1988).

 

II - Dendrochronologie du domaine subalpin

C’est dans les régions de montagne, et plus particulièrement dans le massif alpin, que se trouvent les peuplements forestiers du territoire français ayant, à ce jour, donné lieu aux chronologies les plus longues. Les trois chronologies les plus longues sont toutes représentatives du mélèze :

- vallée des Merveilles, Alpes-Maritimes : 973-1974 (Serre, 1978) ;

- chalets de l’Orgère, vallée de la Maurienne, Savoie : 1350-1973 (Tessier, 1981) ;

- forêt de Beauvezer, Alpes-de-Haute-Provence : 1337-1994 ; cette chronologie est étendue jusqu’en 990 par des séries issues de souches localisées dans la même forêt (Belingard, 1996) ;

Essence subalpine typique, rencontrée entre 1200m et 2400m dans les Alpes internes où il constitue souvent la limite supérieure de la forêt, le mélèze est capable de supporter de grandes amplitudes thermiques et des écarts brutaux de température (Fourchy, 1952). Apprécié pour son bois depuis l’époque antique, notamment pour la construction navale (Rival, 1991), c’est aux altitudes les plus élevées de son aire de distribution, dans les situations les plus inaccessibles à l’outil de l’homme, que l’on rencontre aujourd’hui les sujets les plus âgés. Leurs chronologies d’épaisseurs de cernes sont largement utilisées pour dater des vestiges en mélèze des dix derniers siècles, aussi divers que le plafond peint (Figure 1) des galeries du cloître de Fréjus (83) ou les chalets d’alpage de Baumelonge (Figure 2) situés sur le flanc oriental des gorges du Bachelard (04). Cette faculté est liée à la qualité de l’enregistrement d’un signal climatique manifesté à l’échelle régionale, commun à un grand nombre d’individus ayant poussé dans des conditions écologiques diverses mais soumis à des conditions bioclimatiques assez proches.

De fait, le climat prévaut sur la base d’une composante chronologique qui se traduit par des variations de haute, moyenne et basse fréquence qui peuvent être manifestées par autant de variations sur les séries d’épaisseurs des cernes, et d’une composante géographique qui se traduit par des variations exprimées selon une échelle spatiale plus ou moins étendue. En fonction de la durée sur laquelle ils s'exercent, les facteurs climatiques ont pour effet de générer des cernes ou des séries de cernes plus minces ou plus larges que la moyenne selon des fréquences diverses : haute (d'une année à l'autre), moyenne (de 3 à 20 ans), basse (plus de 20 ans). Par ailleurs, les mêmes facteurs climatiques s'exercent de façon homogène à l’échelle de surfaces plus ou moins vastes qui peuvent être tantôt une forêt, une vallée ou un massif montagneux.

L’examen des courbes des variations de l’épaisseur des cernes en fonction du temps de dix mélèzes (Larix decidua Mill.) soumis à des conditions écologiques similaires sur la parcelle forestière dite Haut-Garreton, localisée sur un versant exposé à l’Ouest situé dans la haute vallée du Var dans le secteur du Mercantour, permet de distinguer un certain nombre de caractères communs à l’ensemble des arbres (Figure 3) :

- une tendance nette à la diminution de l’épaisseur des cernes au cours du temps;

- des variations de moyenne fréquence centrées sur les périodes 1838-40, 1849-52, 1857-60, 1865-69, 1878-82, 1894-99, 1908-11, 1918-22, 1936-39,1953-56, 1962-67 ;

- des variations de haute fréquence marquées par des valeurs annuelles particulièrement faibles lors des années 1830, 1843, 1854, 1873, 1884, 1903, 1916, 1924, 1927, 1929, 1932, 1941, 1950, 1957, 1968, 1975.

La tendance à la diminution de l’épaisseur des cernes au cours du temps reflète l’effet de l'âge qui entraîne une modification du potentiel d'accroissement au cours de la vie de l'arbre et l’effet géométrique lié à l’augmentation du diamètre du tronc. D’autres variations à long terme dans les épaisseurs de cernes peuvent survenir, résultant, le plus souvent, de changements structurels de l'arbre ou de son environnement biotique et physique. La recherche des facteurs impliqués dans les variations de moyenne fréquence et les variations de haute fréquence passe par une approche spatiale dans laquelle plusieurs populations de la même essence présumées être soumises à des conditions climatiques voisines sont prises en compte. L’identification de variations de moyenne fréquence et de variations de haute fréquence communes à un tel ensemble de populations peut, dans ces conditions, être attribuée au climat régional.

Quatre chronologies moyennes stationnelles représentatives de quatre ensembles de quinze mélèzes de statut dominant, situés dans des placettes d’ambiance plus ou moins forestière localisées dans l’étage de végétation subalpin (Ozenda, 1981) de quatre secteurs géographiques (Bois des Bans/Briançonnais, Morgon/Embrunnais, Claous/Ubaye, Col de Salèse/Mercantour) des Alpes françaises du Sud illustrent ce caractère (Figure 4). Toutes les courbes affichent plusieurs années qui, marquées par une faible croissance, avec des valeurs absolues variées, témoignent vraisemblablement de l’influence du facteur climatique annuel sur la croissance en diamètre des arbres : 1723, 1732, 1750, 1765, 1790, 1810, 1830, 1841, 1847, 1878, 1891, 1913, 1923, 1926, 1929, 1933, 1950, 1973.

Parallèlement aux années isolées affectées d’une faible croissance, des altérations générales de l’allure de chaque courbe sont notées sur des séquences allant de quatre à huit années : 1811-18, 1819-22, 1856-60, 1867-70, 1883-89, 1900-04, 1935-40, 1943-48, 1953-59, 1963-68, 1980-85. Toutes ces altérations se manifestent par une décroissance brutale de l’épaisseur des cernes suivie de trois à sept années au cours desquelles les valeurs absolues atteignent de façon progressive les valeurs moyennes immédiatement précédentes à l’altération.

L’occurrence de variations de moyenne fréquence synchrones sur l’ensemble des courbes pourraient être attribuée à un facteur climatique dont l’action est traduite dans l’épaisseur des cernes des mélèzes à une échelle régionale, sans l’aide qu’apportent ici les archives forestières. Les travaux menés par Baltensweiler et Fischlin (1988) sur la dynamique des populations de la tordeuse du mélèze, Zeiraphera diniana Guenée (Lépidoptère Tortricidae), ont révélé le calendrier des pullulations de cet insecte au cours des deux derniers siècles dans l’ensemble de l’arc alpin. Dans sa zone optimale de développement, à des altitudes comprises entre 1850 m et 2000 m, Zeiraphera diniana présente des gradations cycliques d’une période moyenne de 9 ans au cours desquelles il dévaste les mélézeins en consommant les aiguilles (Roques et Goussard, 1982). Dans le département des Hautes-Alpes, des pullulations sont attestées au cours des années 1811, 1819, 1856, 1866, 1883, 1900, 1935, 1943, 1953, 1962, 1971, 1979, soit, à l’exception de 1971, autant de millésimes immédiatement suivis par une chute brutale de l’épaisseur des cernes des mélèzes.

A la suite des pullulations, les populations Morgon et Bois des Bans présentent un rétablissement plus lent que les populations Col de Salèse et Claous : ceci est particulièrement marqué pour les pullulations des années 1811, 1866, 1883, 1935. D’autres populations en cours d’étude dans les quatre secteurs géographiques mentionnés ici permettront de préciser si ceci est lié ou non au caractère plus interne dans la chaîne alpine des populations embrunnaises et briançonnaises.

 

Discussion

La sensitivité au facteur climatique garante d’une variation interannuelle marquée et la longueur des séries de cernes disponibles, liée aux contraintes imposées par les conditions climatiques et stationnelles de croissance, font des essences forestières subalpines un matériel de qualité pour l’analyse dendrochronologique sensu lato. De fait, nombreuses sont les applications menées en milieu subalpin dans le domaine de la datation et des reconstitutions paléoenvironnementales : mouvements des masses glaciaires, glissements de terrain, avalanches, … (Schweingruber, 1988, 1996). Dans les Alpes françaises du Sud, les travaux récents ont porté sur des problématiques liées :

A la lumière d’études récentes, l’extrémité sud-occidentale de l’arc alpin apparaît comme un secteur particulièrement intéressant pour l'analyse dendrochronologique à plus d’un titre :

A cette fin, l’exploitation des variations de la structure anatomique du bois permettra d’acquérir des séries de données susceptibles d’offrir un meilleur enregistrement du signal climatique que celui offert par les épaisseurs annuelles. La densité du bois résulte de plusieurs caractères incluant l’épaisseur des parois cellulaires, le diamètre des lumières cellulaires, la proportion des fibres et des cellules parenchymateuses (Polge, 1970). Constitué d’une zone de bois initial et d’une zone de bois final, chaque cerne est en mesure d’offrir six paramètres liés à la densité (Figure 5) affectés chacun d’une variance de basse fréquence moindre que celle liée à l’épaisseur brute annuelle et lui conférant un intérêt élevé sur le plan paléoclimatique.

 

Bibliographie.

Liste des figures.

Figure 1:

Synchronisation de la courbe des variations d’épaisseur brute du cloître de Fréjus et des chronologies moyennes de mélèzes de la vallée des Merveilles et du NE de l’Italie (Bebber, 1990).

Figure 2 :

Synchronisation de la courbe des variations des indices E (Lambert et Lavier, 1992) des chalets de Baumelonge et de la chronologie moyenne de mélèzes de Morgon.

Figure 3 :

Courbe des variations moyennes de l’épaisseur brute des cernes de dix mélèzes d’une même parcelle forestière (Haut-Garreton) de la Haute-Vallée du Var.

Figure 4.

Courbes représentatives de quatre chronologies moyennes de mélèzes issus de quatre placettes localisées dans les Alpes françaises du Sud.

Figure 5.

Courbe des variations moyennes de l’épaisseur brute et de six paramètres liés à la densité du bois d’une placette de mélèzes du Briançonnais (Le Mélézein, Villard-Saint-Pancrace).

 

F. GUIBAL et J.-L. EDOUARD
I.M.E.P./L.B.H.P.
U.P.R.E.S.A. 6116 C.N.R.S.
Boite 451
Faculté des Sciences et Techniques de Saint-Jérôme
Avenue Escadrille Normandie-Niemen
13397 Marseille Cedex 20