Intégrer le climat dans les modèles de croissance forestière par couplage de modèles - Irstea

Intégrer le climat
dans les modèles de croissance forestière
par couplage de modèles

                                Patrick Vallet1,2, Thomas Pérot2
                               1 – UR LESSEM, Irstea Grenoble
                       2 – UR EFNO, Irstea Nogent-sur-Vernisson

                   Séminaire de clôture du projet ADAMONT
« ADAPTATION DES TERRITOIRES DE MONTAGNE AU CHANGEMENT CLIMATIQUE »
                          Grenoble, 23 janvier 2018

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Projet SATAN (Financement ADEME 2016-2019)
SYNERGIE ENTRE ATTÉNUATION ET ADAPTATION : APPROCHE À L’ÉCHELLE
DU TERRITOIRE

   Simuler l’évolution des peuplements forestiers d’un territoire
    sous différents scénarios climatiques

    •   Zone d’étude : Forêt d’Orléans
    •   Chêne sessile, Pin sylvestre, Mélanges d’essences de plaine
    •   Futaie régulière

     Comment inclure l’effet du climat
      dans les modèles de croissance à long terme ?

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Nouveau projet : PROTEST (Financement ADEME 2018-2020)
PROSPECTIVE TERRITORIALE FORESTIÈRE SPATIALISÉE

   Dans le projet, adapter la méthode aux essences et structures
    du massif des Bauges

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Comment prendre en compte l’effet du climat
dans les modèles de croissance

   Modèles mécanistes (PBM)
    +   Décomposition en processus élémentaires  lien avec les variables climatiques
    -   Nombre de paramètres d’entrée / données de calibration
    -   Prise en compte de la structure du peuplement difficile
    -   Prise en compte de la sylviculture difficile

   Modèles dendrométriques
    +   Prise en compte de la sylviculture
    +   Modèles parcimonieux
    -   Mauvaise prise en compte des facteurs climatiques

 Modèles hybrides
    •   Guillemot et al. (2014) : PBM + ajout d’un module sylvicole
       Hybridation dans l’autre sens : modèle dendro + modulation climatique

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       Modèle de croissance
       CONSTRUCTION

                      Fertilité            Densité         Stade de         Modulation
Croissance   ~ f1     station       f2   peuplement   f3   dévelopt    f4   climatique

        Profiter des avantages de différentes sources de données

      Inventaire Forestier National (IFN)                   Carottages
           Données transversales                       Données longitudinales

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         Modèle de croissance
         CONSTRUCTION

                           Fertilité          Densité         Stade de        Modulation
Croissance          ~ f1   station     f2   peuplement   f3   dévelopt   f4   climatique

Apport du type de Données

       IFN
                             X                 X                X
 (transversales)

    Carottages
                                                                X               X
 (longitudinales)

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       Modèle transversal
       SUR DONNÉES DE L’INVENTAIRE FORESTIER NATIONAL

            Données disponibles pour le chêne sessile et le pin sylvestre

                                                                              Diamètre
                      Nombre de    Température   Précipitations                             Diamètre
                                                                  Altitude    moyen du
                       placettes    moyenne        annuelles                               moyen du Pin
                                                                               Chêne
                                      (°C)           (mm)           (m)         (cm)           (cm)

                         525           10.4          785             226         32.3            -
Chêne pur
                                    (7.2-12.7)    (589-1673)      (20-1466)   (3.3-87.7)

                         548            8.8          920             833          -             22.5
Pin sylvestre pur
                                    (4.8-13.1)    (500-1727)      (37-1866)                  (1.6-59.0)

                         68            10.0          757             243         26.3          34.6
Placettes mélangés
                                    (8.1-11.3)    (604-1456)      (105-869)   (7.4-78.3)    (11.1-61.2)

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     Modèle transversal
     SUR DONNÉES DE L’INVENTAIRE FORESTIER NATIONAL

        Forme générale du modèle : potentiel x réducteurs
                          (cf. Vallet & Pérot 2011, Toïgo et al. 2015, Toïgo et al. 2017)

                         n                                        (c ×Dg)
                                                                 e 1      +c2
      BAI =      a0 +      (am ×Xm )            × DIb      ×                  +ε
                                                                     1+c2
                        m=1

Accroissement
 Peuplement

         Potentiel de croissance          Réducteur sylvicole         Réducteur stade de dev.
           dépendant des variables              dépendant                dépendant du diamètre
            environnementales Xm              de la densité DI             du peuplement Dg

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Modèle transversal
SUR DONNÉES DE L’INVENTAIRE FORESTIER NATIONAL

   Résultats : Variables environnementales et sens des effets

             Chêne sessile                         Pin sylvestre

         Variable         Sens                 Variable            Sens

    Tmin Décembre            +            pH                        -

    Déficit eau Juillet      -            Tmax de Juillet           -

    Indice d’Azote           +            Pente                     -

    Roche calcaire           -            RU                        +

    RU horizon 1             +            Greco (Nord Est)          +

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       Modèle longitudinal
       DONNÉES RÉTROSPECTIVES (Merlin et al.2015)

          Données du dispositif OPTMix (Forêt d’Orléans)

          Échantillonnage stratifié : trois triplets de placettes

      Chêne pur             Mélange             Pin pur
                                                                     Campagne de prélèvement en
x3

                                                                       hiver 2012 et hiver 2013
     9 chênes        9 chênes          9 pins         9 pins

                       = 108 individus

            Reconstitution
            de la croissance radiale

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Modèle longitudinal
DONNÉES RÉTROSPECTIVES

   Pour chaque placette, et pour chaque année,
    accroissement de 9 arbres de diamètres variés

        Accroissement pour 3 années différentes d’une même placette de chêne

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II – Modèle longitudinal
DONNÉES RÉTROSPECTIVES

        Exemple d’évolution de la relation de 1971 à 2012 pour une placette…

          … de chêne                                         … de pin

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Modèle longitudinal
RÉSULTATS – CHÊNE SESSILE

   Variable climatique : Précipitations de décembre à juillet (pptdec_juil)

baichêne = γ0 + γ1 +γ4 ×comp ×ppt déc_juillet × diameter – (α0 + α1 × age)

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Modèle longitudinal
RÉSULTATS – PIN SYLVESTRE

   Variable climatique : Précipitations de mai à août (pptmai_aout)

     baipin = γ0 + γ1 ×clim + γ2 ×age × diameter – (α0 + α1 × age)

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Méthode de couplage
PRINCIPE

   Utilisation du modèle transversal (IFN)
    pour prédire l’accroissement moyen

    •   Fonction de la sylviculture (densité)
    •   Fonction du stade de développement (Dg)
    •   Fonction de la fertilité (potentiel de croissance)

   Modulation climatique avec le modèle longitudinal

       On montre que la modulation est égale au rapport des pentes

                                       Penteclim
                     BAINFI,clim    =               × BAINFI,clim_ref
                                      Penteclim_ref

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Projections dans un climat futur

   Utilisation des projections climatiques du modèle ALADIN,
    régionalisé pour la forêt d’Orléans

   Scenarios RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 8.5
    •   Données historiques 1950-2005
    •   Projections de 2006 à 2100

   Calcul de la modulation climatique pour le chêne et le pin,
    avec comme années de référence la période 1950 - 2005

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Projections dans un climat futur
RÉSULTATS

   Variation de la productivité par rapport à la période 1950 - 2005

        Chêne sessile                                Pin sylvestre

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Conclusion

   Développement d’un modèle couplé
    •   Robuste
    •   Climat – dépendant
    •   Parcimonieux (peu de données d’entrée nécessaires)

   Démarche générique
    •   Méthode transférable à d’autres contextes

   Effet du climat estimé sur des carottages : fluctuations passées du
    climat.
    •   Extrapolations modérées possibles
    •   Si on s’écarte beaucoup des conditions actuelles, d’autres processus physiologiques
        peuvent intervenir  modèles mécanistes