3.3 Analyse des sorties de l’expérience de référence selon la typologie
3.3.4 Confrontation des résultats à des valeurs de productivité et de bio-
Pour valider les ordres de grandeur des résultats des simulations réalisées, deux types de données sont utilisées ici : des données issues d’observations de productivité primaire brute (Gross Primary Production en anglais, ou GPP) et des moyennes de productivité par type de végétation à l’échelle globale. Dans les deux cas, la comparaison avec les sorties des simulations sont limitées et ne peuvent avoir qu’une valeur indicative.
Les données de distributions globales de GPP reconstruites à partir d’observations sont constituées de sommes de GPP sur l’ensemble de la végétation réellement présente au sol. La comparaison avec les résultats de l’expérience ne peut donc être faite que sur les sommes de productivité des arbres et des herbacées sans connaître la répartition entre chaque type de végétation dans les observations. Qui plus est, ces régions incluent une proportion de sol nu qui n’a pas été prise en compte dans cette expérience, focalisée sur les arbres.
Quant aux valeurs de référence moyennes pour des types de formation végétale issues des inventaires forestiers nationaux, elles permettent seulement de situer les résultats par rapport à un ordre de grandeur.
Les deux comparaisons sont réalisées successivement ci-dessous.
Valeurs de référence issues des inventaires forestiers nationaux
Le document du GIEC pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre, publié en 2006 (GIEC, 2006) donne des valeurs de référence globales de productivité des différents types de végétation. Nous les utilisons ici comme ordres de grandeur pour contrôler la vraisemblance des résultats obtenus.
Le tableau 3.7 reproduit les valeurs de référence données dans le document du GIEC. Ces valeurs de biomasse peuvent être converties en masse de carbone en utilisant le facteur de conversion moyen universel : 0.47 tonnes de carbone par tonne de matière sèche (m.s.). Les valeurs résultant de la conversion sont indiquées entre parenthèses dans le tableau.
La zone écologique correspondant au domaine tropical semi-aride étudié est constituée, dans la nomenclature du document du GIEC, des « terres arbustives tropicales ».
Evaluation du potentiel arboré 141 Domaine cli-matique Zone écolo-gique Biomasse aérienne des forêts naturelles (tonnes m.s./ha) Biomasse aérienne des plan-tations de forêts (tonnes m.s./ha) Croissance nette de la biomasse aérienne des forêts naturelles (tonnes m.s./ha/an) Croissance nette de la biomasse aérienne des plan-tations de forêts (tonnes m.s./ha/an)
Tropical Forêt dense
tropicale 300 (141) 150 (70.5) 7.0 (3.29) 15.0 (7.05) Forêt déci-due humide tropicale 180 (84.6) 120 (56.4) 5.0 (2.35) 10.0 (4.7) Forêt sèche tropicale 130 (61.1) 60 (28.2) 2.4 (1.128) 8.0 (3.76) Terres ar-bustives tropicales 70 (32.9) 30 (14.1) 1.0 (0.47) 5.0 (2.35)
Table 3.7 – Extrait des lignes directrices de 2006 du GIEC pour les inventaires
nationaux de gaz à effet de serre : valeur de référence de biomasse et de crois-sance. La zone écologique correspondant au domaine tropical semi-aride est celle des « terres arbustives tropicales », plutôt pour les forêts plantées. Les autres valeurs sont données à titre de comparaison, comme celles des valeurs-limites aux frontières de cette zone écologique. Les unités sont données en tonnes de matière sèche (m.s.) par hectare : en valeur totale sur un peuplement (biomasse) ou en moyenne annuelle (croissance). Les valeurs entre parenthèses sont le résultat de la conversion en tonnes de carbone par hectare (tC/ha) ou par hectare et par an (tC/ha/an).
Le document donne plusieurs types de valeurs de référence, que nous utilisons ici comme ordre de grandeur pour valider la crédibilité des résultats de l’expérience :
— croissance nette de la biomasse aérienne ; — biomasse aérienne ;
— coefficient de conversion de la masse de matière sèche en masse de carbone ; — rapport de la masse racinaire à la masse aérienne.
La croissance nette de la biomasse aérienne est comparée ici à la produc-tivité primaire nette utilisée pour analyser les résultats de simulation. Comme
cette dernière, la NPP, inclut toute la biomasse de la plante, aérienne et racinaire, la valeur de croissance nette de la biomasse aérienne est d’abord convertie en croissance nette de la biomasse totale en utilisant le rapport moyen de la masse racinaire à la masse aérienne : il est de 0.4 pour les « terres arbustives tropicales », et varie entre 0.28 et 0.56 pour les « forêts sèches tropicales » (selon si la biomasse aérienne ou souterraine est supé-rieure ou infésupé-rieure à 20 t/ha). Pour calculer un ordre de grandeur de référence, la valeur 0.4 est utilisée ici pour ces deux zones écologiques. Pour les « forêts décidues humides tro-picales », elle est de 0.2 environ. Les valeurs de croissance nette de biomasse aérienne et souterraine ainsi calculées à partir de ces coefficients et du tableau 3.7 sont, pour les zones écologiques « forêts décidues humides tropicales », « forêts sèches tropicales » et « terres arbustives tropicales », respectivement 564, 526 et 329 gC/m2/an. Ces valeurs sont repor-tées sur le graphique de NPP totale du peuplement en fonction des fractions arborées et selon les cinq régimes (figure 3.17), sous forme de lignes horizontales gris foncé, bleue (trait plein) et bleue (trait pointillé) (figure 3.23).
Les approximations consenties pour cette comparaison sont considérables et ne peuvent donner que des indications de vraisemblance et des pistes d’interprétation pour les résul-tats de l’expérience. Les valeurs obtenues pour les régimes 1 et 2 sont ainsi positionnées en majeure partie (plus de 75% des points) en-dessous de la valeur de référence. Les points en sont les plus proches pour les fractions arborées les plus élévées, dans le cas du régime 2, et pour la fraction arborée 40% pour le régime 1. La productivité totale du peuplement se situe, pour le régime 3, au niveau de la valeur de référence pour les fractions arborées 40 et 50%. Au delà, elle est comprise entre cette valeur de référence et celle calculée pour les « forêts sèches tropicales ». Les régimes 4 et 5, enfin, atteignent la première valeur de référence pour la fraction arborée 40% et dépassent celles des forêts sèches et humides au niveau des fractions 60 et 70%.
Les trois régimes les plus arides (figure 3.19), qui occupent ensemble 68% du domaine tropical semi-aride, atteignent donc des valeurs de productivité totale qui se répartissent, à leur maximum, autour de la valeur de référence pour la zone écologique correspondante. En outre, si l’on suppose que dans ces
milieux, la fraction arborée au sol est basse, inférieure à 50%, les valeurs correspondantes de productivité totale sont proches de la valeur de référence pour tous les régimes. Ces résultats semblent donc vraisemblables.
Les régimes 4 et 5, plus à droite du spectre d’aridité (figure 3.19), montrent des niveaux supérieurs de productivité, au point d’atteindre, pour le régime 5, le double de la valeur de référence des forêts humides décidues pour la plus haute fraction arborée. Ce résultat est plus difficile à expliquer, même en tenant compte de la dispersion des résultats et de l’inconnue portant sur celle de la valeur de référence. Les points du régime 5 sont peu nombreux, puisqu’ils ne représentent que 4% du domaine, répartis entre les différentes
Evaluation du potentiel arboré 143
Figure 3.23 –Positionnement des résultats par rapport à des valeurs de référence de
croissance annuelle. Le graphique représente les distributions de productivité primaire nette du peuplement arboré selon la fraction arborée imposée (abscisses) et le régime (couleurs). Il est identique à celui de la figure 3.17. Les lignes horizontales représentent les valeurs de référence de croissance nette de la biomasse, en gC/m2/an, pour les forêts plantées, telles qu’indiquées dans le tableau 3.7. Elles correspondent respectivement aux « terres arbustives tropicales » (gris foncé), « forêts sèches tropicales » (bleu, trait plein) et « forêts décidues humides tropicales » (bleu, tirets).
(a) Biomasse ligneuse (b) Biomasse totale
Figure 3.24 – Comparaison de la biomasse aérienne obtenue avec les valeurs de
référence. Le graphique représente les distributions de la moyenne annuelle de la biomasse aérienne (ligneuse seulement, ou additionnée de la masse de sève, feuilles et fruits) du peu-plement arboré selon la fraction arborée imposée (abscisses) et le régime (couleurs). Les lignes horizontales représentent les valeurs de référence de biomasse aérienne, en t mat.sec./ha, pour les forêts plantées, telles qu’indiquées dans le tableau 3.7. Elles correspondent respectivement aux « terres arbustives tropicales » (gris foncé), « forêts sèches tropicales » (bleu, trait plein) et « forêts décidues humides tropicales » (bleu, tirets).
régions, et ils sont très proches de la limite humide du domaine. Ceci justifie un écart à la valeur de référence, mais laisse planner l’incertitude sur la vraisemblance des extrêmes atteints pour les plus hautes fractions arborées.
Les valeurs de biomasse calculées peuvent être comparées de la même façon aux valeurs de référence de biomasse aérienne. On somme pour cela les moyennes
annuelles de bois dur et tendre, de sève, de feuilles et de fruits, exprimées en masse de carbone par mètre carré en sortie d’expérience et converties en tonne de matière sèche par hectare comme précédemment. Les valeurs de biomasse aérienne ainsi obtenues montrent une dispersion importante au sein des régimes (figure 3.24). En moyenne, elles se situent à proximité de la valeur de référence des terres arbustives tropicales (30 t m.s./ha) pour les régimes 1 et 2, si l’on considère la biomasse aérienne totale (figure 3.24b), entre les valeurs de référence des terres arbustives tropicales et de forêts sèches (60 t m.s./ha) pour le régime 3, et dépassent cette dernière valeur pour les plus hautes fractions arborées pour le régime 4. Les valeurs obtenues pour le régime 5 sont très élevées dans les hautes fractions arborées (au-delà de 200 t m.s./h) et dépassent la valeur de référence des forêts décidues humides. Une grande partie de cette dispersion est induite par la masse non ligneuse, comme le montre la comparaison des figures 3.24a et b.
Evaluation du potentiel arboré 145
I Ces comparaisons suggèrent donc que les résultats obtenus en sortie de simulations sont cohérents avec les valeurs de référence de croissance annuelle et de biomasse aérienne des terres arbustives tropicales pour les trois régimes représentant plus des deux-tiers du domaine tropical semi-aride. Les régimes 4 et 5, qui représentent les régions les moins arides de ce domaine, ont des résultats de croissance annuelle plus proches de ceux des forêts sèches, pour les fractions arborées moyennes, et atteignent des valeurs très élevées, peu réalistes, pour les grandes fractions arborées. Cette sur-estimation est en partie attribuée à la biomasse non ligneuse.
Produit GPP issu d’observations
Le produit de GPP de Jung et al. (2011) a été dérivé à partir de l’interpolation des observations issues du réseau mondial FLUXNET (Jung et al., 2009; Lasslop et al., 2010). L’estimation de GPP de la surface continentale n’inclut pas la composition de la végétation pour chaque point de grille. La comparaison des résultats de l’expérience à ces estimations doit donc porter sur la GPP totale (PFT3+PFT11) en sortie d’expérience, et n’a encore qu’une valeur indicative. La figure 3.25 montre les profils de GPP totale pour chaque régime en sortie d’expérience (à gauche) en regard des valeurs calculées à partir des données de Jung et al. 2011 (à droite) et classées selon les régimes obtenus en sortie d’expérience. La dispersion représentée est donc la dispersion spatiale des points dans chaque régime.
Les différences de GPP totale par régime obtenues avec l’expérience de référence sont retrouvées avec les estimations à partir d’observations. Les valeurs médianes des
ob-servations se trouvent dans l’intervalle des quantiles 1 et 3 des résultats de l’expérience pour les régimes 1 à 3. Les estimations médianes pour les ré-gimes 4 et 5 sont inférieures aux résultats de l’expérience, mais sont néanmoins incluses dans l’intervalle de variation.
I Cette comparaison permet de vérifier que les ordres de grandeur obtenus en sortie de simulation sont réalistes. Les valeurs obtenues en sortie de l’expérience de référence se situent dans l’intervalle des quantiles 1 et 3 (donc proches de la valeur médiane) du produit d’observation pour les régimes 1 à 3, les plus arides, tandis qu’elles sont se situent dans la queue de distribution (au-delà du quantile 3) pour les régimes 4 et 5. Cette disposition va dans le sens de la simulation du potentiel de maintien d’une formation végétale différentes des terres arbustives observées dans ces régions pour les zones classées comme régime 4 ou 5.
:
La confrontation des résultats de l’expérience à des données est difficile à la fois du fait du manque de données de référence sur la productivité des arbres dans les ré-gions tropicales semi-arides, et parce que le protocole expérimental simule ici le potentiel climatique de maintien d’un couvert total du sol (sans sol nu), qui ne correspond pas exactement aux couverts réels. A partir de valeurs de référence approximatives, à l’échelle globale, les résultats semblent néanmoins cohérents avec les valeurs de la zone écologique correspondante, au moins pour les deux-tiers les plus arides du domaine étudié. Cette comparaison montre aussi que les fractions arborées les plus réalistes par rapport à ces références se situent autour de 40-50% d’arbres. Au-delà de ces fractions, cependant, la productivité continue d’augmenter. Le même constat est fait en utilisant un produit de GPP issu d’observations spatialisées. Le potentiel climatique de productivité arborée seFigure 3.25 – Comparaison de la GPP simulée au produit issu d’observations, par régime de productivité arborée. A gauche de la figure sont tracés les profils de GPP totale du couvert végétal en sortie de l’expérience de référence, soit la somme de la GPP des PFT3 et 11, pondérées par leurs taux d’occupation respectifs. A droite sont représentées les valeurs observées sur les points de grille correspondant aux régimes identifiés dans l’expérience de référence (les mêmes, donc, que dans le graphique de gauche). La composition végétale n’est pas connue et varie au sein de chaque régime.
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situerait-il à des valeurs supérieures à celles atteintes dans l’état actuel de l’occupation des sols ? Dans la suite, la notion de « potentiel arboré » est introduite, comme tentative de réaliser le compromis entre productivité totale du peuplement et niveau de développement de l’arbre.