nuit la plante rejette du CO2 lors de la respiration, il n’y pas de photosynthèse et donc pas
de création d’isoprène. Cependant ce processus est aussi fortement corrélé avec le PAR et peut de ce fait constituer un apport d’information redondant pour la modélisation.
6.3
Description du site de l’OHP
La campagne de mesure s’est déroulée à l’Observatoire de Haute Provence (OHP) et plus précisément à l’observatoire du chêne pubescent (O3HP, Oak Observatory at OHP, www.obs-hp.fr/O3HP) qui se situe dans le sud-est de la France dans le département des Alpes-de-Haute-Provence et la région Provence-Alpes-Côte d’Azur, à environ 70 km au nord de Marseille.
Historiquement l’Observatoire de Haute-Provence est dédié à la recherche en astro- nomie mais la présence d’une forêt de chênes pubescents sur son domaine a récemment permis la création d’un site expérimental pour l’étude de l’écosystème que représente la chênaie pubescente. Ce projet est piloté par Thierry Gauquelin, professeur à l’univer- sité d’Aix-Marseille et spécialiste en écologie fonctionnelle et sous la charge d’Ilja Reiter, ingénieur de recherche au CNRS. Les différents laboratoires impliqués dans le projet de l’O3HP sont : l’Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie marine et continentale (IMBE), l’OHP, le Centre Européen de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement (CEREGE), et l’Institut de Biologie Environnementale et Biotechnologie (IBEB).
6.3.1 Description géographique et climatologique du site
Le site est situé à une altitude de 680 m. Un extrait de carte topographique de 1 km de côté est présenté par la figure 6.1a. Le site de mesure y est localisé par un point rouge. Le relief présente une pente insensible dans un axe nord ouest - sud-est. La pente est de 2,7 % sur les premiers 365 m depuis le site dans la direction nord-ouest puis augmente à 5 % au-delà. À 400 m au nord-est du site on observe une ravine dans un axe nord-ouest - sud-est. Les changements de pente associés à la ravine se situent à une distance de 260 m du site.
La figure 6.1 est une photo aérienne du site montrant une zone de 300 m dans le sens est - ouest et de 260 m dans le sens nord - sud. La chênaie se situe dans l’étage supra- méditerranéen qui correspond encore à un climat méditerranéen mais avec une période de sécheresse estivale raccourcie à un mois à cause de l’altitude. Cette sécheresse estivale caractéristique du climat méditerranéen peut durer jusqu’à 3 mois à plus faible altitude. Le site est sous l’influence du mistral, comme le confirment les figures 6.2a et 6.2b qui représentent les roses des vents pour les journées et les nuits du 25 juillet au 1erseptembre
2010. Ces mesures de vent ont été réalisées sur la station de mesure de flux.
Les deux directions de provenance du vent dominantes sont le Nord et le Nord-ouest pendant la journée. La nuit, seule la direction de Nord-Ouest domine. On remarque aussi que les occurrences de vent dans des directions autres que les directions dominantes sont très faibles.
(a) Carte IGN de l’O3HP, de 1 km × 1 km. La situation de la station de mesures est indiquée par le point rouge, aux co- ordonnées géographiques longitude 5◦ 42’
37,5” E et latitude 43◦ 56’ 06,9" N.
(b) Photographie aérienne du site de l’O3HP. L’échelle de la zone représentée est de 300 m de large et 260 m de haut.
Figure 6.1 – Site de mesure de l’OHP.
2% 4% 6% 8% Ouest Est Sud Nord 0 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 4 4 - 5 5 - 6 6 - 7 7 - 8 8 - 9 9 - 10 10 - 11 Vent (m s−1)
(a) Rose des vent en journée.
5% 10% 15% Ouest Est Sud Nord 0 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 4 4 - 5 5 - 6 6 - 7 7 - 8 8 - 9 Vent (m s−1)
(b) Rose des vent de nuit.
Figure 6.2 – Rose des vents pour la période du 25 juillet au 1er septembre 2010 avec une
division en 36 secteurs (résolution radiale de 10 ◦). Vents mesurés sur la station de mesure de
6.3. DESCRIPTION DU SITE DE L’OHP 107
6.3.2 Étude de l’empreinte des mesures de flux ou footprint
L’utilisation de techniques de micrométéorologie pour la mesure de flux implique que la surface étudiée soit homogène horizontalement. Cette condition est rarement vérifiée en réalité, on a donc recours à des modèles pour déterminer la contribution relative des zones sources. L’extension de cette surface appelée empreinte du flux ou footprint dépend de plusieurs paramètres dont la hauteur des capteurs, la stabilité de l’atmosphère, l’intensité du vent et la rugosité de la surface. On parle aussi de footprint pour désigner la fonction f qui relie les flux mesurés à la contribution relative d’une zone par unité de surface.
Il existe plusieurs modèles pour estimer le footprint d’une parcelle, ici nous avons utilisé le modèle de Kljun et al. (2004). Ce modèle est basé sur une paramétrisation qui rend sa formulation simple et qui traite toutes les situations de stabilité atmosphérique. Il est accessible sur une interface web interactive à l’adresse www.footprint.kljun.net. Le modèle requiert comme paramètres d’entrée la vitesse de friction (u∗), l’écart-type des
fluctuations verticales du vent (σw), la hauteur de mesure (zm), la longueur de rugosité
du terrain (z0) et la hauteur de la couche limite (h). Les auteurs recommandent comme
conditions limites : u∗ ≥ 0, 2 m −1, zm > 1 m et −200 ≤zm/LM O ≤ 1, LM O étant la
longueur de Monin-Obukhov.
La vitesse de friction u∗ est donnée par u∗ = (u′w′ 2
+ v′w′2)1/4. La hauteur de mesure
est de 9,5 m et la hauteur de la couche limite est de l’ordre de quelques centaines de mètres. On prendra la valeur de 1000 m pour h. L’influence de la hauteur de la couche limite sur le footprint est faible lorsque la hauteur de mesure est faible.
Le calcul de la longueur de rugosité (z0) est possible à partir de données de profil de
vent. Ces données ne sont pas disponibles dans notre cas et on utilise alors la théorie de similitude de Monin-Obukhov qui donne une formulation du profil de vent dans la couche de surface en conditions neutres. La stabilité de l’atmosphère est caractérisée par le paramètre zm/LM O ou indice de stabilité noté ζ.
Dans des conditions neutres, c’est à dire pour un indice de stabilité 0 < zm/LM O < 0, 1,
on peut écrire : ¯ u(z) = u∗ k ln zm z0 (6.1) Dans le cas où les obstacles de la surface sont importants, ce qui est le cas pour une forêt alors on a : zm = z - zd, zd étant la longueur de déplacement ou la hauteur de
sol fictive. La longueur de déplacement est de l’ordre de deux tiers de la hauteur de la canopée. On a donc dans notre cas une hauteur zm = 9,5 - 5,5 (2/3) = 5,8 m. Pour ce
site, la longueur de rugosité a été calculée à z0 = 0,6 m, à partir de plusieurs situations
neutres observées sur le site.
Deux situations atmosphériques typiques ont été choisies pour estimer l’empreinte du flux :
– Une situation instable avec un vent faible et des flux de chaleur forts (6.1). – Une situation avec des vents forts (6.2).
Le paramètre σw a été estimé grâce dans les deux situations à partir de la gamme de
valeurs observés par la station de flux pendant la période de mesure.
Les résultats du modèle pour les deux situations sont présentés dans la figure 6.3. Pour la situation vent faible et pour la situation vent fort la position du point de contribution maximale (dmax) est de 26 et 56 m et l’extension de la surface contribuant à 90 % est de
σw 0,55 m2 s−2
u∗ 0,2 m s−1
zm 5,8 m
h 1000 m
z0 0,6 m
Table 6.1 – Paramètres pour la situation vent faible.
σw 1,4 m2 s−2
u∗ 1,3 m s−1
zm 5,8 m
h 1000 m
z0 0,6 m
Table 6.2 – Paramètres pour la situation vent fort.
72 et 153 m, respectivement. Ces distances sont déterminées à partir de la position du mât de mesure et dans la direction du vent.
P ro b a b ili t´e d e co n tr ib u ti o n (m − 1 ) Distance (m) 0 100 200 300 400 500 600 0 0, 5 1 1, 5
Cas 1 : vent faible (dmax = 26 m, d90% = 72 m)
Cas 2 : vent fort (dmax = 56 m, d90% = 153 m)
Figure 6.3 – Estimation de l’extension de la zone contribuant au flux dans les directions de vent dominantes.
Sur la figure 6.4, une zone au nord-ouest de la station, est visible où le sol paraît presque nu. Cette parcelle hors du domaine de l’OHP est exploitée pour le bois et a été coupée quelques mois avant la campagne de mesure. À la période de la campagne elle était colonisée par une végétation jeune (< 1 an) composée principalement de jeunes chênes pubescents et de plantes herbacées.
Le report des résultats du modèle sur une photo aérienne du site (figure 6.4) montre que la zone contribuant à 90 % aux flux dans les deux conditions spécifiées est composée de forêt. Dans le cas de vent de nord ouest fort une contribution faible, inférieure à 10 %, pourrait parvenir de la parcelle exploitée.
6.3. DESCRIPTION DU SITE DE L’OHP 109
Figure 6.4 – Rose des vents (en journée) superposée à la photographie aérienne du site. Les arcs de cercle représentent les extensions des zones contribuant à 90 % du flux dans les situations de vent faible et vent fort.
6.3.3 La chênaie pubescente
Le chêne pubescent (Quercus pubescens) fait partie avec le chêne vert (Quercus ilex ) et le pin d’Alep (Pinus halepensis), des espèces d’arbres caractéristiques du climat mé- diterranéen. Les émissions de COV par le chêne pubescent sont dominées par l’isoprène (Keenan et al., 2009). A contrario, les autres espèces de la région méditerranéenne comme le chêne vert, le pin parasol (Pinus pinea) ou le pin d’Alep présentent des émissions composées majoritairement de monoterpènes (Staudt et al., 2000).
Le site dispose d’une forêt constituée à 90 % de chênes pubescents et à 10 % d’érables de Montpellier (Acer monspessulanum). Le sous bois est colonisé par du sumac (Cotinus coggygria) et quelques plantes herbacées. Cette chênaie n’a pas été exploitée depuis plus de 70 ans et peut donc être qualifiée de forêt ancienne. Une parcelle plus petite située à l’ouest du site de mesure présente des arbres plus jeunes. On peut distinguer cette zone plus clairsemée sur la photo aérienne de la figure 6.1b. Vers le nord la forêt s’étend sur plusieurs kilomètres.
L’indice de surface foliaire (ou LAI pour Leaf Area Index) qui représente la surface totale des feuilles par unité de surface au sol a été mesuré au mois d’août 2010 à l’aide d’un LAI-2000 (LI-COR). Une valeur moyenne de 2,5 a été calculée à partir de ces mesures faites en différents points de la forêt au voisinage du site. La hauteur du sommet de la canopée est estimée à 5,5 m en moyenne.