a   Flux de sève

Principe de mesure.

La densité de flux de sève fd dans les arbres a été mesurée par la technique de dissipation thermique (Granier, 1985) ; les capteurs sont placés dans le xylème juste sous le cambium et ont une longueur active de 20 mm. La densité de flux de sève (exprimée en m³.m^-2.s^-1) mesurée par cette méthode correspond au flux de sève par unité de section de bois d’aubier. L’acquisition des données est faite avec une centrale de mesures Campbell CR7 (Campbell Scientific Inc., Logan, UT, USA) relevant les données toutes les 10 secondes, et calculant les moyennes sur 30 minutes.

Le calcul du flux de sève par arbre est basé sur la connaissance de la section transversale de bois d’aubier du tronc. Or, chez le hêtre, la distinction visuelle entre l’aubier et le duramen est impossible. D’après des mesures antérieures de densité de flux à différentes profondeurs sous le cambium, réalisées à Hesse et en Allemagne, un profil de décroissance de la densité relative de flux en fonction de la profondeur relative sous cambium a été obtenu (figure I.1). Nous avons obtenu sur ces données la relation suivante :

fd /fdmax= -1.0192 x/R + 1.040 (r² = 0.66) [2]

où fd est la densité de flux de sève, fdmax est la densité de flux maximale, observée dans la partie la plus externe du bois, x est la profondeur sous le cambium à laquelle est mesurée fd et R est le rayon du tronc de l’arbre.

Le flux de sève F par arbre est ensuite calculé en m³.s^-1 selon l’expression :

F =

∑

la surface d’aubier étant divisée en plusieurs anneaux de surface S, i étant l’indice de l’anneau, et fdi la densité de flux considérée dans l’anneau i calculée à partir de fd mesurée à 20 mm sous le cambium et la relation [2].

Mesures de flux de sève en 2002 et 2003

La densité de flux a été mesurée en continu ces deux années à 1m30 dans le tronc de 10 arbres. La circonférence de ces arbres allait de 300 à 550 mm, couvrant ainsi la plupart de la distribution des tailles d’arbre dans le peuplement. Les dix arbres ont été sélectionnés au hasard parmi les classes de circonférences ayant la contribution la plus importante à la transpiration du peuplement (voir tableau

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II.4). Ces trois classes représentent le statut de dominance des arbres : les arbres dominés (circonférence inférieure à 350 mm), les arbres codominants (circonférence entre 350 et 500 mm) et les arbres dominants (circonférence entre 500 et 800 mm). Un changement d’échelle permet de passer des mesures de flux de sève individuelles des arbres à une estimation du flux à l’échelle du peuplement T (Köstner et al. 1992 ; Granier et Bréda, 1996 ; Granier et al. 2000b) : la transpiration du peuplement est calculée en se basant sur les inventaires d’arbres.

T est calculé par la relation :

T =

∑

i

i

im N

F , [4]

où i est l’indice de la classe d’arbre, Fim est le flux de sève moyen (m³.s^-1) pour un arbre de la classe i, N est le nombre d’arbres de la classe i dans la parcelle. Nous obtenons un flux en m³.s^-1 pour la parcelle, que l’on peut convertir en un flux par m² de sol en divisant par la surface de la parcelle, (m³.m^-2.s^-1).

Nous avons défini une diminution relative pour l’année 2003 entre la période 1 et la période 2 comme égale à Dim° =

1 2 1 P P P −

, où P1 est la moyenne du flux sur la période 1, pour chacune des classes. Nous avons calculé cette différence pour chaque jour de la période 2 pour chacune des classes.

Analyses statistiques

Nous avons testé s’il y avait des différences entre les trois périodes sélectionnées, pour T et Ftot et Dim° (pour chacune des classes) en utilisant un modèle de régression linéaire générale (GLM) dans SAS (SAS Institut, Cary, USA).

Mesures en 2008

Six capteurs de flux de sève ont été installés sur chacun des deux arbres dominants 14 et 202, à différents niveaux : à 1m30, à la base de la couronne vivante, deux sur des branches dans la partie supérieure de la couronne et deux sur des branches dans la partie inférieure de la couronne.

Pour calculer le flux à la base du tronc (FBT), nous avons utilisé la procédure et la relation linéaire entre la densité de flux et la profondeur sous le cambium présentées ci-dessus.

Pour chaque arbre, nous avons déterminé la densité de flux des branches moyenne fdbr. Pour intégrer l’hétérogénéité des flux parmi la couronne, due aux différentes expositions des branches, nous avons sélectionné deux branches dans la partie inférieure de la couronne, et deux branches dans la partie supérieure.

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Chap.II Mesures effectuées sur les trois années

Nous avons utilisé les densités de flux mesurées dans les branches pour estimer le flux total dans la couronne vivante FC.

Nous avons mesuré les diamètres des branches à leur base, avec un pied à coulisse, en effectuant systématiquement deux mesures perpendiculaires pour prendre en compte les éventuelles variations radiales. Nous avons considéré que toute la branche était conductrice. Cependant, les surfaces conductrices totales des branches obtenues étaient similaires à celles de la base du tronc, pour chaque arbre : 274.4 cm² contre 311 cm² pour la surface de la base du tronc, et 457 cm² contre 452.4 cm², respectivement pour les arbres 14 et 202.

Or, les densités de flux mesurées à la base du tronc sont plus faibles que les densités de flux dans les branches. Sachant que le flux à la base du tronc FBT était estimé à partir d’une relation décroissante entre densité de flux et profondeur sous le cambium, toute la surface n’était donc pas conductrice. Par cette méthode, le flux total dans les branches était trop élevé par rapport à FBT (environ trois fois plus élevé).

Nous avions donc conclu que la surface des branches n’était sûrement pas totalement conductrice, du moins pour les plus larges.

Lors du calcul des flux de sève individuels pour les quatre branches par arbre, nous avons cependant considéré que la branche était totalement conductrice. Cette approximation était motivée par le fait que le capteur inséré dans la branche était de la même longueur que le rayon de la branche. La variabilité de la densité de flux était donc prise en compte dans la mesure.

Afin d’estimer autrement le flux dans la couronne FC, nous avons calculé un coefficient k, pour chaque jour, reliant la densité de flux moyenne mesurée dans les branches fdb au flux estimé dans la couronne vivante FC. Partant de l’hypothèse que le cumul journalier de Fc est égal au cumul journalier de FBT :

∑

∑

∑

∑

Nous avons ensuite utilisé les k journaliers pour calculer FC par demi-heure : FC = fdb /k

Les valeurs de k étaient différentes entre les deux arbres, relativement variables entre les jours, mais indépendantes des conditions climatiques (aucun relation trouvée entre k et l’ETP, ou le contenu en eau du sol).

En séparant la couronne vivante en deux couches, inférieure plus ombragée et supérieure plus éclairée, nous avons aussi calculé le flux total de la partie basse de la couronne : FbO et le flux total des branches de la couche supérieure FbL à partir des densités de flux moyennes des branches des couches correspondantes fdbO et fdbL et de k2.

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