de chaque régime
Les notions de « potentiel » et d’« optimum », dans le cadre de cette approche, ont été définies en début de chapitre (section 3.1). Le « potentiel » désigne donc ici la gamme de valeurs de fraction arborée pour lesquelles le niveau de développement des arbres est jugé acceptable. Le caractère acceptable ou non du développement des arbres est subjectif et dépend de chaque problématique de plantation et de gestion de couvert arboré. Pour fixer les idées, dans les parties suivantes des choix arbitraires sont opérés de manière à tester la capacité de cette approche à caractériser un potentiel climatique de fonctionnement
arboré et sa sensibilité à des changements de fraction arborée.
3.4.1 Caractérisation du « potentiel arboré »
Par définition, ce potentiel est défini comme l’intervalle des fractions arborées pour lesquelles le niveau de développement des arbres est supérieur à un seuil. Le seuil 3 (voir section 3.1), qui représente un niveau de productivité intermédiaire, est arbitrairement choisi ici comme seuil d’acceptatibilité. Ce seuil est dépassé dans tous les régimes pour au moins les plus basses fractions arborées.
La règle permettant de délimiter ce potentiel est donc : le potentiel d’un régime donné
est égal à l’intervalle de fractions arborées telles que, pour plus de 75% des points assignés à ce régime, le développement des arbres est supérieur au seuil d’acceptabilité (Seuil3) ; à ces fractions arborés est associée la gamme de valeurs de productivité totale du peuplement correspondante.
Figure 3.26 – Potentiel
ar-boré des différents régimes pour
l’expérience de référence. La
graduation de l’axe des ordonnées, en gC/m2/an est identique pour les deux graphiques : celui de gauche représente la productivité totale du peulement, celui de droite la produc-tivité individuelle (développement) des arbres. Sur ce dernier, la ligne horizontale repère le seuil d’accepta-bilité : seules les valeurs de dévelop-pement supérieures à ce seuil pour la majorité (75%) de la distribution sont retenues. La dispersion (entre les quantiles 1 et 3) sur l’ensemble des points associés à chaque régime est figurée par les applats de couleur. La figure 3.26 permet de visualiser les potentiels ainsi déterminés. Ils se présentent
Evaluation du potentiel arboré 149
comme des enveloppes de valeurs de productivité dont la dimension verticale représente la dispersion spatiale des valeurs, et la dimension horizontale l’intervalle de fractions arborées sélectionnées. Il s’agit d’une représentation lissée de la figure 3.17. Comme l’analyse des régimes le démontrait déjà, le niveau de développement des arbres est plus important pour les petites fractions arborée et décroît de manière continue quand la fraction arborée augmente, tandis que la productivité totale est inversement corrélée au développement des arbres (excepté pour le régime 1). Pour les régimes 1 à 3 la productivité devient inférieure au seuil d’acceptabilité pour les grandes fractions arborées, ce qui se traduit par des intervalles de potentiel restreints sur la figure 3.26.
Selon cette définition, à l’échelle globale, le potentiel est ainsi limité aux fractions arborées 10 et 20% pour les régimes 1 et 2, et à des valeurs de productivité totale du
peu-plement respectivement de 133 à 178, et de 117 à 175 gC/m2/an (quantiles 1 et 3). Pour
le régime 3, en revanche, le potentiel atteint ainsi 341 à 415 gC/m2/an pour la fraction 60%, proche de la valeur de référence (326 gC/m2/an) pour les terres arbustives tropicales (voir section précédente). Les régimes 4 et 5, enfin, conservent un niveau de développe-ment supérieur à ce seuil pour toutes les fractions arborées, et atteignent des niveaux les
plus élevés pour la fraction 100% : 630 à 794 et 893 à 938 gC/m2/an, respectivement.
Cependant, ces valeurs semblent peu réalistes au regard des valeurs de référence dont nous disposons, ainsi qu’il a déjà été signalé. Nous verrons toutefois que des variations, parfois importantes, apparaissent au niveau régional.
:
La définition de ce potentiel présente l’intérêt de réduire à un le nombre de seuils arbitraires fixés, et de présenter une enveloppe au sein de laquelle des critères complé-mentaires peuvent être appliqués, comme ce serait le cas dans l’élaboration de stratégies de reforestation. C’est cette notion qui sera utilisée au chapitre 4 pour étudier l’évolution future du potentiel arboré. Cependant, cette notion de potentiel est difficile à manipuler lorsque que des dimensions supplémentaires (comme la variabilité inter-régionale) sont ajoutées à l’analyse, c’est pourquoi la notion d’optimum, plus restrictive, lui sera préfé-rée dans la fin de ce chapitre. La comparaison avec les valeurs de référence (section 3.3) suggère que le potentiel arboré est sous-estimé pour le régime 1 : l’intervalle de NPP est plus proche de la référence pour la fraction arborée 40% que pour celles de 10 et 20% identifiées ici. Cette comparaison n’est cependant pas assez robuste pour invalider la défi-nition des régimes ou pour en ajuster les seuils, et l’écart constaté ne remet pas en cause la méthodologie proposée.3.4.2 Caractérisation de l’optimum de fonctionnement : le « potentiel
arboré optimal »
La notion d’« optimum » désigne ici la fraction arborée permettant de réaliser le meilleur compromis entre les critères de développement des arbres et de productivité totale du peuplement.
La règle d’évaluation est : maximiser la productivité arborée tout en maintenant un
niveau de développement des arbres acceptable. Les deux conditions à remplir sont
indi-quées ci-après. Elles permettent d’identifier la fraction arborée « optimale » au sein d’un régime donné.
Condition sur le développement des arbres
Cette condition est identique à celle d’identification du potentiel : fractions arborées telles que, pour plus de 75% des points assignés à ce régime, le développement des arbres est supérieur au seuil d’acceptabilité (Seuil3).
Dans le cas où aucune fraction arborée ne vérifie cette condition, l’optimum est fixé à la fraction qui maximise néanmoins ce niveau de développement. Comme l’ont démontré les résultats de l’expérience de référence, il s’agit toujours de la fraction 10%.
Condition sur la productivité totale du peuplement
Dans le cas où la condition portant sur la productivité de l’arbre est vérifiée, un intervalle de fractions arborées est séléctionnée : le « potentiel » évoqué précédemment. Parmi celles-ci, la fraction arborée optimale est celle qui maximise la productivité totale du peuplement, soit : la fraction arborée telle que la moyenne de productivité totale du
peuplement est maximale.
La figure 3.27 montre le positionnement de ces optima sur les profils de chaque régime, tels que nous les avions déjà présentés dans la première partie de ce chapitre (figure 3.3). D’autres critères d’évaluation seraient bien sûr envisageables : maximiser le déve-loppement de l’arbre, par exemple, ou bien limiter la fraction arborée dans un contexte agroforestier. De tels critères dépendraient néanmoins entièrement de problématiques spé-cifiques.
:
La notion d’optimum permet de caractériser le potentiel arboré de chaque régimepar une valeur de fraction arborée unique, celle conduisant à la productivité maximale en préservant le niveau de développement individuel des arbres. Ce critère peut être utilisé pour comparer les potentiels selon différentes dimensions, comme dans le temps (futur versus présent, par exemple), ou dans l’espace : la variabilité inter-régionale va ainsi être évaluée dans la section suivante.
Evaluation du potentiel arboré 151 100% arbres 10% arbres 0 380 60% 712 100% 918 100% 153 20% 147 20% Seuil3 Productivité
Regime1 Regime2 Regime3
Regime4 Regime5
Figure 3.27 –Positionnement des optima de potentiel arborée par rapport aux
pro-fils de productivité pour chaque régime, dans l’expérience de référence. Cette figure est identique à la figure 3.3 pour les courbes de productivité totale du peuplement moyenne (poin-tillés) et de productivité individuelle des arbres. Les ordonnées sont graduées en gC/m2/an. Les segments verticaux (trait gras) représentent la dispersion (quantiles 1 et 3) des valeurs de pro-ductivité totale du peuplement obtenue pour la fraction arborée optimale calculée pour chaque régime. Les valeurs correspondant à la moyenne de productivité totale pour chaque optimum est indiquée à gauche. Les segments des régimes 1 et 2 sont superposés pour la fraction arbo-rée 20%, et les valeurs moyennes correspondantes de productivité totale sont écrites à gauche : respectivement 153 et 147 gC/m2/an pour les régimes 1 et 2.
Fraction arborée optimale 0% 20% 40% 60% 80% 100% Regime1 Regime2 Regime3 Regime4 Regime5 Sahel SudAfrique EstAfrique Inde Australie EstBresil EstAndes Mexique Mediterranee NPPpeuplement (quant1,3) (60) (419) (129) (141) (477) (137) (38) (105) (6) (78) (22)(23) (4) (39) (3) (29) (21) (107) (65) (45) (57) (88) (25) (49) (16) (4) (210) (75) (142) (229) (41) (56) (25) (31) (78) (27) (3) (28) (4) (9) (12) (3) (32) 0gC/m2/an 100gC/m2/an 200gC/m2/an 300gC/m2/an 400gC/m2/an 500gC/m2/an 600gC/m2/an 700gC/m2/an 800gC/m2/an 900gC/m2/an 1000gC/m2/an 1100gC/m2/an 1200gC/m2/an
Reg1 Reg2 Reg3 Reg4 Reg5
Figure 3.28 –Potentiel arboré optimal dans chaque région, et pour chaque régime, pour l’expérience de référence. A gauche, les
fractions arborées sont représentées sur l’axe horizontal et les régimes sont superposés verticalement. Pour chaque régime, les fractions arborées optimales de chaque région sont positionnées sur une même ligne horizontale, de la plus petite (à gauche) à la plus grande. A droite, la productivité totale du peuplement est représentée selon l’axe vertical, et les régimes se succèdent horizontalement. Dans la zone assignée à chaque régime, les intervalles de dispersion (quantiles 1 et 3) sont tracés pour chaque région. Les chiffres entre parenthèses sur le graphique de droite indiquent le nombre de points de grille pris en compte pour chaque région et pour chaque régime.
Evaluation du potentiel arboré 153
3.4.3 Variabilité inter- et intra-régionale des potentiels arborés
optimaux
Les potentiels arborés optimaux sont calculés séparément dans les neuf régions étudiées (figure 3.11), pour chaque régime. La figure 3.28 synthétise les résultats obtenus : les fractions optimales identifiées pour chaque régime (partie gauche), au sein de chaque région, et l’intervalle de valeurs de productivité totale du peuplement (NPP, partie droite) correspondantes (50% des points compris entre les quantiles 1 et 3). En complément, la figure 3.29 représente la dispersion des valeurs de productivité individuelle des arbres (développement) obtenues pour les fractions arborées optimales de chaque régime pour chaque région. Chaque région montre une dispersion spécifique au sein de chaque régime, de sorte que les couverts optimaux (selon la définition pour cette expérience) ne sont pas identiques d’une région à l’autre pour un régime donné.
De manière générale, l’ordre des régimes identifié à l’échelle globale est retrouvé à celle des régions : la fraction arborée et le niveau de productivité du peuplement tendent à augmenter avec les régimes pour l’ensemble des régions.
Pour les régimes 4 et 5, la fraction arborée optimale est de 100% pour toutes les
ré-gions. Les valeurs correspondantes de productivité totale du peuplement sont supérieures à celles des autres régimes, pour toutes les régions également. Cependant, la dispersion intra-régionale de ces valeurs est bien supérieure pour le régime 4, dans toutes les ré-gions. L’homogénéité observée dans le régime 5 s’explique en partie par la définition de ce régime : la productivité des arbres est comprise dans un intervalle restreint de valeurs, proches du maximum, et la productivité totale est directement proportionnelle à la frac-tion arborée (100%), de sorte que la productivité totale maximale est globalement peu dispersée.
Contrairement aux régimes 4 et 5, la dispersion inter-régionale de productivité obser-vée pour les régimes 1 à 3 est induite en partie par les différences de fraction arborée optimale. En termes de productivité individuelle des arbres (figure 3.29), la dispersion inter-régionale est moins prononcée, ce qui s’explique par la condition de sélection qui restreint l’intervalle de variation de ce critère. La variabilité inter-régionale, d’autre part, explique que cette condition ne soit pas remplie pour la même fraction arborée dans toutes les régions. Pour le régime 3, cette fraction arborée optimale est répartie entre 50 et 70% pour les différentes régions, autour de la valeur globale (60%). Les régions présentant la plus faible fraction arborée optimale pour ce régime, les régions Sahel et NordAmérique, obtiennent également les plus faibles valeurs de productivité totale. Inversement, les ré-gions Méditerranée et EstBresil, qui présentent la fraction arborée la plus élevée pour ce régime, obtiennent les valeurs de productivité totale les plus fortes. Cette observation est toutefois à nuancer par la très faible représentation de la région Méditerranée pour ce régime (4 points de grille seulement).
Les fractions arborées optimales sont globalement inférieures pour les ré-gimes 1 et 2, par rapport à celles des autres réré-gimes. Des valeurs isolées, 70% pour
le régime 1 dans la région Méditerranée, et 10% pour le régime 2 dans la région Sahel, semblent se distinguer. Cependant, la région Méditerranée est encore une fois très peu représentée par ces régimes (6 points pour le régime 1, et aucun pour le régime 2). Quant à la région Sahel, elle présente une fraction arborée optimale de 30% pour le régime 1,
et de 10% seulement pour le régime 2, ce qui traduit un niveau de développement des arbres globalement inférieur pour le régime 2. Ces deux régions mises à part, les valeurs de fraction arborée optimale s’échelonnent entre 20 et 40% pour ces deux régimes, ce qui est supérieur à la fraction optimale de 20% identifiée à l’échelle globale. Le poids exercé par la région SudAfrique (407 points), qui présente la plus petite fraction arborée optimale, peut contribuer à expliquer cette distorsion à l’échelle globale, mais en partie seulement. Pour le régime 2, la région Sahel est la plus représentée (78 points, pour un régime globa-lement peu étendu), et contribue à déplacer la distribution de valeurs de développement de l’arbre vers le bas à l’échelle globale.
:
La variabilité inter-régionale des régimes 4 et 5 reste comprise dans des valeurshautes et la fraction arborée optimale est identique pour toutes les régions, égale à 100%. La dispersion inter-régionale du « potentiel arboré optimal » est plus importante dans les régimes 1 à 3 du fait du plus bas niveau de développement des arbres, et les valeurs de productivité des arbres franchissent le seuil d’acceptabilité. La variabilité inter-régionale pour ces trois régimes conduit à des différences de fraction arborée optimale. La variabi-lité inter-régionale est donc plus fortement exprimée au niveau de la productivité totale du peuplement. Pour l’application en termes de projets de reforestation, les spécificités régionales sont donc importantes.
Evaluation du potentiel arboré 155 NPParbre (quant1,3) (60) (419) (129) (141) (477) (137) (38) (105) (6) (78) (22) (23) (4) (39) (3) (29) (21) (107) (65) (45) (57) (88) (25) (49) (16) (4) (210) (75) (142) (229) (41) (56) (25) (31) (78) (27) (3) (28) (4) (9) (12) (3) (32) 0gC/m2/an 100gC/m2/an 200gC/m2/an 300gC/m2/an 400gC/m2/an 500gC/m2/an 600gC/m2/an 700gC/m2/an 800gC/m2/an 900gC/m2/an 1000gC/m2/an 1100gC/m2/an 1200gC/m2/an
Regime1 Regime2 Regime3 Regime4 Regime5
Sahel SudAfrique EstAfrique Inde Australie EstBresil EstAndes NordAmerique Mediterranee
Figure 3.29 – Niveaux de développement des arbres correspondant à la fraction
arborée optimale dans chaque région, et pour chaque régime, pour l’expérience de référence. La productivité individuelle des arbres est représentée selon l’axe vertical, et les régimes se succèdent horizontalement. Dans la zone assignée à chaque régime, les intervalles de dispersion (quantiles 1 et 3) sont tracés pour chaque région. Les chiffres entre parenthèses indiquent le nombre de points de grille pris en compte pour chaque région et pour chaque régime.
3.5 Introduire des critères alternatifs d’évaluation de
la performance du couvert arboré
La méthodologie suivie jusqu’à présent permet d’évaluer le potentiel d’un couvert ar-boré au sens de la maximisation de la productivité. Cependant, les objectifs d’actions de reforestation dépassent souvent ce seul critère : ils incluent d’autres services écosysté-miques et sont soumis à des contraintes locales distinctes de la productivité arborée (voir chapitre 1). Deux questions sont posées dans cette section :
— celle de la convergence ou de la divergence des optima de fraction arborée favorisant différents critères ;
— celle de l’évaluation du coût des compromis favorisant plusieurs critères à la fois. Par « coûts » sont entendues les variations subies par un critère lorsqu’un autre est favorisé à son détriment. Il ne s’agit pas encore d’un coût écconomique. Cette remarque vaut également pour les notions de « gain » et de « perte » utilisées dans la suite.
Evaluation de l’optimum de performance pour différents critères. Les critères d’évaluation sont choisis en fonction de leur accessibilité en sortie d’expérience de simula-tion et de leur pertinence au regard des enjeux de reforestasimula-tion. Pour ce travail, la surface
ombragée sous couvert arboré (son maximum au cours de la saison de croissance) et l’ex-trême de chaleur journalier au niveau du sol (le maximum sur la période étudiée) ont été
retenus. Pour chaque critère, la dispersion des valeurs obtenues est analysée en fonction des fractions arborées, de manière à identifier celle favorisant ce critère. Les analyses sont réalisées séparément au sein de chaque régime.
« Sensibilité » multi-critère autour de l’optimum arboré. Le coût de s’écarter de la fraction arborée définie comme optimale du point de vue de la productivité est évalué comme le gain ou la perte réalisé entre la valeur obtenue pour la fraction optimale et celle obtenue pour la fraction juste inférieure ou juste supérieure. Ces coûts sont calculés pour l’ensemble des critères : productivité des arbres, productivité totale du peuplement, maximum d’ombrage et extrême de chaleur. L’approche revient à regarder la dérivée de la relation entre chaque critère et la fraction arborée, autour de l’optimum de productivité. Il ne s’agit pas d’une analyse de sensibilité à proprement parler.
3.5.1 Comportement des critères alternatifs en relation avec la
fraction arborée
La médiane de l’extrême de chaleur varie au maximum de 1.36˚C entre les fractions arborées 10 et 100%, en moyenne sur le domaine tropical semi-aride. Cette variation est très faible au regard de la dispersion spatiale de cet extrême de chaleur sur le domaine, supérieure à 15˚C pour toutes les fractions arborées. L’effet de la fraction arborée est un peu plus marqué sur les petites fractions (figure 3.30).
La relation entre le maximum de surface ombragée et la fraction arborée est en revanche quasiment liméaire, en moyenne. Cependant, la dispersion spatiale de la surface ombragée est très forte pour les fractions arborées les plus élevées. Cette variabilité au sein du domaine tropical semi-aride reproduit celle observée pour la productivité des arbres : les
Evaluation du potentiel arboré 157 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 25 30 35 40 45 50 Fraction Arborée T empér ature du sol en °C 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Fraction Arborée Fr action de surf ace ombr agée
Figure 3.30 – Dispersion des résultats obtenus pour deux critères sur l’ensemble
du domaine tropical semi-aride, pour l’expérience de référence. A gauche, l’extrême de chaleur est calculé comme le maximum de température journalière atteint à la surface du sol sur l’ensemble de la période de 15 ans, tous régimes confondus. A droite, le maximum d’ombrage est calculé comme la moyenne sur 15 ans du maximum annuel de surface de sol à l’ombre du couvert arboré, tous régimes confondus également.
points du régime 1 inclus dans le domaine n’ont aucune croissance arborée pour les hautes fractions, et l’absence de croissance est logiquement traduite par une absence d’ombrage. En dépit de la faible amplitude de l’un et de la dispersion extrême de l’autre, ces deux critères montrent cependant une convergence de comportement : ils varient dans le sens d’une optimisation (extrême de chaleur minimal et ombrage maximal) vers les plus fortes fractions arborées. Néanmoins, c’est pour les plus faibles fractions arborées que l’effet est plus fort sur le critère de température, et que le risque de perte totale d’ombrage est le plus faible. L’analyse qui suit précise ces résultats au sein de chaque régime de productivité.
Température de surface
La figure 3.31 montre que l’extrême de chaleur rencontré est maximal lorsque le couvert est composé de 10% d’abres et de 90% d’herbacées. La tendance à la diminution de cet extrême de chaleur suivant le gradient de fraction arborée dans le couvert apparaît clairement sur le graphique, pour l’ensemble des régimes de productivité. Le tracé des profils moyens permet de mieux distinguer les différentes tendances (figure 3.32a). Les courbes moyennes sont similaires pour les régimes 2 à 5. Celle du régime 1 se distingue par un effet de saturation plus marqué dans les hautes fractions arborées que pour les autres régimes.
Le tracé de la moyenne des valeurs centrées-réduites (figure 3.32b) des extrêmes de chaleur montre en outre que les profils de variation sur le gradient de fraction arborée sont presque superposés pour les régimes 2 à 5 : la variabilité liée à la fraction arborée est donc identique pour ces régimes.
L’absence d’effet du régime sur la relation entre extrême de chaleur et fraction arborée indique que les différents modes et niveaux de productivité arborée n’ont pas d’effet sur cette variable. C’est donc un autre élément de la composition et du fonctionnement du