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Etude dendroécologique du hêtre (Fagus sylvatica L.) sur les plateaux calcaires de Lorraine. Influence de la
gestion sylvicole
Vincent Badeau
To cite this version:
Vincent Badeau. Etude dendroécologique du hêtre (Fagus sylvatica L.) sur les plateaux calcaires de Lorraine. Influence de la gestion sylvicole. Sylviculture, foresterie. Université Henri Poincaré - Nancy 1, 1995. Français. �NNT : 1995NAN10033�. �tel-01747133�
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Université de Nancy 1 B.P.239
54506 Vandœuvrc-Ics-Nancy cedex
INRA - Centre de Nancy UnitéEcophysiologie Forestière
Equipe Phytoécologie 54280 Champenoux
Etude dendroécologique du hêtre (Fagus sylvatica L.) sur les plateaux calcaires de Lorraine.
Influence de la gestion sylvicole.
THESE
soutenue le 13 juin 1995 en vue de l'obtention du Doctorat de l'Université Henri Poincaré de Nancy l
Ecole doctorale: Biologie et Santé U. F. R. : Sciences et Techniques Biologiques
Spécialité: Biologie Forestière
par Vincent BADEA U
Composition du Jury:
MM. Jean-Michel FAVRE Claude MILLIER Lucien TESSIER André GRANIER Michel BECKER
Président Rapporteur Rapporteur Examinateur Directeur de Thèse
Ce trauaii a étéfinancé par
ra2\igion Lorraine et
{a 'Direction le I'Espace 2\.Jtra{ et lera'Forët,
Sommaire
ETUDE DENDROECOLOGIQUE DU f/ETRE SUR LES PlATEAUX CALCAIRES DE LORRAINE.
Influence de la gestion sylvicole.
Résumé VII
Introduction générale 1
Première partie: AIRE D'ETUDE ET ECHANTILLONNAGE
Chapitre 1
PRESENTATION DES PLATEAUX CALCAIRES DE LORRAINE
1 - Le milieu physique 7
1 - Géologie et géomorphologie 7
2 - Les facteurs climatiques 8
II -Le milieu forestier 9
1 - Histoire de la forêtlorraine 9
2 - La conversion Il
3 - Les régions forestières 13
Chapitre II
ECHANTILLONNAGE ET ARCHIVAGE DES DONNEES
1 - Préparation du plan d'échantillonnage 15
II -Echantillonnage 16
1 -Choix des placetteset desarbres 16
2 - Descriptionde la placette 17
2.1 - Caractéristiqu es topographiques 17
2.2 - Caractéristiquespédologiques 17
2.3- Caractéri stiquesIloristiqucs 18
3 - Description des arbres 18
3.1 -Dendrornétr ie 18
3.2 - Carottage 19
3.3- Mesure des largeursde cernes 21
3.3.1 - Préparation des échantillons 21
3.3.2-Mesure desaccroissem ent sannuels 21
3.3.3 - Transformation desaccroissementsannuels en surfaces 23
4 - Structure del'échantillon 23
III -Création d'une base de données 25
1 -Introduction 25
2 - Conception 27
3 - Présentation 27
4 - Utilisation 28
- 1-
Sommaire
Deuxième partie: ANALYSE DE LA CROISSANCERADIALE A LONG TERME
ChapitreIII
INTRODUCTIONA LADENDROCHRONOLOGIE ET METHODES GENERALES
1 - Bases de la dendrochronologie 33
I1- Interdatation deslargeursde cernes 34
1 - Définition 34
2 - Principe et méthodescourante s 34
3 - Application 35
4 - Résultats 36
4.1 - Les erreurs détect éespar l' interdatation 36
4.2- Lesannéescara ctéri stiqu esdu hêtre sur les plateaux calcairesdeLorrain e 37
5 - Conclusion sur l'Interdatation 37
III - Le cerne et le temps 41
1-Lecerne et lesfacteursde variation 41
2 - Letempset lesfacteursdevariation 43
IV - Signal et bruit de fond: choix de l'Informationàtraiter 43
1 - Casdel'étudedessignaux àhaut efréqu ence 43
2 - Casde l'étud edessignaux à bassefréquence 45
Chapitre IV
ANALYSE DE LA CROISSANCE RADIALE A LONG TERME
1 - Recherched'une tendanceà long termede la croissance radiale par la méthodeàâge constant49
1 - Méthode à âgeconstantsur unebaseannuelle 49
1.1 - Principe 49
1.2 - Premiersrésultats etcompléme nt delaméthod e 49
1.3 - Résult ats 50
2 - Méthod eà âgeconstan t sur unebasedécennale oubi-décenn ale 50
2.1 - Principe: ; : 50
2.2 - Résult at s 50
3 - Conclusion sur la méth odeàâgeconstan t 58
II - Recherched'unetendanceà lon gtermedansla croissanceradialeen utilisantdesindicesde croissancesta nda r d isésàpartir d'une estimationrégionale de l'effetâge 59
1 - Rech erch ed'uneloi régional eliant l'accroi ssem entannuel àl'âgecourant 59
1.1 - Calculet interprétati ondes"courbes âges" 59
1.2 - Ajustem entmathématiquedescourbes âge : : 63
2 - Stan dardi sati ondeslargeurs et des surfaces decernes 65
3 - Evolution àlongterm edela croissance radialedelahêtr aiedepu isle sièc le derni er.. 69
3.1 - Méthode 69
3.2 -Prerniersrésul tats 69
3.2.1-Choix des indicesde croissa nce 69
3.2.2 - Evolution de lacroissanceradialedes futaiesdehêtres 72 3.2.3 - Evolution de lacroissanc eradialedestailli s-sou s-fu taiesde hêtr es 72
-II -
Sommaire
4 -Evolutio nàlong termedela croissanceradiale des hêtraie ssans les cernes demoins de 30 ans'"73
4.1- Cas desfutaies 73
4.2 - Cas destaillis-sous-futaies 73
4.3-Conclusion 75
5 - Evolutio nde la croissanceradiale desfutaieset taillis-sous-futaiede hêtres en fonction desclasses
d'âges cambiaux 75
5.1- Cas des arbres de futaie 75
5.2 - Cas des arbres de taillis-sous-futaie 77
5.3 - Superpositio ndes courbespourchaque traitementsylvicole 77
6 - Essaide prise en compte dela concurrence passée 78
6.1-Méthode 81
6.2-Stratificationdesindices de croissanceradiale en fonctionducoefficienta 85 6.3 - Prise en compte de la compétitiondans le calculdes indices de croissancepour chaque
traitement sylvicole 85
6.4 - Prise encompte dela compétition dans le calculdes indices de croissanceenne séparant pasles
traitementssylvicoles 86
6.5-Conclusionsur lesindices decorrectiondela compétition 86 7-Séparationduboisinitial et du bois finalpourl'étude des tendances àlong terme 87 7.1-Proportions respectives de bois initial et de bois final dans le cerne annuel.. 87 7.2- Etude de l'évolutionàlong termedessurfaces de boisinitial et de bois final 89
7.2.1 -Méthodes 89
7.2.2 -Résul tats 89
7.3- Conclusionssurl'étude du bois initial et du bois final 89 8 - Comparaisonde l'évolutionàlongterme de la croissanceradialeentre les futaiesvosgiennes etles
futaies des plateauxcalcaires : 91
9 - Conclusion sur l'étudeàlong terme de la croissance radiale des hêtraies des plateauxcalcaires en utilisant des indices de croissance standardisés à partir d'unecourbe âgerégionnale 91 III - Recherche d' unetenda nceàlon g terme da nsla croissance radiale par ana lyse de varia nce 94
1- Principe et premières analyses 94
2-Analyse de variance enutilisant des classesd'âgesetde dates 95
2.1-Méthode 95
2.1.1 -Divisions en classes 95
2.1.2- Analyses 97
2.2- Résultats 97
2.2.1 -Tablea uxd'analyse de variance 97
2.2.2-L'effetâge 101
2.2.3- L'effet date 101
2.2.4 -L'interaction entre l'âgeet la date 103
4.- Analysedevariance enséparan t le bois initialet le bois final 103
5 - Les hypothèses de l'analyse de variance 108
5.1-Normalitéet homoscédaticité 108
5.2 -Indépendance des échantillons 109
6 - Conclusionsurl'analyse devariance 110
IV -Biais d' éch antillonna ge :les vieuxarb res peu vent-ils être com pa résauxjeunes? 111
1 -Suppressiondes plusvieuxarbres '" 111
2- Stratification enfonction d'unindice de vigueur.. 113
2.1- Calculd'un indice de vigueur 113--
2.1 - Elimination des arbres les plusvigoure ux 115
2-Conclusions surles biais possibles d' échantillonnage 117
-III-
Somma ire
Troisième partie :ANALYSEDENDR OE COLOGIQUE
Chapitre V
ETUDEPHYTOEC OLO GIQU E
1-Introduction 121
II -Méthodes 121
1 -Coe fficient sd'EIlenb er g 121
2-Analy se factorielle des correspondances 122
3 -Classification des stations 122
ID - Ca ra cté r istiq uesgénéra les delarégion 122
1-Subs tra tgéologi queetforma tionssuper ficie lles 122
2-Processuspédog énétiqueset principau xtypesde sols 123
2.1 -Décarbonatatio n 123
2.2 -Désaturationet lessi vage : 123
2.3 -Leshumu s 125
2.4-Principauxtypes de sol 125
3-Flore desplateau x calcaires 125
III - Analyse factoriell edescorrespondances 127
1-Int erpr étationdel'axe 1 127
2-Interp rétation del'axe 2 129
3- Interpré tationde l'axe 3 129
4-Conclusio n 131
IV-Classificationdestypesde sta tions 131
1 -Station sde platea ux 132
2-Autresstations : pent es,bas de pent es etfonds devallons 133
3 -Carac téri stiqu esphysico-chirniquesdes stations 135
3.1-Facteur hydriqu e etdésatura tion , : 135
3.2 -Facteur nutrition 139
V-Conclusion 139
Cha pitr e VI
CROISSANC EET FACTEURS ENVIR ONNEM E NTA UX
1-Introduction 141
II - lVléthodes : 141
1-Générali tés ;.: : 141
2-Indicesdecrois san ce 143
3- Facteursenvironnementaux 145
4-Méthodesd'analy se 145
III-Résultats 146
1-Croi ssance en hauteu r 146
1.1-Croissanceen haut eur et typede station 146
-IV-
Som maire
1.2-Croissanceen hauteur ct caractéristiq uesstationnc lles 147 1.3-Croissanceen hauteur etautrescaractéris tiquesdcndrométriques 152
2-Croissance radia le 153
2.1 -Indices de surfaceterr ière 153
2.2-Stra tification 155
2.2.1-Général ités 155
2.2.2 -Strat ificatio nenfonc tiondesparam è tresdendrométriques 155 2.2.3- Stratificati on en fonctiondespara mètre sphysico-chimiques 163 2.2.4-Stra tifica tionen foncti ondestypes de statio ns 163 2.3 -Analyse dela tendanceàlongterm ede la croissa nceradialeen foncti ondesparam è tres
environnementaux 165
2.3.1 - Tend an ceà lon gterm e en futaie ct typesde statio ns 165 2.3.2- Tendan ce àlon gterm e en futaie eten taillis-sous-futai epour un mêm e type de stationou
pour unemêm egamm edeparam ètresenvironn em entaux 165
III -Conclusi on 168
Cha p it reVII
CROISSANC E ET FACTEURS CLIlVIA TIQUES
1 -Introduction 171
II .Mat ériel etméthod es 171
1- Donnéesclimatiques 171
1.2-Pluiescttempératures 171
1.2 - Evapotranspira tion po tentielle et bilan hydrique selonThornthwaite 173
1.3-Modèlede bila n hydrique 175
2- Don néesdendrochronol ogiqu es 176
2.1 - Standardisation 176
2.2- Priseencomp te desarrière-effe ts : 177
2.3-Sélecti ondes chrono log ies 180
3-Analyse des relationscerne -climat. , 180
III -Résul tats 18 1
1-Analysedesrelati ons entre la croissancect le climat depuis 1881 181 1.1 -Analysedes chronolog iesnondégagées des arrière-effets
modèles FUT1 ct TSF1 18 1
1.2-Analyse des chronologiesdégagées des arrière-effets
modèlesFUTI ct TSF2 183
2 - Analyse desrelationsentrela croissa ncectle climatdepuis 1950 185 2.1 -Analyse des chronologies non dégagées des arrière-effets
modèlesFUT3 ct TSF3 185
2.2 - Analyse des chronologiesdégagées des arrière-effets
modèles FUT4 ct TSF4 190
2.3- Les différe ntes hypothèses de réserve utile 190
IV - Discu ssion etconcl us ion 192
-V-
Sommaire
Quatr-ièmepartie: CONCLUSIONS GENERALES
Chapitre VIn
SYNTHESE DESRESULTATS,DISCUSSION et CONCLUSION
1 - La croissanceradiale deshêtraiescoIlinéennesde Lorraine n-t-elleévolué au coursdusiècle passé?
...... ... ... ...197 II· Ln mise en évidence d'unetendanceàlong termedépend-elledes méthodes d'analyse utilisées?
... 198 III - Déterrnlnlsme de la tendance à long terme de la croissanceradiale 199
1 -Biais d' échantillonnage 199
2 -Influencede la sylviculture 199
3-Influencede lafertilitéstationnelle 200
4-Influencedesfacteurs environnementaux 200
4.1 -Le climat 200
4.2-Ledioxydedecarbone 201
4.3 -Lesdépôtsazotés 203
IV - Conclusionet persp ectiv es 205
Références bibliographiques 209
Annexes 227
Epilogue
- VI-
L'étude de la croissance radiale à long terme des arbres des forêts françaises a débuté il y a une dizaine d'années. Les investigations ont porté sur plusieurs essences forestières ct plusieurs régions. Dans tous les cas, une augmentation significative ct régulière des niveaux de croissance a pu être mise en évidence, au moins depuis le début du siècle. Ces résultats concordent avec ceux d'autres études récentes menées en Europe occidentale, pourtant leur interprétation reste délicate ct sujette à controverse. L'augmentation de productivité mise en évidence est-elle due à des causes environnementales, comme des changements climatiques (augmentation des précipitations ct des températures) ; une fertilisation par le CO2ou par d'autres polluants atmosphériques comme l'azote; à une évolution des pratiques sylvicoles (éclaircies plus intenses qu'au siècle dernier) ; ou tout simplement à des biaisd'échantillonnageou deméthode?
Pour tenter de répondre à ces quest.ions, l'étude dendroécologique du hêtre sur les plateaux calcaires de Lon-aine a été entreprise, et.quatre objectifs principaux ont été dégagés:
- l'analyse dendrochronologique des hêtraies des plat.eaux calcaires de Lorraine devait tout d'abord confirmer ou infirmer l'existence d'une dérive positive de la croissance radiale des hêtres depuis le siècle dernier à l'étagecollinéen ;
- l'étude de l'évolution à long terme de la croissance radiale offrait l'opportunité d'éprouver diverses méthodes d'extraction des signaux à basse fréquence conten us dans les chronologies de cernes d'accroissements annuels;
- l'étude conjointe des futaies et taillis-sous-futaies de hêtres devait permettre de quantifier l'influence de la sylviculture dans les phénomènes de dérive à long terme de la croissance radiale;
- il était enfin intéressant de préciser le statut écologique du hêtre, en particulier vis-à-vis du facteur hydrique (climatique etédaphique)ct de caractériser l'interaction de ces facteurs avec la sylviculture.
Cent deux placettes ont été installées (63 en futaies et 39 en taillis-sous-futaie) et mille vingt cinq arbres de toutes les classes d'âge ont été échantillonnés afin de pouvoir différencier deux signaux s'exprimant à basse fréquence dans les largeurs de cernes: les effets relatifs à I'augmcntaüon de l'âge des arbres et les effets environnementaux. Trois méthodessont utilisées pour séparer ces signaux: une méthode à âge constant, une standardisation régionale des surfaces de cernes et l'analyse de variance. Toutes ces méthodes s'avèrent efficaces pour mettre en évidence des signaux à long terme ct de basse fréquence non liés aux processus de vieillissement des arbres ct donnent des résultats similaires en ce qui concerne la mise en évidence d'une dérive à long terme de la croissance radiale. Pour les arbres de futaie, on observe une augmentation régulière du taux de croissance depuislesiècle dernier. En taillis-sous-futaie, une tendance est perceptible quoique beaucoup plus faible jusque dans les années 1950. A partir de 1950, la tendance à long terme de la croissance radiale s'accélère brusquement. Ce saut de croissance est particulièrement évident dans le cas du taillis-sous-futaie. Une sylviculture plus dynamique du hêtre, c'est-à-dire une fréquence ou une intensité plus élevée des éclaircies dans les peuplements de futaie au cours du siècle écoulé, aurait pu expliquer la tendance observée.Cependant,un tel changement n'aurait pu se produire qu'au cours des dernières décennies, où l'aménagement des forêts a été plus intensif. Puisque la dérive positive de la croissance radiale s'observe à propos des arbres de taillis-sous-futaie, elle ne peut que plus difficilement être expliquée par des changements de pratiques sylvicoles: ces changements sont supposésa priori absents ou minimes dans ce type de peuplement. Notre étude apporte donc de nouvelles informations quant au rôle respectif de la sylviculture et des changements environnementaux sur les modifications à long terme de la croissance radiale. La différence significative observée entre les deux types de traitements sylvicoles étudiés implique que les tendances mises en évidence ne peuvent être expliquées uniquement par l'évolution des facteurs environnementaux globaux comme le CO2 , le climat, les dépôts azotés.
La sylviculture intervient également, soit en jouant un rôle direct dans la tendance positive de croissance radiale, soit en interagissant avec certains facteurs de l'environnement.
-VII-
Les conditions écologiques locales sont décrites avec précision à partir de la flore, de la topographie, du sol, des conditions d'alimentation en eau.A partir des résultats de cette étude phytoécologique, on constate qu'en situation de plateau, la productivité des hêtraies est très corrélée à la disponibilité en eau du sol, c'est-à-dire à l'épaisseur de celui-ci. Sur les plateaux calcaires de Lorraine, les futaies de hêtres sont situées préférentiellement sur les sols les plus profonds, alors que le régime de taillis-sous-futaie a été maintenu principalement sur les stations à sol plus superficiel. Pour les arbres de futaie, la dérive positive de la croissance radiale est d'autant plus forte que le type de station est favorable à la croissance. Pourtant, dans une fourchette de conditions environnementales identiques, la tendance à long terme de la croissance radiale des arbres de futaie reste supérieure à celle des arbres de taillis-sous-futaie. La meilleure fertilité des placettes de futaie par rapport à celles de taillis-sous-futaie ne peut donc pas expliquer entièrement la différence observée entre les tendancesà long terme des arbres de futaie et de taillis-sous-futaie.Les types de stations ne peuvent en outre expliquer les sauts de croissance observés dans les années 1950.
L'étude des accroissements annuels en fonction des données climatiques brutes (pluies et températures), et en fonction de variables synthétiques issues d'un modèle de bilan hydriquejournalier,est réalisée afin de mettre en évidence les paramètresdéterminants pour la croissance. La reconstruction des séries chronologiques dégagées de toute tendance séculaire conduit à des modèles stables et très explicatifs en ce qui concerne les relations entre arbre, climat ct gestion sylvicole. Pour l'essentiel, la croissance du hêtre est extrêmement biencorréléeà la disponibilité en eau dans les sols pendant les mois de juin à août. Les analyses dendroclimatiques montrent en outre qu'en Lorraine, ni la pluviométrie ni les températures n'ont augmenté ou diminué de façon significative depuis 1881, que ce soit à l'échelle annuelle, saisonnière ou mensuelle. Les seules évolutions climatiques ne peuvent, dans notre cas, expliquer de façon satisfaisante l'évolution positive de la croissance radiale mise en évidence par ailleurs.
En raison des activités humaines, la concentration du dioxyde de carbone atmosphérique ne cesse d'augmenterdepuis le début du siècle dernier, passant de 280 à 360 ppm actuellement. Si certains auteurs minimisent l'action d'une fertilisation directe par leCO2,d'autres pensent au contraire que ce facteur peut avoir des effets positifs plus ou moins important, que ce soit sur la biomasse produite, la taille des feuilles, l'activité photosynthétiqueou l'efficience d'utilisation de l'eau. L'augmentation du CO2atmosphériquepourrait donc être responsable, au moins en partie, des phénomènes de tendance à long terme.
Les dépôts azotés d'origine atmosphérique auraient brutalement augmenté en Europe Centraleà partir de 1950. Ces dépôts pourraient avoir une responsabilité dans le saut de la croissance radiale mis en évidence à partir des années 1950.
Enfin, entre les peuplements de futaie régulière et de taillis-sous-futaie, les caractéristiques microclimatiques, le fonctionnement du sol, le fonctionnementécophysiologiquedes arbres (bilan hydrique et minéral, allocation . du carbone);sont sensiblement différents.Ces caractéristiques sont malheureusement assez peu connues.Les changements environnementaux qui sont susceptibles d'agir sur la croissance pourraient donc le faire de façon variable dans les deux types de peuplements.
-VIII-
INTRODUCTION GENERALE
Suite aux prem ières observation sdedépéri ssement forestier en France en 1983,un vasteprogrammede recherch eavaitétéengagé afin decaractér iserl'acti ondirecte et indirectedespolluant saunosphériquesainsi que les effets climatiqu es ou stationnels sur l'ét at sanitaire des peuplements (prog ram me DEFORPA, Bonneau , 1987). A priori, l'hyp oth èse "pollution" parai ssait être la seule capabl e d'expliqu er les divers dégâtsobservés sur leshouppi ersde lasapinière vosgienn e(Beck er,1985).
Parmi les différentesapprochesmisesen œuvre pour comprendrecesphénom ène s,ladendrochronologie apparaît comme un outil adéquat pour l'écologue forestier. Cell e-ci perm et en effet d'analyser rétrospectivement le compo rtement des arbres; de suivre in situ leu r croissanc e selo n les conditions environnementales ; d'an alyserles fonctionnement s et dysfon ctionnementsdes écos ystèmes forestiers; de comprendre ladynamique de la croissance radiale en fonctiondesfluctuationsclimatiquesrégional esà court et moyen term e ;dequantifi erles réactions àunefertili sati on(Beck eret al., 1988).Denombreu ses essences ontalors été étudiées dan sdes régions vari ées:lesapin dan sleJura (Be rt, 1988; Bert&Beck er 1990 ; Bert, 1992 , 1993); lehêtre et les chê nes pédo nculé et sessilesurlePlateau Lorrain (Nieminen, 1988 ;Beckeret al., 1994a,1994b ,1995) ;le sapi n dans lesVosges (Becke r,1987a;Beckeretal., 1989;Lebo urgeo isetal., 1993); l'épic éa dansles Ardennes(Fehlen, 1992) ;lepinmaritim edansles Landes (Lemoi ne, 1993); lepin larici o dans les Pays dela Loire (Lebo urgeois, 1995).L'emploides techn iquesde la dendroc hro no logie a permi sdemontrerque lespremi èresobser vat ions alarm istesn'éta ient pascorr élées àun phén om èneglobal derédu ctiondecroissan cedespeupl emen ts (Bec ker, 1987a ;Becker&Lévy , 1988). Si toutes ces études ont contribuéàapprofondir les connaissances concernant l' autécologiedesessences,certaines d'entre elles ont mis enévidence un phénomène "nouvea u" etsurpre nant: la productivité actu ell e des peuplements serait supérieure à celle dusiècle dern ier.Cette observat ion aété faite pour la premi ère fois sur le sapin dan sles Vosges(Becker,1987a)puisconfirméepourlasapinièrejurassienneparBert(1988, 1992); par Becker et al.
(1994a, 1994b, 1995) pour l'épicéadans les Vosges et les chê nes du PlateauLorrain ;par Picard(1995 ) à proposdu hêtredans lesVosges(Figure1).
De façon plus générale, plusieur s études récentesmen éesen Europe occid entale ontmis claireme nt en évidence une augme nta tio nàlong termedelaprodu ctivit éforesti ère, ou dela croissa nceradiale desarbres, aucours dusiècleécoulé,etceci pourdesespèces et dan sdesrégion svariées (voir unesynthèsedan sInnes, 1991 où unelistede trentequatre études réaliséesdans lemonde entier, montranttoutesune augme ntati on de laprodu ctivitéou de la croissance radial edepui s1850,est référencée ; ains i quedansBecker etal.,1990 ; Briffa, 1992 ; Hartmann etal., 1992 ; Kauppi et al., 1992 ; Erikss on& Joh an sson, 1993 ; Becker et al., 1994a,Spieckeretal., 1994 ;Beckeret al.,1995).
Cepen dant, malgré la conve rge nce des résultats, peut-onconclure définitiv em ent à l'existenc e d'une évol utionàlongtermepositive ctgénéra le dela cro issanceradialeou delaprodu ctivité ?
Beau coup d' observ ations ont étéréalisées en domain e monta gnard sur despeupl em ent s defuta ie oude futai ejardin ée où il existe une forte compét ition individu ell e. Les plans d'éch antillonn age des prem ièr es études réalisées par Becker et Bert n' é tai ent initialementpas prévus dans l'optiqu e de la probl ém atique
"tend an ce àlong term e" ,notamment au pointde vue de la variabilitésta tionne lle . L'interprét at ion de ces résultatsestdoncdéli cat e etsujetteàcontro verse .L'augme ntation de productivitémise enévide nce est-elle dueà descausesenvi ro nnementales,comme des cha nge me ntsclima tiques(augme nta tio n desprécipit ations et des températures) ? ; une fertilisation par le CO2ou par d'autres polluant s atmosph ériques comme l'azote?;àune évo lution des pratiques sylvicoles(éclairci es plus intenses qu'au sièc le derni er) ? ; ou tout simplement à desbiaisd'éch antillonnage ou deméth od e ?
-1 -
- a - Abiesalba Mill.
MassifdesVosges - b - AbiesaJbaMill.
Massifdu Jura
10CXl 1950 10CXl 1950
Figure 1:Les tendancesà lon gtermeen Fran ce. l'our des essenceseldes régions d'élu de variées, les indices moyensde croissance radiale, calculés àpartird'un e standardisatio nrégionale (cf.Zème partie, chapi tre IV), sonl rep résentésenfonction desannéescalendaires(courbes brisées). Chaquegraphique montreunetendancepositive de la croissance radialeàlonglenn e (courbesmoyennes).
- a - Becker,1989a ;
- b - Berl&Becker,1990;Bert 1992; - c- Beckerel al., 1994a ;
-d - Picard,1995; -e- Beckerelal.,1994a; -f - Beckerelal.,1994a ;
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Pour tenterderép ondre à ces question s, ilétai tsouhai tab le de réali serune étude dont l'obj ectifprincipal sera it de cara cté rise r l'é volution à lon g terme de la croissance radial e . Nou s avo ns don c entre pr is l'étude dend roécologi quedu hêtr e sur lesplate au xcalcairesde Lorraine dan s celleoptiq ue .
La premi èr e étude de cette essence sur le Plat eau Lorrain a été réa lisée par Nicmincn en 19 88 . Contr airement aux résulta ts obte nus par Beck er dan s les Vosges (1987a) etaux premiersrésultatsde Bert dan sle Jura (1988) àproposdu sapin pectiné, auc une déri ve àlong termepositivedela cro issance radi al e n' a été observ ée. Pourtant ,l'étude des chên es sessile et péd on cul é sur le Pla tea u Lorrain (Becker, 1992 ; Beckeret.al.,1994b ) et duhêtredansles Vosges (picard,1995) ontmontré que, d'unepar t,deu xfeuillusde plain e éta ien t l'obj et de dériv es de cro issa nce à lo ng term e et que d'autre part,à l'éta ge montagn ard , la cro issa nce radialedeshêtresétait amé liorée depuisplusd'un siècle.
L'analyse deshêtrai escollinéennesde Lorrainedoit donctout d'abord permettredeconfirmer ou d'Infirmer l'existenced'une dérive positivede la croiss an ce radiale depuis lesiècl e dernierà l'étage collinéen.
Parm ilesfact eurs "externes " susceptiblesd' e xpliq uerl'au gm ent ati onàlon gterm edelaproductivitédes écosys tèmes foresti ers ,l'év olution des pratiqu es sylv ico les estsouvent invoqu ée com me déterminante.En effet, si sur le lon g terme l'inten sit é ou la fréqu en ce des éclaircies dans les peupl em ents a aug me n té (sylvic ulture plus dynamiqu e), le niveau de com pé titionen tre les arbres restant sur pied a été réduit et la croissance radi al e améliorée. Une tell edimin uti on des niveau x de compéti tion n' a cepe nda nt jam ai s été rapportée, etcellehypothèseest tou t àfait spécula tive .Un telchange me n t n'a urait d' aill eurspu se produire qu'au cours desdernièresdécenniesoù l'am énagem en tdesforêts a été plus inten si f.Néanm oin s,l'Influen ce des pratiques sylvico les sur les phénomèn e s de tendan ce à long term e n'a jamais été étud iée, ou très parti ell em en t (Be rt, 1992 ;Beckerelal.,1994b). Dans lebutde sépare r l'effet possibledemodi ficati on sdes prat iqu e s sylvicoles des aut res effets env iro nne menta ux sur la croissance, notre étude se proposa it de comparer lesten dances àlon gtermede lacro iss ancedans despeuplem ents soum isàdeu x sylvicultures très contras tées.Lepremi er régime sylvico leest lafutaie ,le second, le tailli s-sou s-fut ai e. Dans lecas des futai es, peuplem ent s équienncsoù leniveau de compétition entre les arbresestélevé tout au lon gde leur vie, des pratiques sylv ico les non cons ta ntes depuis le siè c le dernier pourraient entraîn er des modifications de la cro iss a nce radiale. Dan slecasdestaillis-sous-fut ai e ,la sylvic ulture est plus traditionn ell e. Le taillis(str at e verticalebasse) est exploitétotalement et régulièrem ent tou s les 25 à30 ans.Les réserves (strate verticale haut e) sont au contraire maintenues sur pied pendant plusi eurs "révoluti on s" du taillis . Ce mod e d'exploitat ionprét end consti tueret perpétuer despeuplem ent srenfermant cesdeu x étages. Ici, la sylv iculture maintientdespopulati on s en perman enc e peu den ses,caractérisées pardesniveaux de compé titio nentre les arbresdom inant sàlafoistrèsbas! etstab les àl'éch ell e dusiècle.
L' étu de conjo uue des futai es et tai ll is- sou s-futai es de hêtr es doit perm ettre de quanti fier l'Influ en ce de la sylvic ultu re dan s les phén om èn es de dérive à lon g te rm e de la croissance rad iale.
L'év olu tion dan s le te mp s de la croissan ce radi al e annue lle d'un arbre ou d'un peuplem ent fores tier cons tit ue un sig na l com ple xe qui véhic ule diverses info nn a tio ns sur des pas de te mp s variabl es. Les var iations àhaute fréquencede la croissa nce rad ia le,c'es t-à -dire les variati on sde l'ordredel'année ou dela décennie , ont été largem ent étud iées pour de nombreu ses espè ces à trav er s le monde (F ritts, 197 6 ; Schw ein gruber,1 9 88 ) . Elles sont prin cipal em ent due s à des varia tio ns alé ato ires des facteurs env ironneme n ta ux com me le clima t ou diver ses perturbati on s (ince nd ies , dég âts d'Inse ct es, ... ). Les vari ationsà bassefréqu en cedelacroissance radial e (àl'échell ede ladécennie,du siècle, ou dav antage)ont 1- D'après nos relevés, la surfaceterrièremoyen ne (sonune des sections destroncsparhectare deforêt)estde 27 m2/ha pourlafutaierégulière el de15 m2/hapourletaillis-sous-futaie dans despeupl em ents de 100à140 ans.
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été peu étudi ées jusqu'à une époque récente.Cesignal particulier est cependantdevenu récemment unsujet depréoccupation majeur dans le contexte deschangements lents ct continus quiaffectent lesenvironnements forestiers. Pourtant, l'extraction de cette information à partir des sérieschronologiques est assezdifficile.
Dans ce but, diversesméthodespeuvent être appliquées mais ellesrestent toujoursun sujet de débat (Wigley et al., 1987 ; Dupouey et al., 1992).
L'étude de l'évolution à long termede la croissanceradiale doit permettre d'éprouver diverses méthodes d'extraction dessignaux à basse fréquence contenusdansleschronologiesde cernes d'accroissement sannuels.
Le hêtre,essence prépondérante en Lorraine, estconsidérécomme étant unedesmeilleures solutions pour la mise en valeur des sols calcaires. Pourtant, son écologie, appréciée principalement au point de vue édaphique lors de l'établissementdu catalogue desstations forestières des plateaux calcaires de Lorraine (Becker etal., 1980), est mal définie au point de vuedesréactionsaux variationsclimatiques. Les facteurs limitantsde la croissancepourraient être radicalementdifférents de ceux rencontrésen domainemontagnard (Picard ,1995)puisquelescaractéristiquesbioclimatiques diffèrent entre les deux étages . Pour analyserles réactions des arbres vis-à-vis du climat, les donnée s classiqu es concernant les températures et les précipitations sont utilisées. Cell e approche est complétée par l'utilisation de variables synthétiq ues provenant d'un modèle de bilan hydrique comme l'ont déjà tenté plusieurs auteurs (Giles et al., 1985 ; Robertson et al., 1990 ; Foster & LeBlanc, 1993). Ce modèle intègre les données météorologiques journalières à partir d'une base physiologique (Bréda,1994).
Il semble donc intéressantde préci ser le statut écologique du hêtre, en particulier vis-à-visdu facteur hydrique (climatique et édaphique), de caractériser l'interaction de ces facteursavec la sylviculture, et decomparerle comportement decelte essence dans une régionde plaine et une région de montagne.
Cesobjectifs sont traités et exposéssuccessivement.
Dansla premièrepartie de ce mémoire nousprésentons la région étudiée et l'échantillonnage réalisé pour cette étude.
Laseconde partie est consacréeà l'étude des tendances à longtermedela croissance radiale.
La troisième parti e présente les résultats de l'étude dendro écologiqu e,c'est-à -dire les relations existant entre la croissance et lesfacteurs environnementaux (typesdesta tions, climat).
Enfin, la quatrième et dernière partie est consacrée à une synthès e et une discussion générale des résultatsobtenus.
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Première partie
AIRE D'ETUDE ET ECHANTILLONNAGE
