Détection et modélisation des changements d'aires de végétation en Europe : méthodes et résultats

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Submitted on 7 Jun 2020

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Détection et modélisation des changements d’aires de végétation en Europe : méthodes et résultats

Jean-Luc Dupouey, Vincent Badeau, Wilfried Thuiller, Xavier Morin, Isabelle Chuine

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Jean-Luc Dupouey, Vincent Badeau, Wilfried Thuiller, Xavier Morin, Isabelle Chuine. Détection et modélisation des changements d’aires de végétation en Europe : méthodes et résultats. La forêt face aux changements climatiques. Acquis et incertitudes. Journée d’information et de débat, Dec 2005, France. n.p. �hal-02831957�

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DETECTION ET MODELISATION DES CHANGEMENTS D'AIRES DE VEGETATION EN FRANCE ET EN EUROPE :

METHODES ET RESULTATS

Jean-Luc DUPOUEY et Vincent BADEAU, INRA-Nancy Wilfred THUILLER, CNRS-Grenoble

X. MORIN et Isabelle CHUINE, CNRS-Montpellier

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LAMARK de, CANDOLLE A.P. de 1805 - Flore française

« De toutes les circonstances qui influent sur l’habitation des plantes, la température est sans contredit la plus essentielle »

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D’après Brewer et al. 2002

Les enseignements de la paléoécologie

Liriodendron et Magnolia présents en Ardèche au Tertiaire

(-65 à -1,8 millions années)

Migration du chêne lors du réchauffement postglaciaire

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1 1 - - Impacts déjà Impacts déjà observés observés

2 2 - - Modélisation Modélisation des impacts des impacts futurs futurs

Détection

Détection et et modèles modèles de de changement

changement des des aires aires de de répartition répartition

(6)

Parmesan &

Parmesan & Yohe Yohe (Nature 2003): (Nature 2003):

Meta Meta - - analysis sur analysis sur les les données données du du XXe XXe siècle siècle n=893

n=893 espèces espèces (animal et (animal et végétal végétal ) )

39% 39% - - > > nord nord (6,1 km en (6,1 km en plaine plaine

ou ou 6,1 m en altitude / 6,1 m en altitude / décennie décennie ) ) 10% 10% - - > > sud sud

51% non

51% non significatif significatif

Les impacts

Les impacts du du changement changement climatiques

climatiques : déjà : déjà une une réalité réalité ? ?

(7)

Collinéen

Montagnard Subalpin

Alpin 100 m

= 0.56°C

N S

Les zones de montagne sont un endroit privilégié pour l’étude de l’impact des changements climatiques

Fréquence relative

Teucrium

chamaedrys L.

Bodin et al.

1990

2000

Altitude

(8)

1978/1987 1989/1998 Charleville-Mézières -0,1°C +2,1°C

Rocroi -1,8°C +0,6°C

Ham-sur-Meuse -0,4°C +1,8°C

Température moyenne du mois le plus froid

1987 1998

Répartition du houx dans les Ardennes

IFN-INRA, 2001

9 % 21 %

(9)

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

-7 -5 -3 -1 1 3 5

croissance température

Température minimale février-mars Indice de croissance radiale (mm)

Le lierre : une espèce favorisée par la diminution des gels

Heuzé, Dupouey et Schnitzler 2005

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Progression (invasion ?) d’espèces lauriphylles

en Europe

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1 1 - - Impacts déjà Impacts déjà observés observés

2 2 - - Modélisation Modélisation des impacts des impacts futurs futurs

Détection

Détection et et modèles modèles de de changement

changement des des aires aires de de répartition répartition

(12)

Les modèles de biogéographie Les modèles de biogéographie

modèle statistique modèle statistique

Probabilité de présence Répartition de l’espèce Température

Précipitation

Utilisation des terres

feuillaison floraison maturation énergie thermique

modèles phénologiques

probabilité de présence

succès reproducteur survie

probabilité de maturation des fruits

résistance au gel

gel des feuilles gel des fleurs

paramètres

sénescence survie au

gel

survie à la sécheresse

observations

PHENOFIT Chuine & Beaubien (2001)

Modèle statistique

modèle mécaniste

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IFNIFN

préprésence / absencesence / absence des esp

des espèècesces

160 variables 160 variables climatiques climatiques Modèle de régression logistique

SATMOS

SATMOS –– MéMéttééoo--France / CNRSFrance / CNRS

151 018 pixels (pas de 3 km) 151 018 pixels (pas de 3 km) Rayonnement / images

Rayonnement / images MMééttééosatosat Calcul d

Calcul d’’ETPETP

Modé Mod élisation des aires lisation des aires de ré de r épartition actuelles partition actuelles

AURELHY

AURELHY –– MéMéttééoo--FranceFrance

551 716 points de grille (pas de 1 km) 551 716 points de grille (pas de 1 km) P,

P, TminTmin, , TmaxTmax, Gels (0, , Gels (0, --5 et 5 et --1010°C)°C)

INRA

INRA -- OrléOrléansans

Base de donn

Base de donnéées ges gééographiquesographiques des sols de France

des sols de France

descripteurs sols

(14)

La présence du hêtre est :

- favorisée par de faibles déficits hydriques en juin et juillet

- défavorisée par de trop fortes températures en octobre

même signal dendrochronologique

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990

Cas du hêtre Cas du hêtre

0,9 1,0 0,6 0,6 0,7 0,8 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1

(15)

2050 2100 Actuel

Cas du hêtre Cas du hêtre

0,9 1,0 0,6 0,6 0,7 0,8 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1

(16)

Groupe des

espèces méditerranéennes (24 espèces)

Erica arborea

Les espèces sont regroupées par

affinités biogéographiques

Juniperus phoenicea Juniperus oxycedrus Pinus pinea

(17)

actuel20502100

Analyse discriminante des groupes chorologiques

g ro u p e 1 g ro u p e 2 g ro u p e 3 g ro u p e 4 g ro u p e 6 g ro u p e 7 a g ro u p e 8

On remplace les paramètres climatiques actuels par les paramètres futurs

Méditerranée 9% Æ 28%

Montagne 16% Æ 6%

Ouest Ouest 17% 17% ÆÆ 46%46%

(18)

Observation

Simulation Distribution future

B2 Hadcm3

répartition simulée stable dans le futur colonisation possible

extinction

Thuiller 2003

BIOMOD

Evolution de l’aire du sapin

(19)

Thuiller 2004

A1 +2.0°C

A2 +1.5°C

B2 +1.1°C B1

+1.1°C

Richesse spécifique potentielle

BIOMOD

(20)

adaptation à la compétition avec de nouvelles espèces adaptation à la compétition avec de nouvelles espèces herbacées et ligneuses ?

herbacées et ligneuses ?

équilibres avec les nouveaux cortèges de pathogènes équilibres avec les nouveaux cortèges de pathogènes et de symbiotes ?

et de symbiotes ?

rôle de la variabilité génétique ? rôle de la variabilité génétique ? capacités

capacités de migration ? de migration ? environnement

environnement futur futur non analogue (CO non analogue (CO

₂₂

) )

L’aire climatique potentielle n’est pas

une prédiction de l’aire qui sera observée

(21)

PHENOPHIT vers des modèles mécanistes : modélisation de la distribution de Pinus monticola

150°0'0"O 150°0'0"O

140°0'0"O 140°0'0"O

130°0'0"O 130°0'0"O

120°0'0"O 120°0'0"O

110°0'0"O 110°0'0"O

100°0'0"O 100°0'0"O

26°0'0"N 26°0'0"N

36°0'0"N 36°0'0"N

46°0'0"N 46°0'0"N

56°0'0"N 56°0'0"N

dommages de gel

low high

150°0'0"O 150°0'0"O

140°0'0"O 140°0'0"O

130°0'0"O 130°0'0"O

120°0'0"O 120°0'0"O

110°0'0"O 110°0'0"O

100°0'0"O 100°0'0"O

26°0'0"N 26°0'0"N

36°0'0"N 36°0'0"N

46°0'0"N 46°0'0"N

56°0'0"N 56°0'0"N

maturation des fruits

low high

150°0'0"O 150°0'0"O

140°0'0"O 140°0'0"O

130°0'0"O 130°0'0"O

120°0'0"O 120°0'0"O

110°0'0"O 110°0'0"O

100°0'0"O 100°0'0"O

26°0'0"N 26°0'0"N

36°0'0"N 36°0'0"N

46°0'0"N 46°0'0"N

56°0'0"N 56°0'0"N

survie

low high

(22)

140°0'0"O 140°0'0"O

130°0'0"O 130°0'0"O

120°0'0"O 120°0'0"O

110°0'0"O 110°0'0"O

26°0'0"N 26°0'0"N

36°0'0"N 36°0'0"N

46°0'0"N 46°0'0"N

56°0'0"N 56°0'0"N

Pinus monticola

Models

PHENOPHIT vers des modèles mécanistes :

modélisation de la distribution de Pinus monticola

(23)

0 5 10 15 20 25 30 35

0-20 20-40 40-60 60-80 80-120 Vitesse de colonisation (m/siècle)

Nombre d'observations

moyenne maximum

55 espèces, 5 sites européens, synthèse J.L. Dupouey

La biodiversité « ordinaire » ne suivra pas le changement climatique

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Des effets sont déjà observables, mais encore ténus et Des effets sont déjà observables, mais encore ténus et

d’interprétation ambiguë d’interprétation ambiguë

Les modèles, de niche ou à base de processus donnent des Les modèles, de niche ou à base de processus donnent des

résultats concordants pour les espèces ayant des limites résultats concordants pour les espèces ayant des limites

climatiques claires en France ou en Europe climatiques claires en France ou en Europe

Toutes les espèces verront leur aire climatique potentielle Toutes les espèces verront leur aire climatique potentielle affectée

affectée

Pour des scénarios plutôt optimistes, les modifications sont Pour des scénarios plutôt optimistes, les modifications sont

déjà profondes déjà profondes

Migration globale vers le nord et régression sur les marges Migration globale vers le nord et régression sur les marges sud sud

Les espèces ne pourront pas toutes suivre en temps réel ce Les espèces ne pourront pas toutes suivre en temps réel ce

déplacement de leur niche climatique déplacement de leur niche climatique

Conclusions

(25)

A terme, la stratégie du « sur place » ne sera pas suffisante ->

quel degré d’intervention sur les déplacements d’espèces ?

. biodiversité « ordinaire » -> importance des structures paysagères ? . essences de production -> engager des recherches et réflexions sur

les mécanismes de mortalité/dépérissement

les mécanismes de colonisation des régénérations naturelles les exigences climatiques des essences pionnières

les programmes de replantation à large échelle

-> importance des réseaux (détection précoce, tendances…)

-> impliquer tous les acteurs dans la gestion « forestière » du CC -> réactiver les tests d’essences (arboretums), de génotypes

-> décliner le type d’étude précédente à des échelles régionales

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