L’arbre face à la sécheresse, Séminaire du G.E.A., Montpellier, 8-10 avril 2015
Croissance radiale des arbres et précipitations en région méditerranéenne :
l’apport de la dendroécologie
Frédéric GUIBAL
Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie marine et continentale
Dendroécologie Cernes des arbres. Régions soumises à un climat marqué par un contraste saisonnier. Séries temporelles : traduisent l’expression de la croissance radiale de l’arbre de son environnement physique et biotique, et des perturbations qui l’ont affecté. Etude rétrospective des cernes :
Séries temporelles +/- longues : paléoenvironnement, paléoclimat (séries inter-annuelles). Résolution temporelle + élevée : données intra-annuelles (cerne néo-formé).
Plan de la communication : Calendrier de formation du cerne du pin d’Alep. Relations croissance radiale – climat chez une sous-espèce de pin noir. Reconstitution des paléo-précipitations à l’aide des séries de cernes.
Croissance radiale des arbres et précipitations en région médit. : l’apport de la dendroécologie
Née des travaux d’un astronome américain, A.E. Douglass, qui, au début du 20ème s., cherchait dans la croissance
des arbres du SW des USA des cycles parallèles à ceux des taches solaires.
4 14 17 23
Dendrochronologie
Cernes n°
1
10
100
1000
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Des séries de cernes identifiables sur différents individus d’une même espèce et non reproductibles dans le temps. Analyse de séries de cernes interdatées ≠ Simple dénombrement des cernes
Dendrochronologie
Dendrochronologie
Des anomalies à détecter : les cernes absents. Juniperus phoenicea
Site-atelier de l’Observatoire de recherche en environnement sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers (F-ORE-T) rassemble les huit sites-ateliers français consacrés à l’études des cycles du carbone, de l’eau et des éléments minéraux. But : comprendre le fonctionnement des écosystèmes en analysant les stocks et flux de carbone, d'eau, et de minéraux.
Fontblanche (Cne de Roquefort-la-Bédoule, 13): Alt. 450 m, plateau calcaire T = 13°C, P = 700 mm Peuplement mélangé de chênes verts et de pins d’Alep (âge : 70 ans) Objectifs : - comprendre le fonctionnement du peuplement mélangé à pins d’Alep et chênes verts - comprendre, modéliser et coupler les cycles biogéochimiques entre eux et avec le fonctionnement des arbres.
Analyse intra-annuelle du cerne
7
Site expérimental de Fontblanche (INRA-URFM Avignon). Flux de carbone, croissance et phénologie dans un écosystème à Pinus halepensis-Quercus ilex
Respiration Humidité Litière
Flux de sève Phénologie Indice foliaire Photosynthèse Croissance
Flux (CO2, solar radiation) Météorologie NDVI
au sol
au-dessus de la canopée
sur les arbres
Des mesures dans tous les compartiments
Analyse intra-annuelle du cerne
8
2 dispositifs expérimentaux intensifs à Fontblanche
A – exclusion de 30% des précipitations incidentes par gouttières (début : Janvier 2009) PM30
B – apport de 30% d’eau par aspersion (printemps et automne ; début : Janvier 2010) PP30
Analyse intra-annuelle du cerne
L’I.M.B.E. en Forêt de Fontblanche Suivi de la formation du cerne par micro-prélèvements de la périphérie du tronc effectués tous les 10/15 jours de 2008 à 2014. 16 pins d’Alep (âge : 70 ans) de la strate dominante : 8 témoins, 4 exclus, 4 arrosés. Prog. ANR – DROUGHT+
Comptage des cellules formées à différentes dates sur 6 rangées radiales.
Analyse intra-annuelle du cerne
10
Activité ambiale intra-annuelle : micro-prélèvements périodiques à la périphérie du tronc.
Fontblanche, Pinus halepensis, année 2009
23 Sept
17 Sept
8 Sept
25 Aug
23 Jul
Comptage des cellules sur micro-carotte
Analyse intra-annuelle du cerne
11
Croissance intra-anuelle de 8 pins témoins.
Début des divisions cellulaires : 2ème quinzaine d’avril
Fin des divisions cellulaires : novembre Durée croissance radiale : 7 mois
Influence des précipitations de printemps et automne sur la production cellulaire (effet immédiat).
Eté : arrêt des divisions (2008-10) ou poursuite des divisions (2009).
2008 2009 2010
Prec.
Temp.
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40
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08-avr 22-avr 06-
mai
19-
mai
02-
juin
25-
juin
08-juil 20-juil 07-
sept
16-
sept
05-oct 20-oct 03-nov 25-
nov.
Num
ber
of
cells
0,0
10,0
20,0
30,0
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50,0
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70,0
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Pre
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Prec
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in
17-ju
in
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il
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23-avr 18-mai 28-mai 04-juin 17-juin 01-juil 23-juil 08-sept 17-sept 23-sept 22-oct 15-nov
Num
ber
of
cells
0.0
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08-avr 22-avr 06-
mai
19-
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25-
juin
08-juil 20-juil 07-
sept
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sept
05-oct 20-oct 03-nov 25-
nov.
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17-ju
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15-ju
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29-ju
il
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23-avr 18-mai 28-mai 04-juin 17-juin 01-juil 23-juil 08-sept 17-sept 23-sept 22-oct 15-nov
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Analyse intra-annuelle du cerne
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5-mai 14-mai 30-mai 6-juin 19-juin 5-juil. 18-juil. 26-juil. 10-août06-sept.26-sept.04-oct. 23-oct. 20-nov.06-déc.
Pre
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Année 2012
Analyse intra-annuelle du cerne
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23-avr 18-mai 28-mai 04-juin 17-juin 01-juil 23-juil 08-sept 17-sept 23-sept 22-oct 15-nov
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PP30
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08-avr 22-avr 06-
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08-juil 20-juil 07-
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05-oct 20-oct 03-
nov
25-
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PP30
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2010 2009
Effet de l’exclusion des pluies sur la production cellulaire (PM30)
Réduction du nombre de cellules formées dès la première année.
Analyse intra-annuelle du cerne
0
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1-avr. 21-mai 10-juil. 29-août 18-oct. 7-déc.
Num
ber
of
cells
A
B
CD
Année 2011
Effet de l’exclusion des pluies sur la production cellulaire (PM30)
Analyse intra-annuelle du cerne
15
Relations entre la production cellulaire et les variables climatiques
Cross-correlation analysis between (1) cell formation rate (cell/day) (2) number of cells formed and climate variables (** P <0.05)
Precipitations Temperatures
Cell formation rate
(2008)
0.37 0.37
Number of cells formed
(2008)
0.46**
0.21
Cell formation rate
(2009)
- 0.09 0.23
Number of cells formed
(2008)
0.35 0.23
Cell formation rate
(2010)
0.43** - 0.14
Number of cells formed
(2008)
0.37 0.25
Analyse intra-annuelle du cerne
F. Serre
Suivi de la formation du cerne et de l’allongement des pousses et des aiguilles sur pins d’Alep jeunes et âgés au cours des années 1969, 1970, 1971. Lieu : Quartiers NE de l’agglomération marseillaise (alt. 150 m).
Micro-prélèvements de la zone cambiale effectués, tous les 10 jours, au trocart, pour suivre la formation du cerne au cours de l’année.
Analyse intra-annuelle du cerne
2010 1970
Début des divisions cellulaires : 1970, Marseille (alt. 150 m): avril 2010, Fontblanche (alt.450 m) : 2ème moitié avril
Fin des divisions cellulaires : 1970, Marseille (alt. 150 m): milieu octobre 2010, Fontblanche (alt.450 m) : 2ème moitié novembre
Comparaison diachronique (intervalle : 40 ans)
Analyse intra-annuelle du cerne
0
500
1000
1500
1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010
Précipitations annuelles (Marseille)
0
50
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150
200
250
300
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
Précipitations cumulées Sep Oct Nov (Marseille)
Analyse intra-annuelle du cerne
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
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35,00
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
Températures maximales Sep Oct Nov (Marseille)
Analyse intra-annuelle du cerne
0,00
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16,00
18,00
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1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
Températures minimales Sep Oct Nov (Marseille)
Analyse intra-annuelle du cerne
21
Conclusion
• Durée des divisions cellulaires : près de 7 mois, de la 2ème moitié d’avril à mi-Novembre.
• 2 maxima d’activité cambiale : printemps (mi-Avril/Juin) et automne
(Octobre-Novembre).
• Eté : croissance possible à un taux très faible. • Relation immédiate entre les précipitations incidentes et les divisions
cellulaires. • Effet de l’exclusion (30%) des précipitations sur les divisions cellulaires.
Analyse intra-annuelle du cerne
Relations croissance radiale – climat chez une sous-espèce de pin noir
Distribution géographique du groupe des pins noirs
Amodei et al., Clim. Dyn., 2013
Relations croissance radiale – climat : le pin noir de Salzmann
Pin noir de Salzmann
Amodei et al., Clim. Dyn., 2013
Relations croissance radiale – climat : le pin noir de Salzmann
Relations cernes-climat. Modélisation statistique (fonction de réponse) : régression multiple orthogonalisée (1901-2008).
Amodei et al., Clim. Dyn., 2013
Conflent Gorges du Tarn SGD
Relations croissance radiale – climat : le pin noir de Salzmann
Amodei et al., Clim. Dyn., 2013
Proportion de variance expliquée par les températures max.(gris clair), les températures min.(gris foncé) et les précipitations (bleu) sur les 3 sites.
Analyse en composantes principales réalisée sur les années caractéristiques
Relations croissance radiale – climat : le pin noir de Salzmann
Amodei et al., Clim. Dyn., 2013
Résultat du calcul des fonctions de réponse sur les sites du Conflent, des Gorges du Tarn et de Saint-Guilhem utilisant comme régresseurs : a) les températures maximales, b) les précipitations. Les variables mensuelles sont présentées en abscisses et le rapport entre le coefficient de régression moyen et l’écart-type en ordonnées.
Conflent
Gorges du Tarn
SGD
Relations croissance radiale – climat : le pin noir de Salzmann
Amodei et al., Clim. Dyn., 2013
Résultat du calcul des fonctions de réponse sur une fenêtre mobile. L’axe des abscisses correspond à la date et les ordonnées expriment le rapport entre coefficient de corrélation et écart-type pour chaque mois des variables thermiques (TMAX) et hydriques (P). La valeur d’un pixel est significative à 95% quand elle est supérieure à 2 en valeur absolue.
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Touchan et al., Clim. Dyn., 2011
Cernes : 4 chronologies (250 années) P. halepensis, dorsale NW Tunisie
Etape 1 Fonctions de réponse :
Var . dépendante : cernes Var. explicative : climat
70 % var. expliquée par Préc. Oct-Juin
Etape 2 Fonctions de transfert :
Var . dépendante : climat (Préc. Oct-Juin) Var. explicative : cernes
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Touchan et al., Clim. Dyn., 2011 Vérification sur années indépendantes
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Touchan et al., Clim. Dyn., 2011
Années très arrosées moins bien reconstruites que les années sèches
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Touchan et al., Clim. Dyn., 2011
Précipitations (Oct-Juin) reconstituées sur la période 1771-2002. Evénements secs et événements humides plus nombreux au cours du 19ème s. qu’au cours du 20ème s.
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Touchan et al., Clim. Dyn., 2011
Moyenne mobile (5 années) des précipitations (Oct-Juin) reconstruites.
Nicault et al., Clim. Dyn., 2008
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Cernes : 165 chronologies (122 sites). Reconstitution d’un indice de sécheresse (PDSI Avril-Septembre) sur la période 1350-2000.
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Nicault et al., Clim. Dyn., 2008
1500-1600 : période sèche 1650-1765 : période humide et homogène Période la + froide du petit Age Glaciaire 1800-1900 : humide et variable
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Nicault et al., Clim. Dyn., 2008
Conclusion
• Reconstitutions dendroclimatiques utilisées pour tester les modèles climatiques.
• Construction de longues chronologies de cernes composites pour pallier
l’absence d’arbres millénaires dans les régions tempérées.
• Utilisation d’autres variables que la seule épaisseur des cernes : densité du bois, isotopes stables de la cellulose.
Reconstitution des précipitations en région méditerranéenne
Merci pour votre attention
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