F-ORE-T - Fonctionnement des écosystèmes forestiers soumis à des modifications naturelles ou anthropiques

La vocation de ce Soere est de comprendre le fonctionnement des écosystèmes forestiers en analysant les stocks et flux de carbone, d’eau, d’éléments minéraux et les processus biogéochimiques, biologiques, écologiques, physiologiques et démographiques (régénération, croissance, mortalité) ; en évaluant leur réponse à des modifications lentes ou rapides, naturelles ou anthropiques (climat, sylviculture, changement d’usage des terres).

Contexte et objectifs

L’observatoire de recherche en environnement F-ORE-T a été créé en 2002 sous l’égide du GIP-ECOFOR. Il répond à une double impulsion, scientifique – visant à structurer l’effort de recherche sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers dans leur complexité et dans le contexte des changements globaux en analysant la régulation des flux d’eau, de carbone, et d’éléments minéraux dans la biosphère – et politique avec la volonté des pouvoirs publics et des gestionnaires forestiers de répondre à ces défis planétaires (Convention cadre sur le changement climatique, Grenelle de l’environnement, directive européenne sur les énergies renouvelables), et de fonder la gestion durable d’écosystèmes dont les fonctions environnementales sont très importantes (stockage de carbone, production de bois énergie, épuration des eaux…).

En France, ces enjeux sont considérables sachant que les espaces boisés couvrent près de 16 millions d’hectares (27 % du territoire métropolitain), auxquels s’ajoutent 8 millions d’hectares Outre-mer, principalement en forêt tropicale humide guyanaise. C’est une caractéristique géographique et biologique unique pour un territoire européen.

Les écosystèmes forestiers naturels ou plantés sont des systèmes complexes. Ils peuvent être caractérisés par leurs stocks et flux de carbone, d’eau et d’éléments minéraux, mais aussi par la composition et par la dynamique des organismes qui y vivent : arbres, flore, champignons, microfaune et macrofaune du sol, qui interagissent avec deux matrices que sont l’atmosphère et le sol. Ces écosystèmes sont gérés avec des intensités très variables. Ils sont complexes temporellement (croissance, mortalité, régénération, recrutement, etc.) et spatialement, avec une composante verticale (de l’atmosphère jusqu’à la roche-mère) et horizontale (climat, relief, variations des propriétés du sol…).

Le réseau F-ORE-T a pour objectif général (i) de comprendre le fonctionnement de ces écosystèmes en analysant : les stocks et flux de carbone, d’eau et d’éléments minéraux ; les processus biogéochimiques, biologiques, écologiques, physiologiques et démographiques (régénération, croissance, mortalité), (ii) d’évaluer leur réponse à des modifications, qu’elles soient lentes ou rapides, naturelles ou anthropiques (climat, sylviculture, changement d’usage des terres).

Les processus étudiés correspondent aux grandes composantes des cycles biogéochimiques (carbone, eau, énergie et éléments minéraux). Les recherches portent sur la compréhension de chaque processus et sur leur hiérarchisation en fonction des contraintes. Elles concernent la quantification et la variabilité des stocks, des flux et des bilans : variabilité spatiale (verticale ou horizontale), variations temporelle (interannuelle, saisonnière, journalière, horaire, etc.), facteurs à l’origine de ces variations, sensibilité-vulnérabilité au climat et à la sylviculture.

Les dispositifs

Les sites-ateliers, 10 en France métropolitaine et 5 en zone intertropicale humide ont intégré le réseau progressivement (la dernière vague ayant eu lieu lors de la labellisation Soere en 2010). Ils couvrent des conditions pédoclimatiques variées et des types de peuplements représentatifs de la forêt française et tropicale: feuillus sociaux de plaine, forêts fortement artificialisées parmi lesquelles les taillis ou les plantations tropicales à très courte rotation,  formations méditerranéennes, et  forêts tropicales naturelles ou exploitées. Les sites du Congo et du Brésil permettent ainsi de s’intéresser aux plantations tropicales à croissance rapide sur sols pauvres tandis que les sites de Thaïlande (Rubber flux) et du Costa-Rica (Coffee-flux) offrent quant à eux la possibilité de travailler sur certains processus du bilan de carbone (production de Latex pour l’hévéa, ou production de fruits en système agroforestier) difficiles à aborder dans des systèmes forestiers classiques. Ces sites sont lourdement instrumentés et sont destinés à la description, la quantification et la modélisation du fonctionnement des écosystèmes forestiers. Ils sont en général constitués d’un noyau (un instrument de type tour à flux par exemple) et d’expérimentations connexes (manipulation du milieu in situ et parfois des expérimentations en laboratoire) ; l’ensemble étant suivi sur le long-terme. Ils sont en lien avec des laboratoires d’analyses chimiques et des plateformes de modélisation et de simulation. Le fonctionnement de ces sites se conçoit à l’échelle du peuplement (typiquement quelques ha) sans exclure une extension aux massifs forestiers si des études sur la variabilité spatiale des paramètres clés du fonctionnement des écosystèmes sont conduites (plusieurs centaines d’ha à plusieurs milliers). Des approches, couplant hydrologie et cycle du carbone à l’échelle du bassin versant sont conduites dans certains des sites ateliers (Landes, Coffee-flux) ; le réseau Guyafor et certains sites comme Montiers, Landes, Fontainebleau participent à la mise au point de nouvelles méthodes d’estimation du carbone des forêts à partir de données aériennes (Radar et Lidar).

Les expérimentations, fortement instrumentées et suivies sur le long terme dans chaque site-atelier (voir par exemple le projet EFFECT du site de Puechabon, permettent de quantifier l’influence climatique (à long terme et lors d’événements extrêmes) et de tester des hypothèses et de proposer des modalités de gestion adaptées dans un contexte de changements globaux. Ces expérimentations tiennent compte du contexte local (même si dans certains cas, un même projet expérimental peut concerner plusieurs sites le long de gradients pédoclimatiques) et concernent : (i) le régime hydrique (milieu saturé/insaturé ou par exclusion d’eau), (ii) la gestion des résidus d’exploitation (par exclusion ou ajout de rémanents), (iii) la fertilisation et / ou l’épandage de boues de stations d’épuration, (iv) le changement d’essence, (v) le tassement des sols, (vi) l’intensité des prélèvements (éclaircies, durées de rotation, saignées). Pour certains sites, les facteurs manipulés peuvent être combinés (par exemple à Itatinga (Brésil): fertilisation x exclusion d’eau ; Breuil : essence x fertilisation ; Pointe-Noire (Congo) : essence x gestion des résidus d’exploitation) ou couplés à des gradients (sols de fertilité différente comme à Itatinga, Montiers ou les sites Tassement).

RENECOFOR est un réseau de suivi à long terme de l’évolution des principaux types de peuplements forestiers de France métropolitaine. Ce réseau est la partie française du réseau européen dit de « Niveau 2 » du dispositif de suivi – ou monitoring – des forêts composé de 102 placettes réparties sur tout le territoire. Il mesure un ensemble de paramètres clés des forêts (sur l’ensemble des sites : état sanitaire, croissance, sol, flux d’éléments minéraux, flore, phénologie, et sur une partie des sites : dépôts atmosphériques, ozone, paramètres météorologiques, observations mycologiques et macrofaune du sol) dont certains sont communs avec les sites ateliers. Ce réseau sera complété en 2011 par le réseau GUYAFOR, constitué de 15 dispositifs répartis sur la bande côtière de Guyane (gradient pédoclimatique). Chaque dispositif peut regrouper de une à plusieurs parcelles de forêts naturelles et exploitées couvrant chacune de 4 à 25 hectares. Les objectifs de ce réseau sont de comprendre la dynamique des forêts naturelles et exploitées sur le long terme en se concentrant sur :- les dynamiques de biomasse et le cycle du carbone ; le rôle des processus démographiques (régénération, croissance, mortalité) ; les conséquences des changements climatiques. L’insertion de ces deux réseaux dans F-ORE-T vise en particulier à fournir des données de références issues d’un grand nombre d’écosystèmes afin d’aider à l’interprétation des résultats, à la généralisation des processus et à la validation des modèles issus des sites-ateliers. Ils constituent également des supports adaptés à certaines expérimentations ciblées et communes avec les sites-ateliers (par exemple, marquage isotopique de la litière pour le RENECOFOR). Ces deux réseaux ont également leur dynamique propre de recherches (par exemple sur la biodiversité). 

Une instrumentation de pointe in situ

Les grandeurs mesurées sont très nombreuses et peuvent être rassemblées en plusieurs catégories : (i) les variables d’environnement (météorologie, composition de l’atmosphère, dépôts atmosphériques), (ii) les variables d’état du système (micro-météorologie, indice foliaire, phénologie, teneur des feuilles en éléments minéraux, litière, composition faunistique et floristique, biomasse et minéralomasse, stock de carbone, réserves minérales du sol, teneur en eau du sol) et , (iii) les variables de flux (éléments chimiques et organiques dans les litières, le sol et les solutions du sol, flux de carbone, d’eau et de chaleur à l’interface couvert-atmosphère). L’acquisition des données concerne les domaines physiques, chimiques et biologiques. Il existe entre 80 et 300 capteurs sur chaque site. Les instruments et paramètres mesurés, méthodes ou normes associées ont été recensés lors de la mise en place du système d’information. La démarche d’assurance et de contrôle qualité des données répond au souci d’homogénéiser et d’uniformiser les différentes étapes de la prise de données (stratégie d’échantillonnage, calibration des instruments, obtention de données élaborées, etc.).

Les échelles temporelles investiguées sont très larges. Certaines variables de météorologie, micrométéorologie et de flux sont mesurées en continu avec des centrales d’acquisition de données (par exemple avec un pas de temps de 15 à 30 secondes, puis moyennées ou cumulées et enregistrées chaque demi-heure). D’autres données suivent plutôt une fréquence mensuelle ou saisonnière tels que les mesures de solutions du sol et les paramètres relatifs à la phénologie ou à la croissance des arbres. D’autres encore, dont  l’acquisition est lourde, tels que les inventaires complets, la biomasse, la minéralomasse ou l’évaluation des réserves minérales du sol, sont réalisées à plusieurs années d’intervalle. Enfin, pour les forêts tropicales humides, un volet spécifique concerne l’identification botanique des espèces d’arbres, qui, compte tenu de la diversité observée sur les sites, représente un effort important, et de surcroît à répéter à chaque date d’inventaire.

Les échelles spatiales étudiées sont également très larges: des mesures sont réalisées à des échelles fines (bactéries du sol, feuilles…), intermédiaires (sols, arbres…) et larges (peuplement, massif forestier…). La variabilité des propriétés du sol (tant horizontale que verticale), des structures forestières et des arbres (par exemple, phénotypique) sont également étudiées. La prise en compte de cette variabilité est une difficulté majeure qui nécessite des moyens lourds avec répétitions des capteurs et des échantillonnages multiples. D’autre part, les différentes échelles étudiées sont bien souvent emboitées, ce qui nécessite des observations à chaque échelle pour être en mesure d’intégrer les processus à l’échelle de l’écosystème (exemple du cycle du carbone, des éléments minéraux…).

Organisme de Rattachement : Gip-Ecofor

Cookies de suivi acceptés