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Équipe FORHET : Forêt hétérogènes

Contexte

Deux défis sociétaux majeurs concernent la forêt aujourd’hui : d’un coté, un défi énergétique lié à la raréfaction des énergies fossiles ainsi qu’au changement climatique, d’un autre coté, la nécessité de mieux préserver l’environnement. Ainsi, un des objectifs du Grenelle de l’Environnement est de "produire plus de bois tout en préservant mieux la biodiversité".
Les peuplements forestiers mélangés peuvent apporter une partie de la solution à cette double exigence. En effet, le mélange d’essences s’est montré favorable à la productivité dans de multiples situations forestières, et constitue intrinsèquement un milieu avec une bonne capacité d’accueil de la biodiversité par rapport aux peuplements purs.
L’équipe Forêts Hétérogènes étudie ces systèmes complexes afin de mieux comprendre leur fonctionnement et de mieux caractériser leur productivité. Ces travaux apportent également aux gestionnaires forestiers des éléments d’aide à la décision pour la gestion des forêts de plaine (mode de sylviculture, éclaircies, régénération et végétation du sous bois…).
 
Peuplement mélangé de la forêt d’Orléans - photo Y. DUMAS

Problématiques

Les travaux de l’équipe portent principalement sur les différentes interactions dans les peuplements mélangés. Il peut s’agir des interactions entre les individus d’une même espèce ou d’espèces différentes, dans la strate arborée, la végétation du sous bois, ou bien entre les différentes strates de l’écosystème. Nous abordons principalement deux aspects : d’une part la modélisation de la croissance et de la dynamique des arbres, et d’autre part le partage des ressources entre les individus (lumière, eau, nutriments).

Principaux projets

Croissance des peuplements mélangés

La croissance des forêts mélangées est modélisée à deux échelles :

  • Nous analysons des données de croissance issues de dispositifs expérimentaux, installés principalement en forêt d’Orléans dans des mélanges chêne sessile - pin sylvestre. Ces travaux apportent des éléments sur des mécanismes fins, comme l’impact de la structure spatiale sur la croissance, ou la réaction d’une essence après une perturbation biotique sur l’autre essence.

 

Graphique

  • Nous modélisons également la croissance des mélanges en lien avec les gradients environnementaux, en profitant de la large gamme de situations des données de l’Inventaire forestier national. Cela permet d’étudier les variations des interactions avec l’environnement, dont les facteurs climatiques.

Cette confrontation d’une approche réductionniste et d’une approche systémique nous fait progresser dans la généralisation des phénomènes régissant le fonctionnement des mélanges.
Un dispositif pérenne d’observation est en cours d’installation en forêt d’Orléans, avec le soutien financier de la région Centre. Ces travaux sont également financés par un partenariat avec l’Office National des Forêts.

Dynamique de la régénération forestière sous couvert en lien avec la végétation du sous bois. Utilisation des ressources.

L'amélioration des modèles (généralisation des modèles de croissance, amélioration des modèles de dynamique des peuplements et notamment la phase de régénération) passe par une meilleure compréhension du fonctionnement des systèmes forestiers. Nous étudions le partage des ressources lumière, eau, et nutriments entre différents compartiments des écosystèmes forestiers. Le facteur eau revêt un intérêt croissant dans le contexte des changements climatiques. Nos études sont orientées autour de deux scénarios de gestion envisagés par les gestionnaires dans ce contexte:

  • la réduction du nombre d'arbres sur pied et/ou
  • la conduite de peuplements mélangés, en particulier pour réduire la consommation en eau des peuplements.

Cependant, le sous-bois de ces peuplements plus ouverts et donc plus éclairés est rapidement colonisé par une végétation dense d'herbacées et d'arbustes monopolistes. Nous étudions et quantifions la consommation en ressources (eau, éléments minéraux, lumière) de cette végétation, en fonction des espèces en présence. Nous évaluons son impact sur la diversité de l'écosystème (projet Imprebio : impact de l'intensité des prélèvements forestiers sur la biodiversité) et sur la productivité des arbres. Enfin nous nous intéressons aux interactions entre cette végétation et la régénération des jeunes arbres (relations négatives de compétition ou positives de facilitation) pour évaluer son impact dans la dynamique de renouvellement des peuplements. L'ensemble est simulé dans le modèle RReShar, Regeneration and Resource Sharing, implémenté sous la plateforme Capsis, pour aider à la formulation de nouveaux itinéraires de gestion.

Croissance et modélisation des peuplements réguliers

L’équipe poursuit également des travaux de modélisation de la croissance des peuplements purs, en lien avec le Groupement d’Intérêt Scientifique « Coopérative de Données » (Groupes Chêne, Douglas, Laricio).
Nous participons également au projet EMERGE (Elaboration de Modèles pour une Estimation Robuste et Générique du bois Energie), du programme ANR Bioénergie, qui vise à obtenir des modèles de volume, de biomasse et de minéralomasse robustes et compatibles pour les différentes essences françaises dans leurs différents contextes de gestion sylvicole.

Modélisation et simulation à l'échelle du massif

Le passage de l’échelle de la parcelle à l’échelle du territoire permet d’aborder des questions sociétales comme l’aménagement du territoire en fonction des différents objectifs possibles comme la production de bois, le stockage de carbone, la préservation de la biodiversité. Le projet FORGECO (Foret gestion écosystèmes, ), projet 2010-2014 du programme ANR SYSTERRA vise à étudier la double exigence de production de bois optimisée et de préservation de l’environnement à l’échelle du territoire. Dans ce projet, nous développons un simulateur de croissance à l’échelle des massifs pilotes, à savoir la Forêt d’Orléans et le Massif des Quatre Montagnes dans le Vercors. (Module SIMMEM, SImulateur Multi-Module pour l’Echelle Massif, implémenté dans la plateforme logicielle Capsis ).

Transfert et expertises

Disponibilités forestières en bois et biomasse-énergie.

Une méthodologie d'évaluation des disponibilités en biomasse forestière permet d'estimer les quantités de bois-matériau et bois-énergie qu’il serait possible de prélever en forêt, en supplément des prélèvements actuels, tout en restant dans un contexte de gestion durable et d’exploitation raisonnable des forêts.
Photo : Coupe de bois de chauffage - photo D. Gauthier.

Modèles de croissance et dynamique.

Des modèles de croissance et de dynamique ont été implémentés sur la plate forme Capsis (laricio, sylvestris, oakpine, RReShar). Ces modèles sont utilisés notamment lors de la construction des guides de sylviculture de l'Office National des Forêts.
schéma 3D représentant la modélisation d'une forêt
 

Thème de recherche

Systèmes écologiques terrestres : dynamiques, vulnérabilités et ingénierie

Unités de recherche

Ecosystèmes forestiers

Compostion de l'équipe

Animateur Nathalie Korboulewsky
Chercheurs et ingénieurs

Philippe Balandier
Nathalie Korboulewsky
Thomas Perot
Gwenael Philippe
Patrick Vallet
Doctorants Maude Toigo
Rémy Gobin

Adjoints/Techniciens
Assistants ingénieurs

 Yann Dumas
Catherine Menuet
Sandrine Perret
Vincent Seigner
Non permanents Francis Dromacque

Publications récentes

2011

  • Genet, A., Wernsdörfer, H., Mothe, F., Bock, J., Ponette, Q., Jonard, M., Nys, C., Legout, A., Ranger, J., Vallet, P., Saint-André, L., 2011 (sous presse). Des modèles robustes et génériques de biomasse. Exemple du Hêtre. Revue Forestière Française.
  • Rivoire, M., Longuetaud, F., Saint-André, L., Vallet, P., Morneau, F., Bouvet, A., Gauthier, A., Deleuze, C, 2011 (sous presse). Une base de données unique en France de cubages d'arbres individuels (volumes, biomasses) au service d'une modélisation générique de la ressource en bois énergie. Revue Forestière Française.
  • Ammer, C., P. Balandier, N. S. Bentsent, L. Coll, and M. Lof. 2011. Special Issue: Forest vegetation management in the 21st century - current practices and future challenges. European Journal of Forest Research 130:1-133.
  • Gaudio, N., P. Balandier, Y. Dumas, and C. Ginisty. 2011. Growth and morphology of three forest understorey species (Calluna vulgaris, Molinia caerulea and Pteridium aquilinum) according to light availability. Forest Ecology and Management 261:489-498.
  • Gaudio, N., P. Balandier, S. Perret, and C. Ginisty. 2011. Growth of understorey Scots pine (Pinus sylvestris L.) saplings in response to light in mixed temperate forest. Forestry 84:187-195.
  • Gaudio, N., P. Balandier, G. Philippe, Y. Dumas, F. Jean, and C. Ginisty. 2011. Light-mediated influence of three understorey species (Calluna vulgaris, Pteridium aquilinum, Molinia caerulea) on the growth of Pinus sylvestris seedlings. European Journal of Forest Research 130:77-89.
  • Genet, A., H. Wernsdoerfer, M. Jonard, H. Pretzsch, M. Rauch, Q. Ponette, C. Nys, A. Legout, J. Ranger, P. Vallet, and L. Saint-Andre. 2011. Ontogeny partly explains the apparent heterogeneity of published biomass equations for Fagus sylvatica in central Europe. Forest Ecology and Management 261:1188-1202.
  • Ginisty C., P. Vallet, H. Chevalier, and A. Colin, 2011. Disponibilités en biomasse en foret, en peupleraies et dans les haires pour le bois d'œuvre, d'industrie ou pour l'énergie. Revue forestière Française (in press)
  • McCarthy, N., N. S. Bentsen, I. Willoughby, and P. Balandier. 2011. The state of forest vegetation management in Europe in the 21st century. European Journal of Forest Research 130:7-16.
  • Ngo Bieng, M., C. Ginisty, and F. Goreaud, 2011. Point process models for mixed sessile forest stands, Annals of Forest Science 68(2):267-274
  • Pérot, T., and N. Picard. 2011. Mixture enhances productivity in a two-species forest: evidence from a modelling approach. Ecological Research (in press).
  • Tran-Ha M., T. Cordonnier, P. Vallet, and T. Lombart, 2011. Estimation du volume total aérien des peuplements forestiers à partir de la surface terrière et de la hauteur de Lorey. Revue Forestière Française (in press)
  • Vallet, P., and T. Perot. 2011. Silver fir stand productivity is enhanced when mixed with Norway spruce: evidence based on large-scale inventory data and a generic modelling approach. Journal of Vegetation Science 22:932-942.

2010

  • Berges, L., and P. Balandier. 2010. Revisiting the use of soil water budget assessment to predict site productivity of sessile oak ( Quercus petraea Liebl.) in the perspective of climate change. European Journal of Forest Research 129:199-208.
  • Pérot, T., F. Goreaud, C. Ginisty, and J. F. Dhôte. 2010. A model bridging distance-dependent and distance-independent tree models to simulate the growth of mixed forests. Annals of Forest Science 62:502.

2009

  • Balandier, P., H. Frochot, and A. Sourisseau. 2009. Improvement of direct tree seeding with cover crops in afforestation: microclimate and resource availability induced by vegetation composition. Forest Ecology and Management 257:1716-1724.
  • Barbier, S., P. Balandier, and F. Gosselin. 2009. Influence of several tree traits on rainfall partitioning in temperate and boreal forests: a review. Annals of Forest Science 66:602p1-602p11.
  • Collet C., P. Balandier, T. Cordonnier, E. Dreyer, and P. Dreyfus, 2009. Raisonner la gestion des hêtraies mélangées. Biofutur, 305, 36-40.
  • Vallet, P., C. Meredieu, I. Seynave, T. Bélouard, and J.-F. Dhôte. 2009. Species substitution for carbon storage: sessile oak versus Corsican pine in France as a case study. Forest Ecology and Management 257, 1314-1323

2008

  • Barbier, S., F. Gosselin, and P. Balandier. 2008. Influence of tree species on understory vegetation diversity and mechanisms involved - A critical review for temperate and boreal forests. Forest Ecology and Management 254:1-15.
  • Chambelland, J. C., M. Dassot, B. Adam, N. Dones, P. Balandier, A. Marquier, M. Saudreau, G. Sonohat, and H. Sinoquet. 2008. A double-digitising method for building 3D virtual trees with non-planar leaves: application to the morphology and light-capture properties of young beech trees ( Fagus sylvatica). Functional Plant Biology 35:1059-1069.
  • Gaudio, N., P. Balandier, and A. Marquier. 2008. Light-dependent development of two competitive species ( Rubus idaeus, Cytisus scoparius) colonizing gaps in temperate forest. Annals of Forest Science 65:104p1-104p5
  • Nabuurs, G. J., E. Thurig, N. Heidema, K. Armolaitis, P. Biber, E. Cienciala, E. Kaufmann, R. Makipaa, P. Nilsen, R. Petritsch, T. Pristova, J. Rock, M. J. Schelhaas, R. Sievanen, Z. Somogyi, and P. Vallet. 2008. Hotspots of the European forests carbon cycle. Forest Ecology and Management 256:194-200.
  • Pérot, T., F. Goreaud, and C. Ginisty. 2008. Quels modèles de croissance pour les peuplements melangés? Exemple du mélange Chêne sessile - Pin sylvestre. Revue Forestiere Francaise 60 : 215-232
  • Provendier, D., and P. Balandier. 2008. Compared effects of competition by grasses ( Graminoids) and broom ( Cytisus scoparius) on growth and functional traits of beech saplings ( Fagus sylvatica). Annals of Forest Science 65:510p511-510p519.