Les Arbres FOrestiers face aux variations du CLIMat : comprendre le passé et prévoir le futur par l analyse des cernes des arbres

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Emmanuelle Benoît
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1 Les Arbres FOrestiers face aux variations du CLIMat : comprendre le passé et prévoir le futur par l analyse des cernes des arbres

2 Laboratoires et personnes impliqués ESE UP11, CNRS, AgroP LSCE CEA, CNRS, UVSQ Valérie Daux Monique Pierre Michel Stievenard Claire Damesin Eric Dufrêne Alice Michelot (doctorante) Thomas Eglin (doctorant) Nicolas Delpierre Laurent Vanbostal Post doctorats financés par le GIS: Nathalie Etien (12 mois) Dario Martin Benito (9 mois) IDES: Interactions et Dynamique des Environnements de Surface UP11, CNRS Florent Barbecot EEF: Ecologie, Ecophysiologie forestière INRA Nancy, UPH Nathalie Bréda Stéphane Ponton François Gérémia

3 Contexte Fragilisation de la santé des forêts Observations de mortalité, de diminution de croissance (infos DSF, ONF, INRA) Impacts du climat? Sécheresses extrêmes, Tendance augmentation de température,

dégâts Impacts sécheresse estivale 1989 90 91 92 93 94 95

4 Observations Département Santé des Forêts Pas de dégâts Faibles dégâts Pinus sylvestris Fagus sylvatica Forts dégâts Impacts sécheresse estivale Nageleisen (2010)

5 Objectifs Les cernes des arbres : des enregistreurs Déterminer et comprendre la vulnérabilité des forêts face aux variations climatiques: temps largeur, δ 13 C, δ 18 O

6 Contexte Fragilisation de la santé des forêts Les cernes des arbres : une archive de l histoire de l arbre et du climat largeur, δ 13 C, δ 18 O Approche paléoclimatique Reconstruction du climat passé (LSCE)? Approche écophysiologique Compréhension du fonctionnement des arbres (ESE)

carbone et de l eau, de la signification fonctionnelle des composition isotopiques Température été ( C)

7 Objectifs Climat et Caractéristiques des cernes Approche paléo-climatique LSCE -analyses statistiques des séries temporelles -obtention d indices climatiques Approche écophysiologique ESE -études des mécanismes de gestion du carbone et de l eau, de la signification fonctionnelle des composition isotopiques Température été ( C) Températures mesurées Températures reconstruites Années transfert climat croissance CO 2 photosynthèse respiration 12 C 13 C

8 Objectifs Climat et Caractéristiques des cernes Approche paléo-climatique LSCE Approche écophysiologique ESE Pour reconstruire un climat régional : Combien d arbres est il nécessaire d échantillonner? Peut- on utiliser différentes espèces? différentes parcelles? Pour comprendre la fragilité des forêts: A quels accidents climatiques, les différentes espèces sont elles le plus sensibles? La phénologie, le fonctionnement des espèces permetils d expliquer des différences? La largeur et les deux isotopes fournissent-ils des informations complémentaires, identiques entre espèces?

sciaphile bois hétéroxylé croissance après

9 Objectifs Comparaison 3 espèces représentatives des forêts européennes CHENE HETRE PIN héliophile bois hétéroxylé croissance avant ou pendant débourrement sciaphile bois hétéroxylé croissance après débourrement héliophile bois homoxylé croissance pendant débourrement

10 Site d étude c. Paris N 2 40 W ha Pin 31 % 38 % Chêne 20 % 11 % Hêtre

Approches interannuelles sur 48 ans (1960-2007) largeur, δ 13 C, δ

11 Approches interannuelles sur 48 ans ( ) largeur, δ 13 C, δ 18 O Approches annuelles suivi saisonnier (2009) Photo A Michelot 2009

12 Approches interannuelles Croissance Isotopes (δ 13 C et δ 18 O) Approches annuelles Croissance et δ 13 C δ 18 O

13 Etapes Terrain Labo 2008 Récolte des carottes Fontainebleau ESE-EEF Mesures des largeurs de cernes EEF-ESE Découpe cernes LSCE avril été automne Terrain Labo 2009 Suivi saisonnier croissance, 13C intracerne, ESE Suivi saisonnier 18 O pluie et eau du sol IDES-ESE Analyse isotopiques interannuelles LSCE Labo Rédaction 2010 Analyse isotopiques intrannuelles ESE- LSCE Analyse isotopiques interannuelles suite LSCE fin été Rédaction articles ESE

14 Approches interannuelles Croissance Isotopes (δ 13 C et δ 18 O) Approches annuelles Croissance et δ 13 C δ 18 O

15 Croissance des 3 espèces sur 48 ans Michelot et al. (Soumission fin 2010)

16 Croissance des 3 espèces sur 48 ans Chute de croissance pour les 3 espèces les années de fortes sécheresses Michelot et al. (Soumission fin 2010)

17 1986 Chute de croissance du hêtre Michelot et al. (Soumission fin 2010)

18 Période de faible croissance du chêne Michelot et al. (Soumission fin 2010)

19 Informations climatiques dans la largeur des cernes Largeur δ 13 C cerne cerne ( o / oo ) Pin T juin Pété Hêtre Pété T été Chêne Pautomne T printemps

20 Croissance des 3 espèces sur 48 ans Regards sur 2003 et 2007 Michelot et al. (Soumission fin 2010)

21 Approches interannuelles Croissance Isotopes (δ 13 C et δ 18 O) Approches annuelles Croissance et δ 13 C δ 18 O

22 δ 13 C Variations interannuelles sur deux parcelles par espèce pin hêtre chêne

23 δ 13 C Pins Indice de Croissance y = x R 2 = T max-juin ( C) δ 13 C ( o / oo ) Pluies (juin-juillet-août) (mm) y = x R 2 =

24 δ 13 C Complémentarité des informations climatiques entre taille du cerne et sa composition isotopique Largeur δ 13 C cerne cerne ( o / oo ) Pin T juin Pété Hêtre Pété T été Chêne Pautomne T printemps

25 δ 18 O Reconstruction des températures estivales à partir des hêtres de Fontainebleau charpentes arbres sur pied données Afoclim La plus longue série européenne en 18 O V Daux, N Etien

26 δ 18 O 1.Confirmation que 18 O chêne le plus corrélé à Tmax Avril à septembre 2. Découplage depuis 2002: quelle interprétation? V Daux, N Etien

27 Approches interannuelles Croissance Isotopes (δ 13 C et δ 18 O) Approches annuelles Croissance et δ 13 C δ 18 O

28 Site de l étude : 3 parcelles à faible disponibilité en eau Paris Parcelle Age en 2009 Réserve utile (mm) CH H P hêtre chêne pin Thèse Alice Michelot

29 Dispositif expérimental 5 sains + 5 dépérissants 10 hêtres 5 chênes 5 pins mars avril mai juin juillet août sept. octobre débourrement Thèse Alice Michelot suivi de croissance, pluviométrie δ 13 C et dosage du phloème jaunissement δ 13 C intracerne de 2009

30 Suivi de croissance et prélèvements en 2009 Micro-carotte 2 mm Dendromètre manuel 15 mm Thèse Alice Michelot

31 Préparation des micro-carottes 2 mm 15 mm Déshydratation Nettoyage Inclusion Observations 100 µm Enrobage dans la paraffine Coupes de 7 µm au microtome Coloration Fixation Thèse Alice Michelot

est finie Cellule en élargissement Cellule cambiale X

32 Arrêt de croissance d un hêtre 11 Août 2009 La croissance n est pas finie 25 Août 2009 La croissance est finie Cellule en élargissement Cellule cambiale X 504 Cellule cambiale Cellule lignifiée X 320 Thèse Alice Michelot

33 Croissance saisonnière des 3 espèces en 2009 Hêtre Chêne Pin Croissance en circonférence (cm) Temps (jour) Thèse Alice Michelot

34 Bilan phénologique des 3 espèces en 2009 pin chêne hêtre Thèse Alice Michelot

35 Suivi de croissance et prélèvements en 2009 Micro-carotte 2 mm Dendromètre manuel 15 mm Macro-carotte pour le δ 13 C intra-cerne 10 mm Thèse Alice Michelot

36 δ 13 C de la cellulose intra-cerne 10 mm Extraction de la cellulose au soxlhet Découpe au microtome 20 µm

37 Profil intracerne du δ 13 C δ 13 C ( o /oo) Chêne Hêtre sain Pin ± ± ± avr. 16-mai 15-juin 15-juil. 14-août time (year 2009) Thèse Alice Michelot

38 Comprendre le dépérissement des arbres Cas des hêtres en forêt de Fontainebleau Hêtre sain Hêtre dépérissant

39 Croissance saisonnière Thèse Alice Michelot

40 Bilan phénologie sains épérissants Thèse Alice Michelot

41 Composition isotopique en 13 C des cernes 2,5 Amplitude du δ13c intracerne (o/oo) 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 R 2 = R 2 = Thèse, Alice Michelot Aire du houppier (m2)

42 Approches interannuelles Croissance Isotopes (δ 13 C et δ 18 O) Approches annuelles Croissance et δ 13 C δ 18 O

43 δ 18 O Comprendre le lien entre δ 18 O et les températures: rôle du sol Précipitations -8 δ 18 O des pluies: lien avec la température Cellulose 28 δ 18 O des cernes: enregistrement du δ 18 O des pluies donc de la température

44 δ 18 O Précipitations -8 Evapotranspiration climatologie Cellulose 28 Écologie, dendrochronologie Eau du sol Nappe phréatique Adapté de: Saurer (1997) sol Hydro - géologie

45 δ 18 O Comprendre le lien entre δ 18 O et les températures: Rôle du sol Précipitations (δ 18 O Orsay) Suivi profil δ 18 O de l eau du sol Cellulose (cerne) Expérimentation Barbeau (ESE, IDES, LSCE)

46 Méthodologie Conclusion : principaux résultats -6 arbres nécessaires en paléoclimatologie, faible effet de la parcelle -intérêt étude anatomique début/arrêt de croissance Différences interspécifiques -les trois espèces sensible aux sécheresses mais le hêtre plus sensible aux gels tardifs, le chêne aux pluies automnales et le pin aux fortes températures - en phénologie: saison végétation + longue pins - en 13 C: dynamique et valeurs δ 13 C intra-cerne différentes A élucider -Découplage récent entre δ 18 O et température -Interprétation intracerne 13 C et chute du δ 13 C en 2007 Effets du dépérissement (hêtre) - Diminution de la vitesse et durée de croissance - δ 13 C plus faible de 1 : un indicateur fonctionnel du dépérissement?

47 Etapes pour 2011: Fin manip annuel 18O IDES, LSCE, ESE (carottage Barbeau-mesures isotopiques) Rédaction articles ESE, LSCE, IDES Thèse Alice Michelot 2011 Mai-juin Modélisation

48 Perspectives de modélisation largeur, δ 13 C, δ 18 O Corrélations Avec les paramètres climatiques Compréhension fonctionnelle Modélisation Croissance et compositions isotopiques Simulations ISOCASTANEA ESE Eglin et al. (2010) Simulations ORCHIDEE LSCE

49 Dire qu ils prévoient encore moins d eau et plus chaud J sais pas si j vais tenir le coup Merci de votre attention

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