Modélisation climatique des tendances historiques de la densité du bois Le cas de l épicéa commun dans le NE de la France Tony FRANCESCHINI LERFoB UMR 1092 INRA-AgroParisTech Avignon, 5 Avril 2011
Introduction Contexte général Le bois un bio-indicateur de l environnement Un proxy largement utilisé : la densité du bois Densité du bois final plus sensible au climat que le bois initial (Wimmer and Grabner, 2000) Le plus souvent : densité maximale (Hughes, 2002) Exemple : Reconstitution historique du climat Buntgen et al., 2006 Barber et al., 2004 Avril 2011 Tony Franceschini 2
Introduction Un contexte changeant Evolution du climat au XX s. (IPCC, 2007) En France : T, régime des pluies peu modifié (Moisselin et al., 2002) Densité du bois a évolué au cours du temps (baisse) Chêne : -30 kg.m -3 (Bergès et al., 2000), épicéa: -20 kg.m -3 Franceschini T., Bontemps J. D., Gelhaye P., Rittie D., Herve J. C., Gegout J. C. and Leban J. M. (2010). Decreasing trend and fluctuations in the mean ring density of Norway spruce through the twentieth century. Annals of Forest Science 67(8). Avril 2011 Tony Franceschini 3
Introduction Un contexte incertain Instabilités dans le relation densité température phénomène de divergence (D Arrigo et al. 2008) Principe d uniformité de l effet du climat non vérifié, détecté à la treeline (Conkey, 1988 ; Briffa et al., 1998) Egalement détecté chez l épicéa dans le quart NE de la France, en milieu tempéré (Franceschini et al, CJFR, in review) Nécessité de comprendre le déterminisme climatique (multifactoriel) des variations historiques de densité: Quantifier le rôle des variables climatiques sur les tendances de densité Identifier une différence de réponse entre bois initial et bois final Franceschini T., Bontemps J.D. and Leban J.M. Transient historical decrease in wood density and loss of sensitivity to temperatures for Norway spruce in North-eastern France. Canadian Journal of Forest Research (en review) Avril 2011 Tony Franceschini 4
Matériels et méthodes Quelles données? Tendances moyennes sur 100 ans de DBI, DBF et DM Séries climatiques séries homogénéisées de Météo France Disponibles : Tmax, Tmin, ETP, Bilans hydriques (P-ETP) variables mensuelles, Janvier à Octobre chronologies moyennes sur l ensemble des sites Avril 2011 Tony Franceschini 5
Matériels et méthodes Quelle modélisation? Echelle mensuelle nombreuses variables explicatives (38) Séries climatiques multicolinéarités fréquentes Variations de densité peu d observations (~ 100) Une méthode appropriée : la régression PLS (Carrascal et al., 2009) Combinaison d une ACP et d une régression linéaire réduction des variables explicatives à un nombre restreint de composantes Maximisation de la variance de Y différent de l ACP Contributions à la variation de densité et extraction des variables significatives pour faire des prédictions partielles Avril 2011 Tony Franceschini 6
Résultats Sélection du nombre de composantes Compromis entre : maximisation de la variabilité expliquée par la composante minimisation de la RMSEP Comp 1 Comp 2 Comp 3 Total DBF Variabilité expliquée 55.0 % 9.2 % 4.6 % 68.9 % RMSEP (kg/m3) 33.0 33.0 32.7 DBI Variabilité expliquée 34.7 % 6.1 % 40.8 % RMSEP (kg/m3) 12.2 11.8 Avril 2011 Tony Franceschini 7
Résultats [10%, 20%] [5%, 10%] 1 2 3 DBF [2%, 5%] Comp 1 Comp 2 Comp 3 Bois final Composante 1 [1%, 2%] [0,1, 1%] < 0.1 % Tmax effet (+) Tmax et ETP de fin de SV effet (-) BH de fin de SV Tmin Composante 2 effet (-) Tmin, ETP et BH de fin de SV ETP Composante 3 effet (+) BH de début d année BH effet (-) BH de fin de SV Avril 2011 Tony Franceschini 8
Bois initial Résultats [10%, 20%] [5%, 10%] [2%, 5%] [1%, 2%] [0,1, 1%] < 0.1 % Tmax 1 2 Comp 1 DBI Comp 2 Composante 1 effet (+) Tmax et ETP de début de SV Tmin effet (-) Tmin de fin de SV Composante 2 effet (+) BH de début de SV effet (-) Tmin tout au long de l année et BH de fin de SV ETP BH Avril 2011 Tony Franceschini 9
Résultats Saisonnalité du déterminisme climatique Contributions totales sur toutes les composantes Bois initial Bois final 12 10 8 6 4 2 0 TX01 TX02 TX03 TX04 TX05 TX06 TX07 TX08 TX09 TX10 TN01 TN02 TN03 TN04 TN05 TN06 TN07 TN08 TN09 TN10 ETPtu03 ETPtu04 ETPtu05 ETPtu06 ETPtu07 ETPtu08 ETPtu09 ETPtu10 BHTu01 BHTu02 BHTu03 BHTu04 BHTu05 BHTu06 BHTu07 BHTu08 BHTu09 BHTu10 DBI DBF T max T min ETP BH Avril 2011 Tony Franceschini 10
Résultats Projection historique des prédictions Bois final Coefficients significatifs au seuil de 5 % TX03 TX05 TX07 TX08 TX09 TN04 TN08 TN10 4.03 6.82 4.28 5.69 7.53 5.59-5.3-4.5 ETPtu03 ETPtu04 ETPtu05 ETPtu09 BHTu07 BHTu08 BHTu09 2.98 4.24 4.73 4.74-9 -8-9.2 Variations interannuelles conservées et bien prédites Tendances à long terme pas correctement prédites baisse de densité entre 1960 et 1980 divergence Avril 2011 Tony Franceschini 11
Résultats Projection historique des prédictions Bois initial Coefficients significatifs au seuil de 5 % TX03 TX04 TX05 TN04 TN06 TN07 TN10 ETPtu04 1.49 1.32 1.36 1.82-1.38-2.80-1.92 1.52 Variations interannuelles conservées et bien prédites Tendances à long terme pas correctement prédites : divergence sur deux périodes : (i) avant 1930 (sous-estimation) et (ii) entre 1960 et 1980 (surestimation) Avril 2011 Tony Franceschini 12
Discussion Déterminisme climatique de la densité BF, compartiment le mieux expliqué (Wimmer and Grabner, 2000 ; Wang et al., 2002) BI : début de SV ; BF : fin de SV Moment de formation différents activité cambiale (Deslauriers et al., 2003; Rossi et al., 2009) Effet positif des Tmax Début de SV seuil de température pour initier l activité cambiale (Hoch and Korner, 2006; Rossi et al., 2008) Fin de SV moindre croissance des cellules (élargissement cellulaire) et allocation prioritaire d assimilats aux parois cellulaires (Gindl et al., 2000; Levanic et al., 2006) Effet négatif des BH Pendant la fin de SV conditions hydriques limitantes Apport d eau stimulation de l élargissement cellulaire (Dunisch and Bauch, 1994; Bouriaud et al., 2005) Avril 2011 Tony Franceschini 13
Discussion Variations historiques Changement dans la sensibilité de la densité au climat Mise en évidence d un phénomène de divergence (D arrigo et al., 2008) Explication? Prise en compte des multi-colinéarités et des différences entre Tmin et Tmax a priori pas un problème d effets climatiques non pris en compte (Wilson and Luckman, 2002; Loehle, 2009) Effets d autres facteurs environnementaux : CO 2, dépôts azotés ou sulfurés (Elling et al., 2009) Nécessité d élargir encore les facteurs pris en compte? Avril 2011 Tony Franceschini 14
Conclusions Déterminisme climatique différent selon le compartiment considéré Le climat explique une partie importante des tendances de densité Meilleure explication du bois final vs. bois initial Phénomène de divergence à causalité non-climatique Interpréter les effets climatiques en termes adaptatifs : modéliser l effet du climat sur les propriétés anatomiques (épaisseur paroi, dimensions cellules, surface de conduction ) Avril 2011 Tony Franceschini 15
Merci de votre attention Avril 2011 Tony Franceschini 16