Projet : DroughtForC
Financement : PEPR FairCarbon
Porteur(s)/Coordinateur(s) : Jean-Marc Limousin
Durée :
Lien web : https://www.pepr-faircarbon.fr/projets/projets-laureats-de-l-appel-a-projets-faircarbon/drought-forc
Les forêts sont à la fois fortement affectées par les changements climatiques en cours et au coeur de la stratégie d’atténuation de ces changements. Une meilleure compréhension des effets du climat sur le puits de carbone des forêts est donc un enjeu urgent, tant pour les scientifiques que pour les gestionnaires forestiers. Dans le projet Drought-ForC, nous avons identifié trois questions scientifiques majeures qui limitent notre capacité à faire des projections du puits de carbone des forêts soumises au climat futur.
- La première concerne l’allocation du carbone parmi les différents organes des arbres et le lien entre assimilation photosynthétique (pS) et séquestration du carbone (Sc) dans les organes pérennes.
- La seconde concerne la dégradation de la matière organique (dC) et la séquestration du carbone dans le sol sous les effets antagonistes du réchauffement et de l’assèchement des sols.
- La troisième concerne les effets du déficit hydrique (dH) sur la nutrition minérale et ses conséquences pour la croissance et le fonctionnement des arbres.
Le projet vise à étudier ces questions en réunissant tous les sites forestiers français des infrastructures ICOS et AnaEE qui mesurent les flux de carbone par la technique des corrélations turbulentes ou utilisent des expérimentations de manipulation des pluies in situ, ainsi qu’un large consortium de modélisateurs utilisant des modèles basés sur les processus. Il utilisera à la fois des données déjà acquises sur chacun des sites forestiers, de nouveaux dispositifs expérimentaux, et un large éventail d’approches de modélisation pour mieux comprendre les mécanismes de réponse des forêts aux changements climatiques, quantifier leurs impacts sur le bilan de carbone et améliorer les projections en climat futur.
Le projet est organisé en trois thèmes de recherche centrés sur les questions scientifiques et destinés à améliorer nos connaissances (l’allocation du carbone, la dégradation de la matière organique au sol, les limitations nutritives), et deux axes de travail transversaux conçus pour améliorer l’intégration des outils disponibles pour étudier ces questions (c’est à dire les expérimentations de terrain et les modèles mécanistes).
Le lot 1 consistera à homogénéiser les protocoles et jeux de données entre les sites et à mettre en place la première expérience de réchauffement du sol en forêt en France. Le lot 2 étudiera l’effet de la sécheresse sur le lien entre assimilation et séquestration du carbone, et sur l’allocation entre les différents organes des arbres. Le lot 3 étudiera la dégradation de la matière organique du sol sous l’effet de la sécheresse et du réchauffement, en intégrant les effets sur le fonctionnement biologique du sol. Le lot 4 étudiera les limitations nutritives, le recyclage des nutriments et leurs effets sur la croissance. Le lot 5 consistera à valider les modèles sur les données expérimentales, à projeter les réponses sous des scénarios de climat futur et à améliorer la modélisation du cycle des nutriments. Drought-ForC est un projet fédérateur ambitieux qui reposera sur 8 sites forestiers français emblématiques (5 appartenant à ICOS et 4 à AnaEE), 12 modèles basés sur les processus et travaillant à des échelles de temps et d’espace différentes, et le travail de 25 chercheurs issus de 10 laboratoires. Le projet est conçu pour permettre un meilleur transfert des connaissances expérimentales vers les modèles et favoriser l’intégration des dispositifs expérimentaux et des modèles à l’échelle nationale.
Projet : TAW-TREE
Financement : ANR
Porteur(s)/Coordinateur(s) : Nicolas Delpierre
Durée : 54 mois
Lien web : https://anr.fr/Projet-ANR-23-CE01-0008
L’évaporation de l’eau est essentielle pour les arbres. Étant des organismes sessiles, les arbres dépendent des réserves d’eau dans le sol pour répondre à leurs besoins en eau. Dans le contexte du changement climatique, les écosystèmes terrestres font face à une augmentation de la demande évaporative atmosphérique, tandis que les projections d’une réduction des précipitations estivales indiquent une probabilité accrue de stress hydrique édaphique en Europe centrale occidentale et dans la zone méditerranéenne au cours des prochaines décennies. La manière dont les forêts réagiront à ce déficit hydrique croissant dépend largement de leur capacité à accéder à l’eau du sol. En outre, des études montrent que les arbres peuvent puiser de l’eau bien plus profondément que dans la simple couche pédologique du sol. Par conséquent, il est crucial de mettre en œuvre des approches globales et des recherches pluridisciplinaires intégrant les paramètres hydrologiques et hydrogéologiques de la zone critique pour comprendre la réponse des forêts au stress hydrique.
Depuis longtemps, la notion de « capacité en eau disponible » (AWC, en millimètres d’eau) est considérée comme un paramètre clé dans la modélisation des bilans hydriques et carbonés des forêts, ainsi que dans l’étude de la croissance et de la survie des arbres. Cependant, le concept d’AWC présente deux limites majeures qui en remettent en question la pertinence face à l’intensification des déficits hydriques, en particulier dans les forêts.
Project organization and illustration of how work packages are nested. In WP1 box, VWC stands for Volumetric Water Content. In WP2 box, please note that the Cumulative Water Deficit (CWD) axis increases downwards. In WP3 box, the background map illustrates the current AWC estimates from the InfoSol database, down to a 2-m depth, with higher values in dark blue amounting “>200 mm”.
Premièrement, l’estimation classique de l’AWC repose sur l’utilisation de fonctions de pédotransfert, qui calculent la teneur en eau volumique du sol à sa capacité au champ et à son point de flétrissement en fonction de la texture du sol, intégrée sur une profondeur estimée d’enracinement. Bien que ces fonctions aient montré leur validité pour divers types de sols, déterminer la profondeur des racines des arbres reste un défi important. En conséquence, l’AWC est généralement calculée sur une profondeur limitée, souvent jusqu’à 2 m, ce qui sous-estime largement la capacité des arbres à développer des racines bien plus profondes (jusqu’à 5-10 m dans les zones tempérées et méditerranéennes), par exemple en exploitant les fissures dans la roche. Des études récentes ont remis en question ce concept en introduisant celui de « capacité totale en eau disponible » (TAW), qui inclut l’extraction d’eau profonde par les arbres en plus de l’AWC mesurée sur 1 m. L’eau profonde joue un rôle crucial pour atténuer le déficit hydrique des arbres lors de sécheresses successives. Cependant, cette ressource en eau profonde reste mal quantifiée en raison de l’incertitude sur le volume de sol effectivement exploré par les racines.
Deuxièmement, l’application des fonctions de pédotransfert pour estimer l’AWC nécessite des excavations destructrices, limitant leur déploiement à grande échelle. Si cette méthode peut convenir pour des parcelles agricoles relativement homogènes, elle s’avère souvent inadaptée pour des parcelles forestières, où les sols sont très hétérogènes en raison de l’absence de préparation et de la présence de roches. Par conséquent, l’accès à l’eau du sol peut varier considérablement d’un individu à l’autre au sein d’une même espèce ou entre espèces, reflétant une grande variabilité interindividuelle dans leur fonctionnement et leur vulnérabilité au stress hydrique. Cette variabilité, bien qu’observée, est rarement expliquée, mais contribue à la résilience des forêts face aux extrêmes climatiques. À une échelle plus large, il devient de plus en plus évident que l’accès à l’eau profonde (et donc l’estimation de la TAW) sera central pour prédire le fonctionnement et la vulnérabilité des forêts tempérées et méditerranéennes face aux changements climatiques.
Dans ce contexte, le projet TAW-tree vise à :
- Quantifier les réserves de TAW dans les parcelles forestières en combinant des approches géophysiques et écophysiologiques.
- Étendre l’estimation de la TAW à l’échelle régionale à l’aide de la télédétection, afin de quantifier l’impact des variations spatiales de la TAW sur le fonctionnement, la croissance et la vulnérabilité des forêts tempérées et méditerranéennes face au changement climatique.
Les hypothèses de travail sont les suivantes :
- L’AWC sous-estime généralement, et parfois de manière significative, la TAW dans les forêts.
- Les variations de la TAW au sein d’une forêt expliquent une grande partie des différences entre les arbres dans leur réponse au stress hydrique.
- La TAW, et en particulier sa composante profonde, joue un rôle critique dans le fonctionnement et la vulnérabilité des forêts soumises à des épisodes de chaleur et de sécheresse