FORECAST : (FOREts, Changements globaux et Adaptation: Simulations et expérimenTations

Thème de recherche

Mots clés :

Plantes - Écologie fonctionnelle - Changements planétaires (climat, usage des sols, polluants, pesticides) - Milieux boisés - Méditerranéen - Études à long terme - Modélisation et analyse de données - Études de terrains - Écophysiologie - Biogéographie, macroécologie et phylogéographie - Études expérimentales - Milieux herbacés - Milieux arides

Nos activités se déclinent selon les principaux thèmes suivants :

Ecophysiologie : analyse des principaux mécanismes dirigeant les flux d’eau, de carbone et des composés organiques volatils (COV) au niveau de la feuille, de l’arbre, et de l’écosystème (système sol/plante). Nous mettons en œuvre des techniques avancées d'écophysiologie pour la mesure en continu in situ sous conditions naturelles et ex situ sous conditions contrôlées.

Fonctionnement de l’écosystème : à cette échelle, les processus saisonniers de croissance, phénologie, fructification et mortalité des arbres sont intégrés pour mieux comprendre la survie des espèces (reproduction, mortalité), le cycle du carbone et son stockage, ainsi que l’échange de COV dans les différents compartiments du système. Nos approches sont principalement centrées sur les écosystèmes à chêne méditerranéen. Nous examinons aussi la variabilité intra et inter-spécifique et son rôle dans la compétition pour les ressources et les résistances aux stress.

Analyses spatiales et modélisation : : Nos expérimentations alimentent des modèles de flux et de fonctionnement des forêts (PHENOFIT, SIERRA, FORCEEPS) qui régionalisent les processus en intégrant la variabilité édaphique et microclimatique afin de prédire l'impact des changements climatiques sur la durabilité des écosystèmes étudiés. Ces applications temporelles et régionales s'appuient sur la télédétection pour le suivi spatial et temporel des indicateurs du fonctionnement des écosystèmes (LAI, GPP, déficit hydrique, phénologie, incendies).

Durabilité des écosystèmes : Finalement, par des analyses diachroniques (histoire des paysages) ou synchroniques (gradients Nord/Sud Méditerranée), nous abordons la durabilité des écosystèmes dans un contexte de forte pression anthropique qui modifie l'usage de la forêt, l’occupation des sols, et la vulnérabilité aux perturbations naturelles et anthropiques.

Sites d'études

Nos recherches sont principalement alimentées par des suivis à long terme d'une forêt de chêne vert (station de Puéchabon depuis 1984), de placettes forestières le long de gradients climatiques, ainsi que par l'étude de l’impact d’événements climatiques extrêmes par manipulation d'écosystèmes in situ (interception de pluie, incendies).

Site expérimental de Puéchabon : (https://puechabon.cefe.cnrs.fr/)

Rôle d’observation de l’écosystème forestier
Accompagnement ou co-construction de projets de recherche avec des équipes partenaires nationales et internationales
Mise en place et suivi d'expérimentations de manipulations de l’écosystème

Gradient Méditerrano-Alpin de Placettes forestières (GMAP) :

Réseau de placettes forestières distribuées le long de gradients climatiques (gradients latitudinaux nord-sud, gradients altitudinaux, en Provence et dans les Alpes) et différentes conditions de mélanges (en termes de composition de l’étage dominant de la canopée).

Réseau de suivi de placettes forestières mis en place pour apporter de nouvelles connaissances sur :

l’effet de la diversité ligneuse sur le fonctionnement et la stabilité des écosystèmes forestiers, et ce sous différentes conditions climatiques
Sur le suivi à long terme de ces écosystèmes forestiers en terme de changement de communautés végétale
Les questions ciblées concernent :
- le test des effets du mélange et du climat sur divers processus écosystémiques (productivité, décomposition),
- le test des effets du mélange et du climat sur la composition des peuplements (régénération, structure, diversité herbacée et arbustive),
- et le suivi sur le long terme de ces différents effets

Site de Sidi Amor - Tunisie (Partenariat IRD)

Spatialisation de la base de données de la DGF, et transformation en système d’information géographique (SIG) en créant des polygones d’incendies sur la base d’images satellites ;
Modélisation des conditions optimales de survenue d’incendies sur l’ensemble du territoire tunisien en mettant en évidence l’évolution critique de 4 grandeurs physiques significatives (dont température de l’air et humidité relative, la direction du vent et la vitesse sur le vent) dans les 4/5 jours d’un épisode de sirocco précédant la survenue d’un incendie ;
Elaboration d’un indice de risque d’incendie.

Modèles

Nous travaillons sur les réponses des écosystèmes forestiers aux changements globaux via des simulations et des modélisations afin d'avoir une meilleure compréhension :

- des échanges biosphère/atmosphère (CO2, eau, COV)
- des processus clés déterminant la survie des espèces (phénologie, fructification, mortalité)
- de la réponse aux changements climatiques

Pour cela, nous utilisons différents modèles :

PHENOFIT : Le modèle PHENOFIT est un modèle de distribution des espèces basé sur les processus, conçu pour les espèces forestières vivant sous les climats boréaux, tempérés et méditerranéens. Il repose sur l'hypothèse que l'adaptation des espèces aux conditions abiotiques est étroitement liée à leur capacité à synchroniser leur cycle biologique annuel avec les variations climatiques saisonnières, car cette synchronisation influence leur survie et leur succès reproductif relatif. Le modèle fonctionne quotidiennement avec des données météorologiques quotidiennes, mais les résultats sont annuels.

Dépôt GitHub : https://github.com/eco-hydro/phenofit

Package R : https://cran.r-project.org/web/packages/phenofit/index.html

PMP : PMP5 est un logiciel convivial qui permet de paramétrer un modèle phénologique basé sur les processus. Vous pouvez soit sélectionner un modèle dans une bibliothèque, soit construire votre propre modèle. Il est également possible d’effectuer une simulation à l’aide d’un modèle. Les données requises sont des données climatiques quotidiennes et des données phénologiques (dates).

Pour utiliser pmp, merci de citer :

Chuine I., Garcia de Cortazar Atauri I., Kramer K. & Hänninen H. (2013) Plant Development Models. In: Phenology: An Integrative Environmental Science (ed. Schwarz MD). Springer, Dordrecht, Netherlands, pp. 275-293.

Lien de téléchargement :

PMP5.5 : https://www.cefe.cnrs.fr/images/stories/DPTEFonctionnelle/BIOFLUX/logiciel/PMP55.zip

PMP 6 : https://www.cefe.cnrs.fr/images/stories/DPTEFonctionnelle/BIOFLUX/logiciel/pmp6-0.9.7.msi

Lien du manuel : https://www.cefe.cnrs.fr/images/stories/DPTEFonctionnelle/BIOFLUX/logiciel/HELP%20PMP55.pdf

Il suffit de décompresser l’archive. Elle contient un dossier nommé Distrib dans lequel vous trouverez le fichier exe ainsi que le Guide de l’utilisateur. Il vous suffit de cliquer sur PMP.exe pour lancer le logiciel.

ForCEEPS : Un modèle de communauté forestière pour les espèces ligneuses (Angiospermes et Gymnospermes).
Inspiré du modèle de trouées ForClim (Bugmann 2001, Didion et al. 2009).
Il traite du filtrage environnemental et biotique des communautés forestières ainsi que des processus écosystémiques tels que la production de biomasse.

SIERRA : Comprendre la relation qui existe entre les structures du paysage et l’historique des incendies nécessite un grand nombre d’études de cas afin de réduire les effets liés au substrat et au climat. Le manque de telles données a conduit à un besoin croissant de modèles spatiaux explicites traitant de la dynamique de la végétation. Le défi consiste à trouver un compromis entre la complexité des processus, le réalisme et les applications à l’échelle du paysage. Nous décrivons une approche de simulation (SIERRA) centrée sur le cas particulier des communautés de type méditerranéen soumises à de grands incendies récurrents.

Nos réseaux

ICOS FRANCE :

Le réseau ICOS France se compose de 23 stations, dont 16 sont des stations Écosystèmes, quatre sont des stations Atmosphère et une est une station Océan. ICOS France gère le Centre Thématique Atmosphère (ATC) situé à Saclay ainsi qu’une partie du Centre Thématique Écosystèmes (ETC) au sein de l’Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE).

AnaEE France :

L’infrastructure nationale AnaEE France offre à la communauté scientifique, aux entreprises et aux organisations issues de la société civile un accès à l’étude des écosystèmes terrestres et aquatiques au travers de plateformes expérimentales distribuées sur tout le territoire national métropolitain et ultra-marin. Elle accompagne également vos projets en proposant des plateformes analytiques dédiées à l’étude du fonctionnement des écosystèmes et de la biodiversité ainsi que des pipelines de production et de modélisation des données.

CatInDoRES INEE :

Cat.InDoRES est un catalogue de métadonnées mutualisé regroupant les fiches InDoRES et celles des réseaux des Observatoires Hommes-Milieux (OHM – LabEx DRIIHM) et des Zones Ateliers (RZA – eLTER). Vous y trouverez des métadonnées de découverte standardisées sur les jeux et bases de données. Le projet est soutenu par le Muséum national d’Histoire naturelle et l’Institut Ecologie et Environnement du CNRS.

OSU OREME :

Dans un monde en pleine transformation, les bouleversements environnementaux sont de plus en plus visibles et concrets. Face à ces défis, l’Observatoire de Recherche Montpelliérain de l’Environnement (OREME) rassemble plus de 1200 scientifiques du CNRS, de l’Université de Montpellier, de l’IRD et de l’INRAE, répartis dans huit laboratoires.

Ce consortium se consacre à l’observation des évolutions de la Terre, de l’Eau et de la Biodiversité, pour mieux comprendre les changements en cours. Il contribue aussi à l’étude de l’Univers, afin d’enrichir nos connaissances sur le monde qui nous entourent, à toutes les échelles. Comprendre les transformations qui nous entoure, c’est aussi mieux s’y préparer, individuellement et collectivement.