Ecosystèmes alpins_light-2012

Sciences et Ingénierie de l’Environnement
Ecologie générale
Ecosystèmes alpins
Pascal Vittoz
Complété par Alexandre Buttler
Laboratoire des systèmes écologiques
EPFL – ENAC – IIE – ECOS
Plan du cours
1. 
2. 
3. 
4. 
Caractéristiques du climat alpin
Adaptations des plantes alpines
Principaux milieux de l’étage alpin
La limite de la forêt
1
Bibliographie
 
 
 
 
 
 
Delarze et Gonseth (2008). Guide des
milieux naturels de la Suisse
Körner (2003). Alpine plant life. Functionnal
plant ecology of high mountain ecosystems
Ellenberg (1986). Vegetation ecology of
Central Europe
Käsermann et al. (2003). Le monde végétal de
Zermatt
Favarger (1995). Flore et végétation des Alpes
(2 tomes)
Reisigl & Keller (1987). Alpenpflanzen im
Lebensraum (2 Bänden)
2
1. Caractéristiques du
climat alpin
Quelles sont les caractéristiques
et particularités du climat alpin ?
Quelles conditions des organismes
à l’étage alpin doivent-ils subir ?
Température
 
L’air se refroidit de 0.56° C par 100 m
Altitude
[m]
Température
annuelle
moyenne
[° C]
Martigny
477
9.1
Champex
1500
4.8
Grand St Bernard
2472
-1.4
3
Contrastes thermiques
 
 
 
 
La pression atmosphérique diminue
Le rayonnement thermique est plus intense
Le sol chauffe beaucoup la journée
L’air refroidit beaucoup la nuit
Ellenberg 1986
Gel
 
 
 
Les risques de gel augmentent avec l’altitude
Le gel est possible toute l’année
La neige protège contre le gel, mais parfois conserve
le froid
Température 10 cm sous la surface du sol, Nant, 1530 m
18
Température [°C]
16
14
12
10
8
6
4
2
0
01 juil. 09
31 août. 09
31 oct. 09
31 déc. 09
Date
02 mars. 10
02 mai. 10
02 juil. 10
Projet Permanent.Plot.ch
4
Snow manipulation in bogs (master thesis Amber Heijboer)
Précipitations
•  Effet de barrage des Alpes: l’air se refroidit en montant
le long du relief => condensation et précipitations
Hack
5
Neige
 
La proportion des
précipitations sous forme
de neige augmente avec
l’altitude
Ozenda 1985
Écoclines et compensation
altitude pour latitude
•  Pour
100 m d’élévation en altitude (avec
un refroidissement de 0.6 0C par tranche de
100 m), on a un équivalent de 1 o de
décalage en latitude
(Rebetez et al. 2004)!
6
Etages de végétation et arbres des limites supérieures
Etage collinéen (1) (600 - 900 m) : Durée végétation 250 jours, Temp. moy annuelle 8-12 0C (Chêne)
Etage montagnard (2) (900 – 1700 m): Durée végétation 200-250 jours, Temp. moy annuelle 4-8 0C (Hêtre)
Etage subalpin (3) (1700 – 2200 m): Durée végétation 100-200 jours, Temp. moy annuelle -2 à +2 0C (Epicéa)
Etage montagnard continental (4): uniquement Alpes centrales au climat continental (Pin)
Etage supra-subalpin (5) (2200 – 2600 m): uniquement Alpes centrales (Arolle)
Etage alpin (6) (2600 – 3000): Durée végétation < 100 jours, Temp. moy annuelle < -2 0C (absence d’arbres)
Etages sub-nival (7) et nival (8) ( > 3000 m): Durée végétation < 60 jours, neiges éternelles
(Rebetez et al., 2004)!
Vent
Vents beaucoup plus violents en montagne
  Effet de crête très marqué
  Impact sur les plantes accentué par le grésil
  Accentue l’évapotranspiration
(déshydratation)
  Déplace la neige
  Protection du relief et du microrelief
 
7
Microrelief
Influence du microrelief sur la répartition de la neige en
hiver et sa fonte au printemps et donc sur la végétation
Reisigl & Keller 1987
Microrelief et température
Températures des
feuilles de renoncule des
glaciers en fonction de
leur position sur la butte
(3184 m)
T sol
Körner 2003
Renoncule des glaciers
(Ranunculus glacialis)
8
Microrelief et répartition des espèces (2100-2400 m)
Ellenberg 1986
Le vent influence la distribution de la neige en hiver et donc la
répartition des espèces (exemple ici entre 2100 et 2400 m): le
rhododendron, qui a besoin d’une couverture neigeuse, croît plutôt sur
les flancs ou à l’abri d’obstacles, alors que l’azalée supporte très bien
le gel et pousse sur les crêtes ventées
Protection des plantes et formes biologiques
• 
• 
Typologie selon leur aspect morphologique, ainsi que selon le
rythme de vie et l adaptation au milieu
Le système de Raunkiaer:
•  Classification basée sur la position et la protection dont
jouissent les bourgeons et les parties végétatives durant la
saison défavorable (hiver ou période de sécheresse)
9
Moyenne du globe
!
Spectres
biologiques dans
différents biomes
Relief
10
2. Adaptations des
plantes alpines
Quelles sont les adaptation des
plantes alpines au climat ?
Quelles caractéristiques leur
permettent-elles de survivre
dans ces conditions ?
Nanisme
 
 
 
 
Diminution de la quantité de tissus à produire
Protection par la neige optimale
Protection du vent
Température au sol plus élevée
11
Rosettes
 
 
Etalement des feuilles au niveau du sol chaud
Important gradient de température dans la plante
2200 m
Joubarbe des montagnes
Sempervivum montanum
Körner 2003
Coussinets
 
 
Grande surface exposée au soleil
Forme aérodynamique => protection contre le vent et
la déshydratation
Körner 2003
Silène sans pédoncules
Silene excapa
12
Reisigl & Keller 1987
Ancrage du coussinet par une seule racine dans le rocher (à gauche) et
recyclage des nutriments à partir de la litière dans un coussinet de
silène acaule (à droite)
Plantes cespiteuses (ou gazonnantes)
 
 
Grande densité des tiges protégeant contre le vent
Isolation thermique
Laîche courbée
Carex curvula
Reisigl & Keller 1987
13
Résistance au froid
Silène acaule
Laîche ferme
Soldanelle des Alpes
Körner 2003
Plantes en partie «souterraines»
 
 
 
Protection contre le gel nocturne
Protection des méristèmes contre les herbivores
Protection des méristèmes des températures extrêmes
et récupération de la chaleur du sol
Saule herbacé
Salix herbacea
Reisigl & Keller 1987
14
Les fleurs alpines paraissent grandes
 
 
 
Fleurs plus grandes en proportion du reste de la plante
(mais pas en taille réelle), attracteurs d’insectes
Fleurs plus colorées en réaction au rayonnement
solaire
Floraison plus longue
Pensée éperonnée
Viola calcarata
Androsace de Vandelli Gentiane de Schleicher
Gentiana schleicheri
Androsace vandellii
Racines
 
Système racinaire plus développé
 
 
Manque d’éléments nutritifs ?
Compense une absorption ralentie par le froid ?
Primevère élevée
Primula elatior
Petite primevère
Primula minima
Reisigl & Keller 1987
15
Phénologie
 
 
 
 
Feuilles restent vertes en hiver, prêtes à la
photosynthèse (ex: soldanelle)
Feuilles restent vertes, mais latence nécessaire
après la fonte (ex: azalée)
Début de croissance sous la neige (ex: rumex,
soldanelle)
Verdissement et croissance rapide après la fonte
de la neige (ex: rumex)
Rumex des Alpes
Rumex alpinus
Petite soldanelle
Soldanella pusilla
Développement progressif des espèces de la combe à neige
acide (Salicion herbaceae) après la fonte
16
Reproduction végétative
 
Reproduction assexuée (bulbilles) plus rapide
Renouée vivipare
Polygonum viviparum
Des bulbilles
(reproduction asexuée)
remplacent les fleurs
(reproduction sexuée)
Pâturin des Alpes
Poa alpina
3. Principaux milieux de
l’étage alpin
(sans les forêts, ni les marais)
Quels sont les principales
formations végétales de l’étage
alpin ?
Quelles sont leurs spécificités
écologiques ?
17
Landes subalpine et alpine
Etage subalpin à alpin inférieur (1400-2400 m)
  Précipitations importantes (haute montagne)
  Sol acide, très pauvre en nutriments
  Pas d’exploitation (présence de bétail possible,
mais rien à manger)
  Gradient en fonction de l’enneigement
 
La neige reste longtemps dans les dépressions (6-7 mois)
mais parfois moins de 3 mois sur les crêtes
Lande longuement
enneigée,
dominée par le
rhododendron
Lande peu enneigée,
dominée par l’azalée
Käsermann et al. 2003
Neige
Vent
rhododendron - myrtille - airelle à petites feuilles - camarine - azalée
18
Lande subalpine méso-hygrophile sur sol acide, Val de Bagnes
Rhododendron
Rhododendron ferrugineum
Myrtille
Vaccinium myrtillus
19
Lande alpine ventée (Loiseleurio-Vaccinion), Val de Bagnes
Azalée des Alpes
Loiseleuria procumbens
Feuille d’azalée des Alpes en coupe
transversale
Stomates
Reisigl & Keller 1987
20
Importance des lichens dans la lande alpine ventée
Val de Bagnes
Pelouse calcaire sèche à seslérie
(Seslerion)
Etage (subalpin à) alpin (1800-2500 m)
  Exposition avant tout sud
  Sol peu profond, calcaire
  Souvent pâturé
  Jura et Alpes
 
21
Pelouse calcaire
sèche à seslérie
(Seslerion)
Rochers de Naye
Seslérie
Sesleria caerulea
Laîche toujours verte
Carex sempervirens
22
Souches denses
de laîche
Seslérie
avec longs
stolons
Les longs stolons de la seslérie forment un “filet” dans le sol,
“clouer” en place par les souches de la laîche
Reisigl & Keller 1987
Ellenberg 1986
L’ensemble seslérie/laîche
retient le glissement du sol
(solifluxion) en formant des
guirlandes
Guirlandes de
Seslerion
Parc national suisse
23
Répartition du Seslerion
WSL 2004
Pelouse acide de l’étage alpin supérieur
(Caricion curvulae)
Etage alpin supérieur (2300-3000 m)
  Précipitations élevées
  Neige au sol 6-8 mois par année
  Sol humique, acide
  Pâturé près des alpages
  Alpes, surtout sur substrat siliceux
 
24
Pelouse acide de l’étage alpin supérieur (Caricion curvulae)
Val Bergalga (GR)
 
Calcicole: espèce
supportant un sol riche
en calcium
Pulsatille des Alpes
Pulsatilla alpina ssp. alpina
 
Calcifuge: espèce ne
supportant pas un sol
riche en calcium
Pulsatille soufrée
Pulsatilla alpina ssp. apiifolia
25
Laîche courbée
Carex curvula
Reisigl & Keller 1987
Répartition du Caricion curvulae
WSL 2004
26
Combe à neige acide
(Salicion herbaceae)
Etage (subalpin) alpin (2200-2900 m)
  Très long enneigement (7-11 mois)
  Dépressions à basse altitude, pentes exposées
au nord
  Sol humique, acide, riche en terre fine
  Pâturé près des alpages
  Alpes
 
Mosaïque de combe à neige acide (Salicion herbaceae) et de
pelouse acide de l’étage alpin supérieur (Caricion curvulae)
27
Répartition des plantes en fonction de l’enneigement
Durée de l’ennneigement
9 mois
11 mois
Nive
Restes de neige
à fin juillet
au d
7 mois
e la n
eige
en h
iver
Tapis de Polytrichum
sexangulare
Combe à neige acide
(Salicion herbaceae)
Ellenberg 1986
Pelouse acide de
l’étage alpin
supérieur
(Caricion curvulae)
La combe à neige est une formation basse, dominée par
quelques espèces très spécialisées
28
Polytrichum sexangulare et autres mousses lorsque l’absence
de neige ne dépasse pas 6 semaines
Répartition du Salicion herbaceae
WSL 2004
29
Eboulis
Apport régulier de matériel rocheux
  Instabilité constante du terrain
  Importance de la composition chimique et de
la granulométrie
  Conditions hydriques particulières
  Flore variée, notamment en raison de la large
distribution altitudinale
 
Ne pas confondre avec éboulement
Eboulis calcaires très filtrant à 2580 m, Grand Muveran
30
Eboulis calcaires alimentés en eau par des névés et riche
en terre fine, Mont d’Or
Lithophile migrateur
Tabouret à feuilles rondes
Thlaspi repens
Lithophile recouvrant
Globulaire à feuilles en coeur
Globularia cordifolia
Käsermann et al. 2003
31
Parois rocheuses
Absence de neige
  Exposition directe au soleil
  Très peu de terre fine
  Peu d’eau à disposition
 
Colonisation d’une falaise
Les algues se développent directement à la
surface des rochers
Les lichens se fixent au rocher grâce à leurs
rhizoïdes
Les mousses profitent des vires et “replats” où
un peu de matériel peut être retenu, permettant
ensuite la croissance de plantes vasculaires
Les chasmophytes sont des plantes
vasculaires qui utilisent les fissures pour se
fixer et chercher l’eau et les nutriments
nécessaires
Ellenberg 1986
32
Primevère auricule
Primula auricula
Reisigl & Keller 1987
Les racines des espèces de
falaises peuvent utiliser des
fissures de 0.1 mm de diamètre et
1 m de long. Les feuilles de
certaines espèces sont
succulentes.
Androsace de Suisse
Androsace helvetica
Reisigl & Keller 1987
Certaines androsaces et saxifrages
croissent en coussinets sur les
rochers: ancrage par une seule
racine, protection contre le vent,
meilleure rétention de l’eau
33
4. La limite de la forêt
A quoi ressemble une limite
naturelle de la forêt ?
Quelles sont les conditions
limitantes expliquant l’absence
d’arbres à l’étage alpin ?
Limite progressive en Valais avec le mélèze et l’arole
34
Altitude de la limite de la forêt dans les Alpes suisses
Gehrig-Fasel et al. 2007
La limite de la forêt est plus élevée au centre des
Alpes qu’à l’extérieur. Un ciel plus clair induit des
températures plus élevées dans les régions à
climat subcontinental.
Körner 2003
La limite de la forêt se
subdivise en trois limites
Krummholz
Limite des arbres
Treeline
Limite de la forêt
Timberline
Morphologie de
mélèzes dans la
zone de combat
(Krummholz)
35
Facteurs pouvant expliquer la limite
Température de l’air >
5.5 à 7.5° C pendant la
période de croissance
Autres facteurs locaux
Gel au printemps
  Dessèchement des plantes sur un sol gelé
 
Tranquillini 1979
Gel en début d’été sur les
jeunes rameaux d’épicéas
Dessèchement
d’un jeune arole
en hiver
36
Effet du
vent (et de
la neige) au
sommet
d’une crête
Attaque fongique sur les branches
trop longtemps couvertes de
neige
37