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05/10/2007 14:04IMPACTS POTENTIELS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
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Impacts sur la forêt et
la sylviculture
Gilbert Aussenac et Jean-
Marc Guehl
Bioclimatologie et
Ecophysiologie, Unité de
Recherches en
Ecophysiologie Forestière,
INRA Nancy 54280
Champenoux
Introduction
L'augmentation régulière des gaz à effet de serre notamment le CO2 pose la question d'un accroissement
significatif de la température de l'air à la surface de la terre et de possibles changements climatiques
avec des conséquences probables sur la végétation forestière et les pratiques sylvicoles. Les données
disponibles font apparaître, depuis le milieu du siècle dernier, un réchauffement jusqu'en 1940, suivi d'un
léger refroidissement puis d'un réchauffement. La prévision des changements climatiques à venir repose
sur des modèles de circulation générale de l'atmosphère. Selon ces études, en 2060 pour un doublement
de la teneur actuelle en CO2, on prévoit pour la France, un accroissement en moyenne de 2 °C plus
marqué en été et sur le sud du pays, un accroissement des précipitations de 20 % en hiver mais une
baisse de 15 % en été avec des sécheresses plus longues et intenses qui se traduiraient par une
diminution de la disponibilité en eau des sols de 5 à 10 %. Globalement on peut dire qu'en France la
distribution des arbres est limitée par la température pour les espèces méditerranéennes et par
l'alimentation en eau pour les espèces septentrionales. Ainsi à long terme, en relation avec les
modifications climatiques annoncées, on pourra assister, selon les cas, à l'extension de l'aire d'une espèce
si globalement (intégration des différents effets climatiques et des influences biotiques), il s'agit d'une
amélioration ou au contraire à une contraction de l'aire si les conditions deviennent défavorables.
Au plan des conséquences de ces phénomènes d'effet de serre, il faut aussi remarquer qu'aux influences
des modifications des caractéristiques thermiques et hydriques du climat s'ajoutent les effets directs de
l'augmentation du CO2 sur le fonctionnement physiologique des arbres.
Influences possibles des changements climatiques sur les arbres et les peuplements forestiers
Influence de la modification du régime thermique
Les modèles de prédictions des changements climatiques ne peuvent pas, pour le moment, nous donner

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des informations précises sur la structure réelle des futurs climats, notamment au niveau saisonnier.
Aussi, au-delà de considérations générales, nous n'envisagerons qu'un certain nombre de situations
simples, par exemple l'influence d'un réchauffement hivernal sur les phénomènes de photosynthèse chez
les résineux, les risques d'accroissement de dégâts liés aux gelées tardives en liaison avec des
débourrements plus précoces et la diminution des risques de gelées précoces à l'automne.
Influence sur la période de débourrement
La période de débourrement constitue une composante essentielle de l'adaptation des arbres au climat
dans les climats tempérés et boréaux. En effet, un débourrement trop précoce a fréquemment pour
conséquences des dégâts de gelées qui peuvent dans certaines situations compromettre le développement
et la croissance de certaines espèces. Il s'agit d'un point important qui doit être pris en considération par
les reboiseurs utilisant des espèces ou provenances en dehors de leur aire naturelle. En effet, dans les
populations naturelles, le débourrement des arbres est synchronisé avec le cycle annuel de la température
qui constitue le facteur principal (avec pour certaines espèces comme le hêtre, la photopériode)
conditionnant le développement des bourgeons. Pendant la période de repos automno-hivernale une
exposition plus ou moins longue, selon les espèces, à des températures comprises entre -5 °C et +5 °C est
nécessaire pour lever la dormance des bourgeons. Le développement de ces derniers va alors dépendre
de l'augmentation des températures.
Pour plusieurs espèces d'arbres de régions tempérées, le débourrement a pu être mis en relation avec la
somme des degrés-jours précédant ce stade phénologique. Il a été possible ainsi de déterminer les
sommes de degrés-jours nécessaires au débourrement du sapin pectiné, du sapin de Nordmann, de
l'épicéa et du douglas vert. En combinant les probabilités de gelées à différentes dates et dans différentes
stations avec les degrés-jours nécessaires au débourrement, on a évalué les risques de dégâts de gelées
tardives pour ces espèces. Cette étude montre que, d'une part les risques importants de dégâts de gelées
tardives ne se rencontrent pas uniquement dans les zones les plus froides, mais concernent aussi des
zones à climats plus doux, océaniques par exemple et que, d'autre part, certaines espèces comme le sapin
pectiné sont actuellement tout à fait inadaptées (débourrement trop précoce) à certaines zones
climatiques. Ainsi par exemple, malgré une température moyenne annuelle plus élevée de 2 °C, le risque
de dégâts de gelées tardives est aussi élevé à Rennes qu'à Nancy pour le sapin pectiné, l'épicéa et le
douglas vert.
Dégâts de gelées tardives
Face aux prévisions de changement climatique on peut alors se demander quelles seraient les
conséquences d'une augmentation de température au plan des dégâts de gelées tardives et du maintien de
plusieurs espèces dans certaines régions. La réponse à cette question n'est pas facile dans la mesure où il
s'agit à la fois d'estimer l'effet de la modification climatique sur la précocité du débourrement et sur les
risques de gelées au printemps. En effet, si l'on peut « facilement » simuler l'effet d'un réchauffement
hivernal modéré sur le développement des bourgeons, il est beaucoup plus difficile de prévoir l'évolution
des phénomènes pour ce qui concerne la fréquence et l'importance des gelées tardives dont le
déterminisme est lié à différents facteurs météorologiques (caractéristiques des masses d'air, bilan radiatif
nocturne, importance du vent). Plusieurs auteurs ont abordé cette question et montrent que très
probablement l'augmentation de température devrait se traduire par un accroissement des risques de
dégâts au printemps en Grande-Bretagne et en Finlande. Aux Pays-Bas et en Allemagne une étude
conclut que notamment pour le hêtre, les chênes rouge, sessile et pédonculé, le frêne, l'épicéa et le pin
sylvestre, les risques pourraient diminuer.
En France dans les zones forestières, sur la base de certains travaux et dans l'hypothèse où les besoins
thermiques des essences forestières pour atteindre le stade de débourrement ne changeraient pas, on peut
penser que, pour les espèces dont le débourrement est essentiellement conditionné par le relèvement

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thermique printanier comme les résineux (sapin pectiné, épicéa et douglas vert), qu'une augmentation de
2 °C ne diminuerait pas les risques de dégâts et sans doute les accroîtrait. Par contre en ce qui concerne
les feuillus comme le hêtre l'intervention de phénomènes physiologiques liés au photopériodisme pourrait
avoir pour conséquence de diminuer le risque de gelées tardives.
Influence du réchauffement en automne et en hiver
En automne, le réchauffement pourrait avoir un aspect positif en retardant l'apparition des premières
gelées qui constituent un facteur limitant dans certaines régions pour certaines espèces résineuses et
feuillues (cèdre, douglas, épicéa de Sitka, peupliers) à période de croissance longue et tardive. En France,
ce phénomène d'accroissement de la durée de la période de croissance pourrait concerner le Nord-Est et
les zones de montagne. Par ailleurs on sait que la croissance, notamment la croissance en hauteur, est
étroitement liée à la température et l'accomplissement total de cette phénophase nécessite comme pour le
débourrement une somme standard de degrés-jours. Dans certaines situations septentrionales ou
montagnardes cette somme n'est pas atteinte avec pour conséquence des potentialités de croissance
limitées, le réchauffement pourrait alors être un facteur d'amélioration de la production. Pour certaines
espèces à feuilles caduques (mélèze d'Europe, chêne pédonculé) il semble qu'au contraire le
réchauffement pourrait avoir pour effet de rendre plus précoce la sénescence des feuilles.
Paradoxalement, l'augmentation des températures en automne et en hiver pourrait rendre certaines
espèces ou provenances plus sensibles aux froids hivernaux. En effet la tolérance des tissus végétaux au
froid (endurcissement) est conditionnée par la baisse progressive des températures en automne. Ainsi un
endurcissement insuffisant combiné à un type de climat caractérisé par des possibilités de baisses
importantes et rapides de température pourrait aboutir à des situations voisines de celles de l'hiver 1985
où des dégâts de froid importants ont été observés sur le pin maritime dans les Landes.
Pour les résineux la photosynthèse est possible en hiver tant que la température est supérieure à 0 °C ;
des cartes de potentialité hivernale de photosynthèse ont pu être établies pour le Douglas vert qui
montrent des potentialités importantes dans l'ouest, le sud-ouest et le sud-est de la France. Un
réchauffement devrait donc augmenter la photosynthèse pendant la période hivernale notamment dans
l'Est et en montagne et jouer un rôle positif pour l'amélioration de la croissance .
Influence de la modification des précipitations et de la réserve en eau dans le sol
Importance de l'interaction du régime hydrique avec les autres paramètres
La modification du régime hydrique en interaction, avec les modifications des autres paramètres
(accroissement de la concentration en CO2 et de la température), devrait être l'élément le plus
déterminant à moyen terme pour les arbres et les peuplements forestiers. En effet dans une hypothèse
d'augmentation modérée de température, si le régime hydrique est satisfaisant, on ne devrait pas assister
à de fortes perturbations pour les espèces constituant la forêt française actuelle. En effet, il est
d'observation courante que des espèces septentrionales peuvent pousser convenablement dans les régions
méridionales si les conditions d'alimentation en eau sont favorables. C'est le cas par exemple du hêtre en
forêt de Valbone dans le Gard. En ce qui concerne les précipitations, il faut aussi préciser que au-delà
des hauteurs annuelles, c'est leur répartition saisonnière qui est importante pour la forêt. Par exemple en
climat continental, certaines régions de l'Europe centrale ont des productions forestières (épicéa)
importantes, avec une pluviosité annuelle faible mais qui est concentrée pour l'essentiel sur la période
estivale.
L'augmentation des températures et les modifications de l'importance et de la répartition des
précipitations vont entraîner une augmentation de l'évapotranspiration, paramètre qui est aussi sous la
dépendance d'autres facteurs (énergie radiative, humidité de l'air et vent). L'évapotranspiration
climatique, appelée évapotranspiration potentielle (ETP) correspond à l'évapotranspiration d'un couvert
végétal fermé et parfaitement alimenté en eau. L'évapotranspiration réelle (ETR) dépend des

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disponibilités en eau dans le sol et est inférieure ou égale à l'évapotranspiration potentielle. Le
fonctionnement hydrique et photosynthétique et la croissance des arbres est d'autant plus favorable que
ETR/ETP est proche de 1. Dans le contexte climatique actuel ce rapport est très souvent inférieur à 1,
même dans les zones favorables à la forêt. Aussi si les températures augmentent et si la pluviométrie est
plutôt déficitaire en été ce rapport sera encore plus faible et on comprend alors que la croissance en sera
affectée et que la survie de certaines espèces pourra être aussi compromise.
Influence des caractéristiques du sol
En fait, les variations à attendre au niveau de l'état hydrique des arbres et en conséquence de la
photosynthèse et de la croissance vont aussi dépendre des caractéristiques des sols et notamment de leur
capacité de stockage de l'eau. Dans bien des cas dans les régions septentrionales ou en montagne les
forêts occupent avec succès des surfaces importantes sur des sols superficiels grâce à des pluies
fréquentes et suffisantes pendant l'été. Une baisse importante des précipitations estivales liée à une
augmentation des températures entraînerait un accroissement des contraintes hydriques qui se traduirait
par des dépérissements et une disparition de la forêt dans les zones à réserve hydrique faible. Le schéma
pourrait alors être celui qui est actuellement observé en région méditerranéenne : forêts dans les zones à
sols profonds ou les fonds de vallées, les versants nord et végétation basse et arbustive ailleurs. Les
sécheresses des années 1976, 1984, 1991 se répétant régulièrement peuvent nous aider à entrevoir
l'évolution à attendre si les prévisions des modèles climatiques se vérifiaient.
Il faut par ailleurs préciser que dans l'hypothèse de déficits pluviométriques importants par effet cumulé
sur deux années consécutives par exemple, dans un premier stade on pourra paradoxalement observer des
contraintes et des dégâts plus importants chez les arbres des zones normalement bien alimentées en eau
que chez les arbres installés sur sol superficiel et subissant de façon chronique des périodes plus ou
moins longues de sécheresse. En effet ces derniers présentent une biomasse foliaire réduite et un système
racinaire adapté à des régimes hydriques peu favorables ; au contraire les arbres des zones actuellement
favorables sont caractérisés par une biomasse aérienne très importante à forte capacité
évapotranspiratoire et donc totalement inadaptée à une situation de sécheresse chronique. Ces arbres
devront réduire leur biomasse et rééquilibrer leur fonctionnement hydrique global sous peine d'une
disparition rapide. Dans un tel contexte les arbres préexistants finiraient par disparaître mais l'espèce
considérée pourrait se maintenir mais avec des arbres ayant une croissance limitée ; par contre dans les
zones trop superficielles l'espèce concernée pourrait disparaître comme indiqué précédemment.
Dans l'hypothèse en 2060 pour la France d'un accroissement en moyenne de 2 °C plus marqué en été et
d'un accroissement des précipitations de 20 % en hiver mais avec une baisse de 15 % en été une
simulation basée sur un modèle de bilan hydrique mis au point par l'Unité d'Ecophysiologie de Nancy
met en évidence, pour un peuplement adulte de hêtre dans la région de Nancy, un doublement de
l'intensité moyenne du déficit hydrique estival. Ce premier résultat est à commenter en considérant le fait
que selon les cartes de variation climatique disponibles, il apparaît que par rapport à la situation actuelle
l'est de la France serait moins fortement concerné par les augmentations de température et la baisse
estivale des précipitations que les régions de l'Ouest. Des travaux complémentaires sont donc encore
nécessaires pour effectuer ces simulations pour l'ensemble des régions forestières françaises et affiner
davantage la prévision.
Influence directe de l'augmentation du CO2
En dehors de l'influence des changements climatiques, le fonctionnement écophysiologique des arbres et
des peuplements forestiers sera influencé directement par l'augmentation du gaz carbonique dans
l'atmosphère.
En effet, bien qu'il existe encore relativement peu d'information concernant l'influence directe de
l'augmentation du CO2 car la plupart des expérimentations ont été effectuées sur de jeunes plants

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cultivés en conditions contrôlées et souvent sur de très brèves périodes (quelques mois à peine), on
observe généralement une augmentation de l'assimilation de CO2 (photosynthèse nette). Les résultats
obtenus sur différentes espèces forestières font aussi ressortir une augmentation de 46 % de la croissance
en biomasse avec un doublement de la concentration en CO2, mais on ne sait pas cependant si ce
phénomène continue à exister à long terme. Par contre les études dendroécologiques nous montrent que
la croissance radiale des arbres forestiers a augmenté depuis une centaine d'années sans qu'il soit pour
l'instant possible d'en déterminer précisément les causes (augmentation de température, augmentation du
gaz carbonique, augmentation des retombées azotées).
Le fait que chez beaucoup d'espèces, on observe une diminution de l'ouverture des stomates en
conséquence de l'augmentation de concentration en CO2 de l'air, a souvent été considéré comme un
facteur de réduction de l'évapotranspiration des peuplements forestiers ; en fait rien n'est moins sûr dans
la mesure où il convient aussi de prendre en considération l'importance des surfaces foliaires (index
foliaire) qui pourraient être augmentées, il pourrait alors en résulter un accroissement de
l'évapotranspiration au niveau global des peuplements. Par ailleurs toutes les espèces ne présentent pas
un réduction de l'ouverture des stomates, c'est le cas du hêtre, du bouleau et de l'épicéa de Sitka. A cet
égard, il semble que le mode de contrôle : évitement ou tolérance des pertes transpiratoires par les
espèces soit de nature à expliquer le type de réponse à l'augmentation de concentration en CO2. En
conclusion, dans l'état actuel des connaissances, il n'est pas possible de considérer le CO2 comme un
antitranspirant, lorsqu'on considère d'une part la variabilité des réponses des différentes espèces et d'autre
part quand on se place à l'échelle globale des peuplements .
En dehors des effets au niveau des échanges gazeux, l'augmentation de concentration en CO2 pourrait
avoir des effets variés : modification de l'importance et de la quantité de la biomasse forestière produite,
modification des relations arbres/insectes et arbres/champignons ravageurs, modification des processus
de floraison, de fructification et de régénération des peuplements. Lorsque l'on sait que la capacité de
croissance végétative et reproductrice d'un arbre dépend de la disponibilité en assimilats mais aussi de la
structuration spatio-temporelle (phénomènes de morphogenèse) des organes (vitesse d'apparition,
nombre, masse, disposition dans l'espace, sénescence) remplissant ces fonctions, on comprend que la
prévision des effets de l'augmentation du gaz carbonique est difficile et nécessite encore des recherches.
Essai de synthèse sur les possibles changements pouvant intervenir au cours du siècle prochain et
conséquences pour la sylviculture
Sur la base des indications des simulations climatiques et de la connaissance de l'écophysiologie des
principales essences forestières on pourrait s'attendre pour 2060 à :
une certaine possibilité d'extension vers la moitié nord de la France de certaines espèces : pin
maritime, pin d'Alep, chêne pubescent, chêne vert actuellement limitées au sud par les minima
thermiques hivernaux, mais capables de supporter des déficits hydriques importants. Inversement ces
espèces pourraient rencontrer des difficultés dans leurs zones actuelles en liaison avec l'augmentation des
déficits hydriques : le pin maritime en Aquitaine pourrait être affecté par une augmentation de la
sécheresse dans les sites à nappes perchées ou phréatiques déjà actuellement profondes, dans les régions
du midi méditerranéen le chêne pubescent et le chêne vert malgré leur grande résistance à la sécheresse
pourraient être aussi touchés à basse altitude et disparaître de certaines zones sur les sols particulièrement
squelettiques ;
une augmentation des contraintes hydriques pour les grandes essences sociales tant feuillues (chênes,
hêtre) que résineuses (épicéa, sapin pectiné, douglas) qui constituent la base des forêts de la moitié nord
de la France, contraintes hydriques de nature à mettre en cause leur niveau de production et même leur
existence. En particulier le hêtre pourrait être concerné, sur les sols superficiels à faible réserve hydrique,
par des dépérissements importants. Par contre en ce qui concerne le chêne sessile, les premiers résultats
obtenus font apparaître une réduction sensible de la transpiration avec l'augmentation de la teneur en
CO2.
Dans ce nouveau contexte écologique des espèces comme les cèdres et les sapins méditerranéens