 En Lorraine, le site-atelier de la forêt de Hesse, géré par l’unité mixte de recherche INRA-UHP « Ecologie et écophysiologie forestières » de Nancy possède deux intérêts majeurs. Il s’agit d’une des plus longues séries de données disponibles (13 ans en 2008). C’est aussi une des rares jeunes forêts feuillues (hêtraie) étudiées dans le réseau européen dans lequel ce site s’intègre.
Le cycle de carbone rythmé par la phénologie des arbres
Pendant la période non feuillée, donc en l’absence de photosynthèse, cet écosystème constitue une source de carbone pour l’atmosphère, à cause des pertes respiratoires des organes vivants de l’écosystème (branches, troncs et racines) et de la décomposition des débris végétaux ou de la matière organique du sol. Au cours de la période feuillée, de mai à octobre, la photosynthèse est nettement supérieure aux pertes de carbone : l’écosystème montre une fixation nette de carbone.
Sur une année, la forêt de Hesse en croissance représente un puits de carbone, en moyenne d’environ 4 tonnes de carbone par hectare et par an. La majeure partie de ce carbone stocké correspond à la croissance en biomasse aérienne et souterraine des arbres.
Grâce aux 10 années de mesures actuellement disponibles, la variabilité inter-annuelle du bilan des flux d’eau et de carbone a été analysée. Cette variabilité est causée pour parts égales par celles de la photosynthèse et de la respiration. Les déterminants de ces variations sont multiples : en tout premier lieu, la sécheresse estivale, qui réduit la photosynthèse, donc la capacité de l’écosystème à fixer le carbone. La longueur de la saison de végétation liée au climat et la gestion du peuplement, avec de fréquentes éclaircies qui modifient la structure du couvert, contribuent également à expliquer cette variabilité. Enfin, il a clairement été montré sur le site de Hesse que les effets des contraintes, telle la sécheresse, se prolongent sur plusieurs années.
 En Guyane, le site Guyaflux a été installé en 2003 dans la forêt tropicale humide de Guyane Française par l’INRA, dans le cadre des activités scientifiques de l’unité mixte de recherche « Ecologie des Forêts de Guyane ». Ce site est lui aussi d’un grand intérêt, car il existe encore très peu de mesures sur les forêts tropicales humides ou sèches. Le fonctionnement de la forêt guyanaise est fondamentalement différent de celle d’une forêt tempérée. Cet écosystème est en effet caractérisé par une diversité d’espèces d’arbres très importante. On compte environ 150 espèces d’arbres par hectare, pour une richesse totale d’espèces d’arbres en Guyane Française de l’ordre de 1400 espèces. De plus, les variations de la durée du jour ou de la température de l’air sont peu importantes au cours de l’année à proximité de l’équateur, et l’écosystème forestier tropical humide est composé en majorité d’arbres à feuilles persistantes. Il reste donc « vert » toute l’année, avec une chute de litière continue, et la photosynthèse et les pertes respiratoires restent élevées toute l’année.
Un bilan de carbone différent selon les conditions climatiques
Le climat en Guyane et dans l’ensemble de l’Amazonie est caractérisé par l’alternance de saisons des pluies (deux par an) et de saisons relativement sèches (deux par an). Les différentes conditions climatiques engendrent des différences importantes de bilan de carbone entre les saisons, principalement liées aux variations du rayonnement solaire (couche nuageuse plus ou moins importante) et à la sécheresse du sol.
En période de pluies, la forêt guyanaise se comporte comme une source de carbone pour l’atmosphère, car la photosynthèse est un peu moins importante que les pertes respiratoires.
En saison sèche, au contraire, la photosynthèse est maximum et les pertes respiratoires réduites (en particulier au niveau du sol) en relation avec la diminution de l’eau dans le sol. L’écosystème se comporte alors comme un puits de carbone.
De façon surprenante, puisque l’on considère que l’écosystème étudié est une forêt mature, très ancienne et non gérée par l’homme, le bilan annuel de carbone de l’écosystème étudié est au final un puits de carbone, de l’ordre de 1.0 à 1.5 tonnes de carbone par hectare et par an. L’origine de ce puits reste méconnue mais pourrait être expliqué en partie par le réchauffement climatique (+0.8 °C en Guyane depuis un siècle), l’augmentation de CO2 dans l’atmosphère depuis l’ère industrielle qui favorise la photosynthèse, ou la dynamique forestière locale de l’écosystème étudié (phase de maturation).
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Pour connaître l’évolution de la température de l’air ou de la concentration en dioxyde de carbone dans l’atmosphère, des capteurs de mesure sont installés sur des stations fixes sur le globe, postes météorologiques ou grandes tours. Pour réaliser le suivi de l’évolution des écosystèmes forestiers, on se heurte à deux difficultés majeures. D’une part la lourdeur métrologique de ces études, car la connaissance du fonctionnement d’un écosystème repose sur la mesure simultanée d’une très large gamme de paramètres et de variables : flux d’eau, de CO2, de climat et de microclimat, de fonctionnement du sol, de croissance des arbres... D’autre part, ces stations complexes ne sont apparues que récemment, il y a un seulement un peu plus de 10 ans, sous l’impulsion internationale liée au questionnement sur l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère et l’effet de serre qui en résulte. En Europe, trois programmes successifs dont CARBOEUROPE, en cours jusque fin 2008, ont permis de développer un réseau destiné à comprendre et modéliser le rôle des forêts dans le cycle du carbone et leur capacité à séquestrer le CO2 atmosphérique. Ce réseau met en œuvre des méthodes nouvelles de mesure des flux d’eau et de CO2 au-dessus des couverts végétaux. Les données recueillies sont mutualisées dans des bases de données internationales permettant l’analyse du fonctionnement des forêts en fonction de l’espèce, du climat, du sol ou de la gestion.
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Références :
Bonal D, Bosc A, Goret JY, Burban B, Gross P, Bonnefond JM, Elbers J, Longdoz B, Ponton S, Epron D, Guehl JM, Granier A (2008) Severe dry periods are associated with higher net ecosystem carbon storage in the Neotropical rainforest of French Guiana. Global Change Biology, sous presse.
Granier A, Reichstein M, Bréda N, Janssens I, Falge E, Ciais P, Grünwald T, Aubinet M, Berbigier P, Bernhofer C, Buchmann N, Facini O, Grassi G, Heinesch B, Ilvesniemi H, Keronen P, Knohl A, Köstner B, Lagergren F, Lindroth A, Longdoz B, Loustau D, Mateus J, Montagnani L, Nys C, Moors E, Papale D, Peiffer M, Pilegaard K, Pita G, Pumpanen J, Rambal S, Rebmann C, Rodrigues A, Seufert G, Tenhunen J, Vesala T, Wang Q (2007) Evidence for soil water control on carbon and water dynamics in European forests during the extremely dry year: 2003. Agricultural and Forest Meteorology, 143, 123-145.
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