Histoire des feux, dynamique de la végétation et variabilité climatique de l’Holocène en République de Komi

Fire history, vegetation and climate dynamic of the Republic of Komi during the Holocene

• Auteur / Autrice : Chéïma Barhoumi
• Direction : Odile Peyron, Ahmed Adam Ali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Paléobiologie
• Date : Soutenance le 18/11/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Guillemette Menot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Odile Peyron, Ahmed Adam Ali, Guillemette Menot, Emilie Gauthier, Pavel E Tarasov, Sébastien Joannin, Christelle Hély-Alleaume, Vincent Lebreton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emilie Gauthier, Pavel E Tarasov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Holocène

Komi (Russie)

Forêts -- Dynamique

Paléoclimatologie

Mots clés libres

Forêts boréales

Feux

Paléoclimats

Biomarqueurs

Russie

Holocène

Boreal ecosystems

Fire

Paleoclimate

Biomarker

Russia

Holocene

Résumé

Le changement climatique en cours entraîne et va entraîner encore d’importantes modifications au niveau de la structuration et de la biodiversité des écosystèmes forestiers. Les forêts boréales, qui comptent parmi les plus grands biomes forestiers de la planète (32 % du couvert forestier mondiale) sont particulièrement impactés par de tels changements. Les incendies y sont des perturbateurs majeurs et ils participent à la dynamique de ces forêts. La récente augmentation des activités de feux dans ces écosystèmes soulève des questions d’ordre écologique et socio-économique. Les conséquences du réchauffement climatique global sont déjà observées dans ces régions, notamment au Canada et en Russie, où des hivers et des printemps plus chauds (augmentation de 2 à 3°C) ont été enregistrés depuis les années 1960. De plus, le changement climatique en cours renverse le bilan net du stockage de carbone les forêts boréales semblent maintenant passer de leur état de puit de carbone à un état source de carbone. Afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents au fonctionnement de ce type de forêt, et afin de mieux anticiper les changements encore à venir, l’étude de sa dynamique passée permet d’apporter des éléments de réponses. L’objectif de la thèse consiste à étudier et comprendre les intéractions entre la dynamique des incendies, de la végétation et du climat de l’Holocène (derniers 11700 ans) en République de Komi, une région de Russie, dont ces questions ont été très peu documentées. Dans un premier temps, l’étude de la dynamique des incendies a révélé que la fréquence de feu a augmenté de manière graduelle tout au long de l’Holocène. Les changements de végétation au cours de l’Holocène ont été retracés à partir de l’analyse des grains de pollen et du modèle REVEALS. Une forêt de type taïga claire (type particulier de forêt boréale) s’est développée au début de l’Holocène, de 10000 à 6000 cal. yr BP. Ensuite, de 10000 à 3500 cal. yr BP, une taïga sombre s’est installée. Puis à partir de 3500 cal. yr BP, on observe le retour progressif de la taïga claire. Les reconstitutions paléoclimatiques basées sur une double approche, pollen et biomarqueurs moléculaires (brGDGts), ont mis en évidence un optimum climatique entre 7000 et 4000 cal. yr BP. La mise en relation de ces résultats les uns avec les autres nous a amené à conclure que pour la première moitié de l’Holocène, le climat a une influence majeure sur la végétation. Puis à partir de 3500 cal. yr BP, le passage de la fréquence des feux sous une valeur seuil (FRI, Intervalle de retour de feu < 200 ans) a eu un impact plus fort que le climat sur la végétation. Depuis les 600 dernières années, l’intensification des activités humaines a mené à une surexploitation de la forêt et à une augmentation de son activité. Un autre aspect de la thèse a consisté à étudier les dynamiques des incendies de deux autres régions, en Carélie, et dans la région sud du Lac Baïkal. La dynamique des feux y a été plus complexe qu’en République de Komi, car elle n’a pas suivie la même tendance à la décroissance graduelle du FRI.

Ongoing climate change is causing and will continue to cause significant changes in the structure and biodiversity of forest ecosystems. Boreal forests, which are among the world's largest forest biomes (32% of the world's forest cover), are particularly affected by such changes. Fires are major perturbators and contribute to the dynamics of these forests. The recent increase in fire activity in these ecosystems raises ecological and socio-economic issues. The consequences of global warming are already being observed in these regions, particularly in Canada and Russia, where warmer winters and springs (2 to 3°C increase) have been recorded since the 1960s. In addition, ongoing climate change is reversing the net carbon storage of boreal forests, which now appears to be shifting from their carbon sink state to a carbon source state. In order to better understand the mechanisms underlying the functioning of this type of forest, and to anticipate future changes, the study of its past dynamics allows us to provide some answers. The aim of this phD is to study and understand the interactions between the dynamics of Holocene fire, vegetation and climate (last 11700 years) in the Republic of Komi, a region of Russia, where these questions have been very poorly documented. Vegetation dynamics during the Holocene were reconstructed from pollen grain analysis and the REVALS model. An open light forest (a particular type of boreal forest) developed in the early Holocene, from 10,000 to 6,000 cal. yr BP. Then, from 10000 to 3500 cal. yr BP, a dark taiga settled. Then from 3500 cal. yr BP, we observe the gradual return of the light taiga. Paleoclimatic reconstructions based on a dual approach, pollen and molecular biomarkers (brGDGts), have shown a climatic optimum between 7000 and 4000 cal. yr BP. The relationship between these results led us to conclude that for the first half of the Holocene, climate had a major influence on vegetation. Then from 3500 cal. yr BP, the change in fire frequency below a threshold value (FRI, Fire Return Interval < 200 years) had a greater impact on vegetation than the climate. Over the past 600 years, the intensification of human activities led to overexploitation of the forest and an increase in its fire activity. Another aspect of the phD was to study the fire dynamics of two other regions, in Karelia and in the southern region of Lake Baikal. Fire dynamics were more complex than in the Republic of Komi, as they did not follow the same trend of gradual decline in the FRI.