Paléo-incendies et changements climatiques dans les forêts boréales nord-européennes au cours de l'Holocène

Paleo-fires and climate changes in northern European boreal forests during the Holocene

• Auteur / Autrice : Gwenaël Magne
• Direction : Ahmed Adam Ali, Emmanuel Gandouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie et biodiversité
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : María Fernanda Sánchez Goñi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Adam Ali, Emmanuel Gandouin, María Fernanda Sánchez Goñi, Laurent Millet, Laurent Bremond, Martin Lavoie
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : María Fernanda Sánchez Goñi, Laurent Millet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dendrochronologie

Holocène

Forêts -- Incendies

Changements climatiques

Paléoclimatologie

Mots clés libres

Forêt boréale

Paléo-feux

Paléoclimatologie

Charbons lacustres

Chironomes subfossiles

Dendrochronologie

Boreal forest

Paleo-Fires

Paleoclimatology

Lacustrine charcoals

Subfossil chironomids

Dendrochronology

Résumé

Les écosystèmes forestiers boréaux représentent près de 30% de la superficie forestière mondiale. Ces régions caractérisées par une mosaïque forestière complexe sont principalement structurées par le climat (températures et précipitations) et le régime des feux. La capacité de prévision des incendies de forêt est essentielle pour atténuer leurs impacts sur la dynamique des écosystèmes forestiers, en tenant compte des aspects écologiques et socio-économiques associés. Sous l'effet du réchauffement climatique global (GIEC, 2014), des changements dans le régime des feux (fréquence et intensité) causés par le climat sont susceptibles de représenter une menace potentielle pour les écosystèmes boréaux. Par conséquent, il est nécessaire de mieux étudier les relations passées entre le feu et le climat afin d'appréhender la variabilité naturelle des processus écologiques. Mais avant de regarder les changements futurs avec l'utilisation de modèles, il est essentiel de comprendre les variations de régimes de feux dans le passé en utilisant des outils paléoécologiques. La paléoécologie se base sur des séries chronologiques, utilisant les propriétés physiques ou chimiques d'enregistrements paléontologiques, géologiques et glaciologiques, et permettant ainsi de comprendre la variabilité climatique même en l'absence d'observations météorologiques directes. Au cours de cette thèse, différentes méthodes ont été utilisées pour reconstituer l'histoire des paléo-feux (charbons lacustres et dendrochronologie) et les climats passés (chironomes subfossiles et pollens) afin d'étudier la relation feu-climat en Europe du Nord durant l'Holocène. Tout d’abord, il a été montré ici qu’il était possible de détecter les feux de surface dans les forêts boréales de Fennoscandie à partir d’enregistrements sédimentaires. Les changements climatiques en Laponie ont également été reconstitués sur les 9500 dernières années en utilisant des reconstructions de paléo-températures basées sur l'étude des chironomes et des pollens. Ces résultats ont ensuite été comparés avec l'histoire des feux locale afin d'évaluer la relation entre les dynamiques de feux et les oscillations du climat. Les données résultant de l'analyse des charbons indiquent une augmentation de la fréquence des feux depuis 3500 cal. BP. Cette dynamique semble liée aux changements du climat, en témoigne la baisse des températures observée au cours des 4000 dernières années. Les conditions climatiques et environnementales, plus froides et plus humides, ont semble-t-il engendré un changement de la composition végétale forestière (avec notamment l'arrivée de Picea) qui a pu causer ce changement de régime de feux. D'autre part, la quantité de charbons séquestrés dans les sédiments diminue durant les 4000 dernières années. Cela laisse suggérer que ces changements ont également modifié le type de feux affectant cette région boréale, passant de grands feux de cime à de fréquents feux de surface. L'augmentation de la fréquence des feux atteint finalement son maximum au cours des 2000 dernières années, suggérant qu'une augmentation des périodes de sécheresse estivale soit à l'origine de ces changements. Au final, cette étude confirme que des changements climatiques et environnementaux tendent à entraîner une augmentation des feux dans la forêt boréale nord-européenne.

Boreal forest ecosystems represent almost 30% of the world forest area. These regions characterized by a complex forest mosaic are mainly structured by climate (temperature and precipitations) and fire regime. The predictive ability of forest fires is essential to mitigate their impacts on forest ecosystem dynamics, considering related ecological and social-economic aspects. Under global warming (IPCC, 2014), changes in climatically-driven fire regime (frequency and severity) are expected, which could represent a potential threat to boreal ecosystems. Consequently, it is necessary to better investigate the link between fire and climate in order to apprehend the natural variability of ecological processes. But before looking at future changes with the use of models, it is essential to understand the changes in the past with palaeoecological proxy. Paleoecological studies use time series of physical or chemical properties of paleontological, geological and glaciological records, thus allowing understanding of climatic variability even in the absence of direct meteorological observations. With this study, different methods were used to reconstruct the paleo-fires history (lacustrine charcoals and dendrochronology) and past climates (subfossil chironomids and pollens) in order to study the fire-climate link in Northern Europe during Holocene. Firstly, he was shown here that it was possible to detect surface fires in Fennoscandian boreal forests from sedimentary records. Climate change in Lapland has also been reconstructed over the last 9500 years using chironomid and pollen inferred-temperatures. These results were compared with the local fire history to study the link between fire dynamics and climate oscillations. The data resulting from the charcoal analysis indicate an increase in fire frequency since 3500 cal. BP. This dynamic seems to be linked to climate changes, as evidenced by the temperatures decrease observed during the past 4000 years. The colder and wetter climatic and environmental conditions have apparently led to a change the forest composition (including the arrival of Picea) that may have caused this change in fire regime. Furthermore, the quantity of charcoal sequestered in sediments decreases during the last 4000 years. This suggests that these changes have also changed the type of fire affecting this boreal region, from large crown fires to frequent surface fires. The increase in fire frequency has finally reached its maximum in the last 2000 years, suggesting that an increase in summer drought periods is behind these changes. In the end, this study confirms that climate and environmental changes tend to lead to a fire increase in the northern European boreal forest.