La forêt, un intégrateur robuste de l'évolution de la dynamique des chutes de blocs dans un contexte de changements environnementaux ?

par Robin Mainieri

Thèse de doctorat en Géographie

Sous la direction de Franck Bourrier et de Christophe Corona.

Soutenue le 13-03-2020

à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Écosystèmes Montagnards (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Vincent Jomelli.

Le jury était composé de Juan Ballesteros, Nicolas Eckert.

Les rapporteurs étaient Luuk Dorren, Karel Silhan.


  • Résumé

    Les chutes de pierres sont l'un des processus géomorphologiques les plus courants dans les milieux à forte pente. Malgré leur volume limité, les chutes de pierres constituent un danger important, en raison de leur évolution rapide, de leur vitesse élevée et de l'énergie d'impact. Leur caractère imprévisible peut être problématique lorsque l'on souhaite étudier en détail leur dynamique et leurs facteurs de déclenchement dans des conditions naturelles. L'influence relative des précipitations, de la fonte des neiges, de la température ou des cycles de gel-dégel est depuis longtemps reconnue, notamment grâce à des méthodes de surveillance des parois à moyen terme. A très haute altitude, des relations sans équivoque ont été établies entre l'augmentation de l'activité des chutes de pierres, le dégel du pergélisol et le réchauffement climatique. En revanche, en dessous de la limite du pergélisol, la rareté persistante de bases de données exhaustives et précises rend nos connaissances encore lacunaires. Au cours des deux dernières décennies, la dendrogéomorphologie - une approche basée sur l'analyse des dommages infligés aux arbres après des impacts d'éboulement - a été utilisée pour combler certaines limites inhérentes aux archives historiques. Paradoxalement, ces reconstitutions n'ont que rarement été comparées aux données climatiques afin de déterminer précisément les facteurs météorologiques déclencheurs ou pour détecter les influences du réchauffement climatique sur l'activité des chutes de pierres.Dans ce contexte, cette thèse vise à proposer des recommandations méthodologiques pour optimiser les stratégies d'échantillonnage afin de quantifier précisément les incertitudes des reconstructions dendrogéomorphologiques dans le temps. Nos résultats montrent que la cartographie à haute résolution des tiges sur les sites étudiés combinée à une sélection rigoureuse des espèces d'arbres situées à proximité des falaises améliore la robustesse des reconstitutions sur les parcelles étudiées à Saint-Guillaume (peuplement forestier mixte, massif du Vercors, Alpes françaises) et à Valdrôme (peuplements forestiers monospécifiques plantés, massif du Diois, Alpes françaises).Dans un second temps, nous nous servons des reconstructions obtenues et des réanalyses SAFRAN pour identifier les déclencheurs météorologiques des événements de chutes de pierres. A l'échelle interannuelle, nos résultats montrent que les précipitations estivales et les événements pluvieux intenses sont les principaux facteurs de l'activité des chutes de pierres sur les deux sites, alors qu'aucun impact clair des températures ou des cycles de gel-dégel n'a pu être détecté.Enfin, nous comparons les fluctuations décennales existantes dans les deux reconstructions dendrogéomorphologiques avec les séries climatiques disponibles pour la période 1959-2017, dans le but de détecter les impacts potentiels du réchauffement climatique sur l'activité des chutes de pierres. Dans le massif du Vercors, nous expliquons l'augmentation de l'activité des chutes de pierres observée depuis 1959 par une recolonisation forestière rapide et par la sur-représentation des jeunes arbres, plus sensibles, plutôt que par le changement climatique. Dans le massif du Diois, l'absence de tendance significative suggère qu'une légère augmentation de l'activité n'est pas soutenu par les données existantes. Cependant, la faible robustesse des modèles de régression multiple utilisés ici, l'augmentation limitée de la température sur les sites d'étude et le caractère incomplet de nos reconstructions dendrogémorphologiques suggèrent que ces résultats doivent être traités avec prudence.Au total, cette thèse démontre clairement la valeur ajoutée de la dendrogéomorphologique pour reconstruire l'activité passée des chutes de pierres, évaluer les conditions météorologiques propices aux déclenchement de cet aléa et détecter les impacts potentiels des changements environnementaux sur la dynamique des processus.

  • Titre traduit

    Is forest a robust indicator of rockfall dynamics within the context of environmental changes?


  • Résumé

    Rockfalls are one of the most common geomorphological processes in the steeply sloping environments. Despite their limited volumes, rockfalls pose a significant hazard, due to their rapid evolution, high velocity and impact energy, but their unpredictable occurrence hinders detailed investigation of their dynamics and drivers under natural conditions. As the relative influence of rainfall, snowmelt, temperature, or freeze–thaw cycles have long been identified, based on medium-term monitoring methods, as the main drivers of rockfall activity, increasing rockfall hazards triggered by climate change are a major concern expressed both in scientific and non-scientific media.At high altitude sites, unequivocal relationships have been established between heightened rockfall activity, permafrost thawing and global warming. By contrast, below the permafrost limit, in the absence of longer-term assessments of rockfall triggers and possible changes thereof, our knowledge of rockfall dynamics remains still lacunary as a result of the persisting scarcity of exhaustive and precise rockfall databases.Over the last two decades, dendrogeomorphology – based on the analysis of damage inflicted to trees after rockfall impacts – has been used to overcome certain limitations inherent to historical archives and reconstructions of rockfall activity have been developed. Paradoxically, tree-ring reconstructions have only rarely been compared with climatic data to precisely constrain the potential meteorological triggers of process activity or to detect potential influences of global warming mostly due to the absence of clear recommendations to derive reconstructions that optimally capture the climatic signal in rockfall-prone environments.In this context, this PhD thesis first aims at proposing clear methodological guidelines to optimize sampling strategies of trees so as to precisely quantify uncertainties in dendrogeomorphic reconstructions back in time. Our results clearly evidence that the high-resolution mapping of stems on the studied combined with a careful selection of tree-species located at the vicinity of the cliffs improve the robustness of our reconstructions at the Saint-Guillaume (mixed forest stand, Vercors massif, French Alps) and Valdrôme (monospecific planted forest stands, Diois massif, French Alps) studied plots.In the second part, we capitalize on rockfall activity derived from optimized reconstructions and on the high-spatio-temporal resolution of the SAFRAN reanalyses, to precisely identify the meteorological triggers of rockfall events. At the interannual scale, our results evidence that summer precipitations and intense rainfall-events are the main drivers at both sites while no clear impact of temperature or freeze-thaw cycles could be detected.Finally, we compare decadal fluctuations existing in both tree-ring records with climatic series available for the period 1959-2017 with the purpose to detect the potential impacts of global warming on rockfall activity. In the Vercors massif, we explain increasing rockfall activity observed in the reconstruction since 1959 by a rapid forest recolonization and the overrepresentation of young sensitive trees rather than by climate change. In the Diois massif, the absence of significant trend suggests that a premature warning of increasing rockfall hazard, is not supported by the existing data. Yet, the weak robustness of the multiple regression models used here, the limited increase of temperature at the study sites and the incompleteness of our tree-ring reconstructions suggest that these results have to be treated with cautiously. All in all, this PhD thesis clearly demonstrates the added-value of the dendrogeomorphic approach to reconstruct rockfall activity, assess the meteorological driver of past events as well as to detect the potential impacts of environmental changes on the process dynamics.


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