Modélisation du microclimat forestier et conséquences sur la flore du sous-bois en contexte de changement climatique

Modelling forest microclimate and its consequences on understory flora under climate change

• Auteur / Autrice : Eva Gril
• Direction : Jonathan Lenoir
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences Ecologiques Ecologie, Evolution et Biodiversité-25DSE4
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 29/02/2024
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EDYSAN - Unité de recherche Ecologie et Dynamique des systèmes anthropisés
• Jury : Président / Présidente : Cendrine Mony
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Decocq, Sylvain Delzon, Claire Fortunel, Jonathan Lenoir, Eric Meineri
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cendrine Mony, Sylvain Delzon

Mots clés

Mots clés libres

Microclimat

Macroclimat

LiDAR

Flore du sous-bois

Changement climatique

Gestion forestière

Microclimate

Macroclimate

LiDAR

Understory flora

Climate change

Forest management

Résumé

Dans les forêts, les températures microclimatiques locales vécues par les plantes du sous-bois diffèrent des températures macroclimatiques mesurées en milieu ouvert par les stations météorologiques. Les canopées tamponnent les températures extrêmes, avec des maximums plus frais et des minimums plus chauds à l'intérieur des forêts denses. En utilisant des mesures in situ du microclimat dans 157 placettes de trois forêts françaises, nous avons d'abord testé l'hypothèse selon laquelle le microclimat peut être bioindiqué par la composition de la communauté végétale à l'aide de valeurs indicatrices écologiques, mais cette bioindication a une applicabilité limitée pour la température microclimatique à l'intérieur des forêts. Deuxièmement, nous avons développé une nouvelle approche statistique pour modéliser la température microclimatique. Notre méthode ''pente et équilibre'' repose sur la relation linéaire entre la température du microclimat et celle du macroclimat. Nous avons utilisé des descripteurs issus d’inventaires forestiers pour modéliser l’effet tampon (moins extrême) ou amplificateur (plus extrême) de la température microclimatique par rapport aux fluctuations macroclimatiques dans 13 forêts feuillues ou résineuses d'un réseau de suivi à long terme des forêts françaises (RENECOFOR). Troisièmement, nous avons utilisé cette méthode pour spatialiser la température du microclimat à une résolution de 10 m sur une forêt de 2700 ha près de Blois, en utilisant trois mesures de la structure forestière dérivées du LiDAR (détection par ondes lumineuses) : hauteur maximale, indice de surface végétale et indice de complexité verticale. Enfin, nous avions étudié la réponse des plantes du sous-bois à cet effet de tampon ou d'amplification du microclimat. Nous avons observé un changement de préférence microclimatique le long d'un gradient d'affinité forestière pour les plantes vasculaires. Les bryophytes préfèrent presque systématiquement les températures microclimatiques tamponnées. Pour les bryophytes comme pour les plantes vasculaires, plus les températures sont tamponnées, plus la proportion de spécialistes de l’intérieur de la forêt est élevée. La gestion forestière peut renforcer ou atténuer les effets du changement climatique sur les communautés végétales par amplifiant ou en tamponnant la température microclimatique.

In forests, local microclimate temperatures experienced by understory plants differ from macroclimate temperatures measured by weather stations in free-air conditions. Canopies buffer temperature extremes, with lower maxima and higher minima inside dense forests. Using in-situ microclimate measurements in 157 plots across three French forests, we first tested the hypothesis that microclimate can be inferred from plant community composition using ecological indicator values, but this bioindication has a limited applicability for temperature within forests. Secondly, we developed a new statistical approach to model microclimate temperature. Our “slope and equilibrium” method relies on the linear relationship between microclimate and macroclimate temperature. We used forest inventory descriptors to model microclimate buffering (less extreme) or amplification (more extreme) relative to macroclimate fluctuations in 13 deciduous and coniferous forest sites from a long-term monitoring network in France. Thirdly, we used this method to spatialize microclimate temperature at a 10-m resolution over a 2700-ha forest, near Blois, using three forest structure metrics derived from airborne LiDAR (light detection and ranging): maximum height, Plant Area Index and Vertical Complexity Index. Finally, we explored the response of understory plants to this microclimate buffering or amplification effect. We observed a shift of microclimate preference along a forest affinity gradient for vascular plants. Bryophytes almost systematically preferred buffered microclimate temperatures. For bryophytes as well as vascular plants, the more thermally buffered, the higher the proportion of forest core specialists. Forest management can enhance or mitigate the effects of climate change on plant communities through microclimate temperature amplification or buffering.