Incendies et Vulnerabilité des stocks de carbone dans les systèmes forestiers et agricoles en France

Fires and the Vulnerability of Carbon Stocks in Forest and Agricultural Systems in France

• Auteur / Autrice : Lilian Vallet
• Direction : Florent Mouillot, Xavier Morin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : EFSA-Ecologie fonctionnelle et Ecophysiologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 27/09/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEFE - Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive
• Jury : Président / Présidente : Christelle HéLY
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florent Mouillot, Solène Turquety, Lluís Brotons, Kirsten Thonicke, Nicolas Delpierre, Xavier Morin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Solène Turquety, Lluís Brotons

Mots clés

Mots clés libres

Biomasse

Télédétection

Risque incendie

Résistance

Régénération

Modélisation

Biomass

Remote sensing

Fire risk

Resistance

Recovery

Modelling

Résumé

Le changement climatique pourrait non seulement accroître la surface brûlée dans les régions sujettes aux incendies, mais aussi étendre cette perturbation à des zones jusqu'à présent rarement touchées par le feu. Dans ce contexte, il semble plus que jamais essentiel de considérer le feu au-delà du simple aléa, et de proposer un cadre conceptuel pour évaluer l'exposition et la vulnérabilité des systèmes affectés. Dans cette thèse, nous proposons de quantifier la dynamique de la biomasse forestière et agricole en relation avec la perturbation par le feu. Nous décrivons la biomasse affectée, sa perte par la combustion et les émissions associées, sa résistance, sa régénération et sa vulnérabilité. Des outils de télédétection de pointe ont été mobilisés pour reconstruire l'historique des incendies depuis 1984 et comprendre l'impact de cet aléa sur les autres composantes du risque d'incendie. Parallèlement, nous avons construit une nouvelle base de données nationale sur les incendies dans les systèmes agricoles, basée sur l'exploration de textes depuis 2002. Des données récentes sur la hauteur de la végétation à résolution fine nous ont permis de cartographier la biomasse forestière aérienne à une résolution de 10 m, en combinant ces informations avec les données d'inventaire pour tenir compte de la variabilité interspécifique. Ces nouvelles données permettent de comprendre la variabilité de la densité de la biomasse forestière à travers la France, et en particulier la plus grande exposition des forêts tempérées. Les émissions de carbone dues aux incendies ont été étudiées en calibrant un modèle pour le territoire français à l'aide de données mesurées par des tours atmosphériques. Le bilan des émissions montre l'impact des années extrêmes telles que 2022 sur le bilan carbone à travers les régions, et en particulier l'importance de considérer la combustion des stocks de carbone souterrains tels que les tourbières. Nous avons également estimé l'exposition et les émissions associées aux incendies agricoles, en décrivant le rôle prédominant des incendies de cultures et de bâtiments, mais en soulignant également le besoin urgent d'informations sur les brûlages dirigés, les pratiques de lutte contre le gel dans les vignobles et les incendies de rizières. La résistance et la régénération ont été analysées en identifiant les moteurs de la dynamique forestière après les incendies. Nous avons montré comment les variables topo-climatiques et liées aux perturbations influencent la dynamique post-incendie. Nous avons quantifié les composantes de la vulnérabilité à une résolution fine, permettant permet d'identifier les zones où une forte exposition est combinée à un manque de résistance et de récupération, afin d'informer les gestionnaires forestiers et les services de lutte contre les incendies. Nous montrons surtout la vulnérabilité accrue des forêts tempérées avec une résistance et une régénération réduites et, dans une moindre mesure, des forêts de pins alpins avec une faible résistance relativement aux forêts méditerranéennes. Cette approche innovante, basée sur des données de télédétection, nous permet d'appréhender la réponse des espèces en fonction de leur stratégie. Nous avons pu faire correspondre nos résultats avec des stratégies de résistance de la biomasse des espèces et des stratégies de tolérance des populations associées à des traits distincts. L'objectif de cette thèse est de présenter une application quantitative, objective et précise du cadre conceptuel du risque incendie et de ses composantes. Les méthodes et les résultats aideront à motiver une approche scientifique intégrative du risque de feu. Enfin, les données produites informeront les parties prenantes dans la priorisation des interventions de lutte contre les incendies et dans la gestion des forêts afin de prévenir l'impact des incendies et d’accompagner sa régénération suivant l’incendie.

Climate change may not only increase the area burnt in fire-prone regions, but also extend this disturbance to areas hitherto rarely affected by fire. In this context, it seems more essential than ever to consider fire as more than just a hazard, and to propose a conceptual framework for assessing the exposure and vulnerability of affected systems. In this thesis, we propose to quantify the dynamics of forest and agricultural biomass in relation to fire disturbance. We describe the biomass affected, its loss through combustion and associated emissions, its resistance, recovery and vulnerability. State-of-the-art remote sensing tools were mobilized to reconstruct fire history since 1984 and understand the impact of this hazard on the other fire risk components. In parallel, we built a new national database on fire occurrence in agricultural systems based on text mining since 2002. Recent fine-resolution vegetation height data have enabled us to map above-ground forest biomass at 10m resolution, combining this information with inventory data to take account of inter-specific variability. This new data enables to understand the variability of forest biomass density across France, and in particular the greater exposure of temperate forests. Carbon emissions from fires were studied with the calibration a model for the French territory using data measured by atmospheric towers. The emissions balance shows the impact of extreme years such as 2022 on the carbon balance across regions, and in particular the importance of considering the combustion of underground carbon stocks such as peat bogs. We have also estimated the exposure and emissions associated with agricultural fires, describing the predominant role of crop and building fires, but also highlighting the urgent need for information on prescribed fires, vineyard anti-frost practices and rice fields fires. Resistance and recovery were analyzed through identifying the drivers of post-fire forest dynamics. We have shown how topo-climatic and disturbance-specific variables influence post-fire dynamics. We have quantified the components of vulnerability at fine resolution to identify areas where high exposure is combined with a lack of resistance and recovery, in order to inform forest managers and fire departments. We show above all the increased vulnerability of temperate forests with reduced resistance and recovery and, to a lesser extent, of altantic pine forests with low resistance relatively to Mediterranean forests. This innovative approach, driven by remote-sensing data, enables us to capture the response of species in relation to their strategy. We were able to match our results with species biomass resistance strategies and population tolerance strategies associated with distinct traits. The aim of this thesis is to present a quantitative, objective and fine-tuned application of the conceptual framework of fire risk and its components. The methods and results will help motivate an integrative scientific approach to fire risk. Finally, the data produced will inform stakeholders in prioritizing fire-fighting intervention and in forest management to both prevent fire impact and support forest recovery.