Dynamique de fermeture des milieux ouverts d'altitude par les ligneux bas : approche historique et fonctionnelle

Shrub encroachment in above-treeline ecosystems of the Alps: historical and functional approach

• Auteur / Autrice : Baptiste Nicoud
• Direction : Sandra Lavorel, Christophe Corona
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biodiversité-Ecologie-Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ECologie Alpine
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Traits fonctionnels et dynamique des écosystèmes alpins

Mots clés

Mots clés libres

Alpes

Changements globaux

Télédétection

Dendroécologie

Ligneux bas

Global change

Alps

Remote sensing

Shrubs

Dendroecology

Résumé

L'expansion des ligneux bas et des forêts constituent un trait marquant des trajectoires des systèmes agro-sylvo-pastoraux dans les Alpes (Carlson et al., 2017). Ces évolutions reconfigurent les paysages de montagne et les contributions de la nature aux sociétés (Lavorel et al., 2017). Les changements d'usage du sol, liés à l'abandon de la fauche ou de l'entretien des alpages par la gestion pastorale (Natale et al., 2007), ainsi que le changement climatique (Francon et al., 2021; Malfasi and Cannone, 2020) sont les moteurs présumés de ces dynamiques. Cependant, les mécanismes d'expansion des ligneux bas restent mal compris en raison de : (i) la temporalité des trajectoires de colonisation qui reste mal connue (Dullinger et al., 2003). Cela résulte du manque de données historiques renseignant l'évolution des pratiques agro-sylvo-pastorales mais également d'une connaissance limitée de la démographie des ligneux bas. (ii) la difficulté à spatialiser la progression des ligneux bas liée, notamment, à la distinction imprécise des landes et des prairies par télédétection (Filippa et al., 2019). (iii) la méconnaissance du rôle respectif des évolutions agro-sylvo-pastorales et climatiques sur le recrutement et la croissance des ligneux bas (Carboni et al., 2018). Afin de lever ces verrous scientifiques, ce projet propose une analyse multidisciplinaire et multi-scalaire de la dynamique des ligneux bas dans les systèmes agro-sylvo-pastoraux des Alpes. D'un point de vue méthodologique, le travail s'appuiera sur une approche dendroécologique adaptée aux spécificités des ligneux bas, à l'échelle de la parcelle ; d'enquêtes sur les pratiques actuelles et passées à l'échelle du versant ; de traitements d'images multi et hyper-spectrales à l'échelle du massif. L'étude permettra de caractériser finement les trajectoires de colonisation des ligneux bas et d'en comprendre les causes dans différents contextes climatiques et biogéographiques. La thèse comportera trois volets qui s'inscrivent dans des projets de recherche en cours : 1. Un volet biogéographique qui visera à décrire précisément la dynamique pluri-décennale des ligneux bas à l'échelle des Alpes. Ici, nous envisageons de travailler préférentiellement sur les gradients d'altitude de l'observatoire ORCHAMP. En effet, ces sites sont équipés d'instruments permettant un suivi météorologique précis et font l'objet d'analyses de biodiversité très précises. 2. Un volet d'écologie historique qui recherchera les causes des dynamiques locales des ligneux bas en lien avec les changements d'usage des sols. Il capitalisera notamment sur les connaissances des systèmes pastoraux des sites d'étude acquises dans le cadre des projets ANR LUCSES et ANR TOP. 3. Un volet fonctionnel qui cherchera à mieux comprendre et prédire les réponses des ligneux bas au climat et aux événements météorologiques extrêmes. Ce volet s'appuiera en partie sur le dispositif de suivi dendrométrique et micro-climatologique installé sur le site du Lautaret dans le cadre du projet ANR ACCOUFOLLOW.

The expansion of shrubs and forests consists of a remarkable characteristic of the agro-sylvo-pastoral system trajectories in the Alps (Carlson et al., 2017). These evolutions reconfigure the mountain landscapes and the contributions of nature to societies (Lavorel et al., 2017). The land-use changes, associated to the abandonment of mowing or maintenance of mountain pastures by pastoral management (Natale et al., 2007), as well as climate change (Francon et al., 2021; Malfasi and Cannone, 2020) are the presumed drivers of these dynamics. However, mechanisms of shrub expansion remain unclear for the following reasons: (i) The temporality of colonization trajectories remains poorly understood (Dullinger et al., 2003). It results of missing historical data informing about the evolution of agro-sylvo-pastoral activities but also of a limited knowledge on the population dynamics of shrub species. (ii) The difficulty to map shrublands over time and space using remote sensing mainly due to the uncertainties between shrublands and meadows (Filippa et al., 2019). (iii) The misunderstanding of the respective roles of agro-sylvo-pastoral and climatic evolutions on shrub's recruitment and growth (Carboni et al., 2018). To overcome these knowledge roadblocks, this project proposes a multidisciplinary and multi-scale analysis of the shrub dynamic in the agro-sylvo-pastoral ecosystems of the Alps. Methodologically, this work will be based on a dendroecological approach adapted to the particularities of shrubs, at the plot scale; on surveys on the actual and past practices at the slope scale; on multi and hyper-spectral picture analysis at the mountain range scale. The study will permit to precisely characterize the colonization trajectories of shrubs and to understand their causes in different climatic and biogeographic contexts. This thesis will be composed of three sections in line with current research projects: 1. A biogeographic part aiming to describe precisely the multidecadal shrub dynamic at the scale of the Alps. Here, we consider working preferentially on the elevation gradients from the ORCHAMP observatory. Indeed, these sites are precisely monitored, and many analyses of biodiversity are conducted in. 2. A historical ecology part trying to better describe the causes of the local shrub dynamics related to land-use changes. It will use the knowledge of pastoral study sites cumulated during the ANR project TOP and ANR project LUCSES. 3. A functional part striving to better understand and predict the shrub responses to climate and extreme meteorological events. This section will capitalize on the dendrometric, and microclimatological monitoring systems installed on the Lautaret site as part of the ANR project ACCOUFOLLOW.