La dynamique naturelle des forêts de protection subalpines
Synthèse
Les forêts de montagne protègent les populations, les
habitations et les voies de communication contre les avalanches et autres
dangers naturels. En de nombreuses régions, ces forêts sont entretenues pour
améliorer leur fonction de protection. Comme les espaces alpins sont de plus en
plus exploités, et la forêt de montagne en pleine croissance, les moyens
existants pour son entretien doivent être utilisés toujours plus efficacement.
Pour ceci, il est nécessaire d'avoir des bases de décision judicieuses. Afin
d'apporter une contribution scientifique, nous avons étudié la dynamique
naturelle et l'efficacité de la protection des forêts denses non entretenues
depuis au moins 70 ans dans les espaces subalpins (entre 1500 et 2200 m
environ). En raison de leur densité, elles se trouvent dans une phase de forte
concurrence pour les ressources, et les arbres les plus faibles meurent (phase
d'autodifférenciation). À l'aide de séries temporelles (Inventaire forestier
national suisse) et de relevés sur le terrain dans différentes régions, nous
avons étudié les évolutions de ces forêts où domine l'épicéa. Dans un autre module
du projet, nous avons analysé en outre les évolutions des structures
forestières ouvertes ne présentant pas une efficacité de protection suffisante
contre les avalanches.
Nos résultats montrent que la phase d'autodifférenciation
dans les forêts subalpines s’effectue sur de très longues durées, pouvant
varier fortement en fonction de différents facteurs locaux. Au cours des deux
dernières décennies, les forêts déjà très denses le sont devenues encore plus,
et la proportion de bois mort a augmenté massivement. Jusqu'ici pourtant, aucun
effet négatif sur l'efficacité de la protection n'est apparu dans les
peuplements étudiés. Ceux qui se situent en limite supérieure de la forêt, fréquemment
plus ouverts, sont aujourd'hui également plus denses et plus efficaces. Cependant,
les processus ne s'y déroulent que très lentement, et souvent ailleurs qu'aux
endroits où ils seraient les plus indispensables, c'est-à-dire dans les
peuplements sur pentes raides, communément endommagés par des processus
gravitaires comme les avalanches ou les chutes de pierres. Ces résultats
démontrent qu'on peut accorder aux processus naturels dans les forêts
subalpines plus de temps et d'espace qu’envisagé auparavant, sans que
l'efficacité de la protection ne s'en ressente. D'autre part, avec l'extension
des forêts denses de ce type dans les Alpes, le danger de destruction à grande
échelle augmente également (arbres abattus par le vent, scolytes…), et peut
être fatal pour l'efficacité de protection. Il sera donc encore plus important
à l'avenir de rajeunir ces peuplements avec des mesures adaptées d'entretien,
là où le danger de ces dommages est le plus grand.
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Photo 1 :
Peuplement dense d'épicéas à un seul étage (Mönchalptal, Klosters).
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Sujets d'étude les
plus importants
- À quelle vitesse, et sur quelles surfaces se
propagent les destructions naturelles dans les forêts d'altitude denses et
homogènes ?
- Comment agissent les différents facteurs locaux, et
la gestion active ou passive sur le développement naturel de tels
peuplements ?
- Comment la répartition spatiale et la concurrence
avec les voisins influencent-elles la croissance et donc la mortalité des
arbres ?
- Comment les peuplements ouverts en limite supérieure
de forêt, et présentant une efficacité de protection insuffisante, ont-ils
évolué au cours des 25 dernières années ?
Régions d'étude et
méthode
L’analyse de l'évolution de structures forestières
subalpines s’est basée sur quatre séries temporelles.
- Dans l'Inventaire forestier national suisse (IFN), nous
avons étudié 395 peuplements denses, situés entre 1500 et 2200 m
d'altitude, dont certains étaient encore exploités au cours des deux
dernières décennies, et d’autres abandonnés à eux-mêmes au moins depuis 50
ans. Ces forêts abritent une proportion d'épicéas supérieure à 80 %,
sont âgées de 100 à 150 ans et présentent un grand nombre de troncs, donc
une densité importante (>250 arbres à l'hectare, taux de couverture par
la canopée 90-100%). Trois relevés complets de l'IFN (1983-85, 1993-95 et
2004-06) de ces surfaces échantillonnées ont pu être analysés et évalués
par rapport a) à la surface terrière à l'hectare, b) au nombre de troncs à
l'hectare et c) au bois mort.
- Sur la base de ces données de l'IFN, et pour les
compléter, nous avons effectué des relevés structurels et
dendroécologiques (analyse des anneaux de croissance) sur le terrain dans
20 forêts non exploitées depuis des décennies, pour en apprendre encore
plus sur la dynamique, les processus de mortalité et les relations de
concurrence dans les forêts subalpines.
- En parallèle, nous avons relevé des données
semblables dans une réserve forestière subalpine en Bulgarie
(Parangalitsa).
- Pour étudier l'évolution des forêts ouvertes à
efficacité limitée de protection contre les avalanches, nous avons
également effectué des relevés réguliers au cours du projet Avalanches en
forêts du SLF (1985-1990) et nous les avons analysés.
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Photo 2 :
Peuplement ouvert en limite de forêt présentant une protection limitée contre
les avalanches.
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Photo 3 :
Forêt d'épicéas avec une petite surface abattue par le vent dans la réserve de
Parangalitsa.
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Résultats
Pas de réelles
pertes dans l'efficacité de protection des forêts non exploitées
L'analyse des données de l'inventaire a montré une
augmentation notoire de la surface terrière par hectare dans la plupart des
peuplements au cours des 20 dernières années, alors que le nombre de troncs par
hectare est plutôt constant, tout en présentant des différences régionales.
Cela correspond à l'évolution attendue de forêts qui n'ont pas encore atteint le
point culminant de leur croissance. L'accroissement marqué de bois mort observé
est fonction essentiellement de la progression de mortalité due à la
concurrence. La présence d'une quantité de bois mort plus importante également
dans les forêts exploitées est imposée par des exigences de protection de la
nature et par la constatation qu'un rajeunissement efficace dépend souvent de
la présence de bois mort. L'évolution des paramètres de dynamique forestière
varie essentiellement en fonction de la topographie du site (exposition, pente
et dénivelée sous la limite potentielle de la forêt). L'influence des
interventions forestières sur l'efficacité de protection a été également
étudiée. On a ainsi démontré que les mesures prises sont dans la plupart des
cas efficaces, et que les forêts entretenues correspondent durablement aux
critères de protection contre les dangers naturels. Toutefois, aucune perte
notoire d'efficacité n'a été observée non plus dans les forêts non exploitées.
Il existe cependant des différences régionales, qu'il convient de prendre en
compte.
Les arbres poussent
plus rapidement sur les versants sud
Les études de terrain dans les peuplements
denses et homogènes de Suisse et de Bulgarie ont montré que les processus
d'autodifférenciation avec une forte mortalité, une absence de rajeunissement
et des pertes temporaires d'efficacité de protection peuvent durer très
longtemps (130-150 ans en Bulgarie, et souvent encore plus en Suisse), si ces
peuplements n'ont pas été ouverts auparavant par des dommages naturels ou des
interventions forestières. Ce n'est qu'après 150 à 200 ans qu'il est possible
de compter sur une transition naturelle vers des peuplements hétérogènes. Les
différences topographiques (orientation, pente et dénivelée avec la limite
potentielle de la forêt) ont pu être confirmées par l'analyse des relevés sur
le terrain, et ont démontré le grand rôle joué par l'exposition. Les processus
biologiques, surtout aux altitudes subalpines plus froides, se déroulent plus
rapidement avec l'augmentation de la température, et les arbres poussent en
général plus vite sur les adrets et arrivent à maturité 20 à 40 ans plus tôt
que sur les ubacs. Une autre conclusion importante de ces études est que les
arbres « opprimés » dès le départ dans les peuplements jeunes et
denses ne peuvent jamais compenser ce désavantage et meurent plus tôt que les
arbres qui dominent leurs voisins. Dans des conditions de concurrence moins
importantes, c'est à dire pour des densités inférieures de peuplement et donc
fréquemment à proximité de la limite de la forêt, la situation est différente ;
les arbres à croissance lente y vivent plus longtemps que les arbres qui poussent
rapidement.
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Photo 4 :
Dans les zones inférieures, l'épicéa est l'essence principale, remplacée
progressivement par le mélèze, puis par le pin cembro en limite de forêt. On
reconnaît bien ici les structures aérées en bordure supérieure actuelle de la
forêt.
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Les processus de
mortalité dépendent de la concurrence
Les résultats des analyses spatio-temporelles sur les
surfaces étudiées montrent que les processus de mortalité ne sont pas
aléatoires, mais dépendent des conditions de concurrence locales. Dans la
plupart des peuplements, ce sont uniquement les arbres entourés de voisins
nombreux et proches qui sont affectés par cette mortalité, le rayon de concurrence
augmentant en fonction des ressources disponibles avec la croissance
progressive des différents arbres. En conséquence, les processus
d'autodifférenciation vont gagner en intensité au cours des prochaines
décennies. Dans cette analyse, des différences apparaissent également suivant
l'exposition, avec les forêts orientées au sud présentant un développement plus
avancé que les forêts exposées au nord, en raison de leur croissance plus
rapide.
Plus de bois mort
La comparaison des forêts suisses étudiées avec les
forêts de montagne bulgares indique des différences notoires de rapidité des
processus. C'est ainsi que les arbres poussent en général plus vite en
Bulgarie, et que la phase d'autodifférenciation intervient plus tôt, sans doute
en raison des températures moyennes plus élevées et des précipitations plus
importantes. En conséquence, on trouve sur les surfaces bulgares des quantités
bien plus importantes de bois mort, qui, sur tous les peuplements étudiés,
s'élevaient à plus de 50 % de la quantité de bois totale, alors que ce
seuil n'a jamais été franchi pour les peuplements suisses. Toutefois, la
proportion de bois mort dans les forêts suisses non exploitées a fortement
augmenté (jusqu'à 50 m3/ha), mais est toujours en moyenne jusqu'à 10
fois inférieure à celle de nos surfaces de comparaison bulgares et autres
forêts primitives (jusqu'à 500 m3/ha).
Les forêts en
limite supérieure sont devenues plus denses
Dans la réserve naturelle de Parangalitsa, qui n'est plus
influencée par l'homme depuis au moins 150 ans, les arbres abattus par le vent
sont à bien des égards une composante importante de la dynamique de
développement. À l'inverse des écosystèmes où l’homme intervient, on a pu
constater avant tout que les arbres abattus par le vent sur de petites ou moyennes
surfaces étaient toujours essentiels pour le renouvellement du peuplement.
Dans les forêts subalpines élevées, qui sont la
plupart du temps et de manière naturelle relativement ouvertes en raison des
contraintes de froid, les évolutions sont moins rapides dans les structures
forestières plus denses. Les études dans des zones où ont sévi antérieurement
des avalanches ont cependant montré que les forêts ouvertes à proximité de la
limite supérieure sont devenues plus denses, et présentent plus d'arbres
jeunes, ce qui en général conduit à une amélioration de l'efficacité de
protection. Pourtant, il existe de grandes différences suivant les sites, et
souvent l'efficacité de la protection ne s'est pas améliorée là où cela aurait
été le plus nécessaire, c'est-à-dire dans les forêts avec une concurrence de
végétation pour les jeunes arbres et peu de bois en décomposition, ou dans les
forêts abruptes, souvent perturbées par des processus gravitaires comme les
avalanches ou les chutes de pierre (Ulrich 2008, Bebi et Ulrich 2008).
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Photo
5: Peuplement à « stem exclusion » extrême dans la réserve
forestière non exploitée de Parangalitsa (Bulgarie). La proportion de bois mort
est relativement élevée (environ 50 %) et correspond à quelque 500 m3/ha.
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Suites et
perspectives
Les processus de croissance et de décomposition sont
fortement ralentis dans les régions subalpines en raison de la période
végétative raccourcie et des températures moyennes basses. Nos études indiquent
que la décomposition complète d'un arbre après sa mort peut durer de 50 à 100
ans. Les perturbations naturelles, comme les ruptures sous la charge de la
neige ou sous la contrainte du vent, n'interviennent dans nos études en général
que sur des petites surfaces. La chute d'arbres isolés crée des clairières
réduites pouvant s'étendre au cours du temps, mais qui n'atteignent que très
rarement des surfaces importantes. Là où la lumière pénètre en quantité
suffisante, les arbres morts sont remplacés par des sujets jeunes après des
périodes très longues. La dynamique et les processus des forêts d'épicéas subalpines
bulgares sont similaires à ceux des zones non exploitées des Alpes suisses,
même si les arbres, en raison de températures moyennes légèrement plus élevées,
croissent un peu plus rapidement.
Les changements
climatiques influencent la croissance des arbres
Les processus d'autodifférenciation dans les forêts de
l'étage subalpin demandent au moins une centaine d'années dans les Alpes
suisses. Cependant, le réchauffement actuel, qui se produit de manière plus
marquée dans les Alpes suisses que dans d'autres régions, influence déjà la
croissance des arbres. Avec un réchauffement de plus en plus marqué, ces
processus vont continuer à s'accélérer, toujours en fonction des facteurs topographiques.
On peut s'attendre à ce que les forêts des ubacs se développent à moyen terme
comme les peuplements caractéristiques aujourd'hui des adrets.
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Photo 6 :
Forêt très dense de pins avec plus de 50 % de proportion de bois mort et
un rajeunissement en bonne voie. Parc national, Val dal Botsch.
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Les mesures ciblées
d'entretien restent importantes
Ces processus dynamiques présentent une variabilité
spatio-temporelle importante, et sont fortement marqués par la concurrence et
par les processus d'autodifférenciation. Les variations à petite échelle et les
grandes différences entre les sites sont caractéristiques des Alpes suisses. En
conséquence, il est important pour les forestiers et pour les décideurs, qui sont
les plus compétents pour leurs forêts et les conditions locales, de connaître ces
processus et de les prendre en compte pour leurs priorités d'exploitation. Dans
les structures ouvertes subalpines n'offrant pas une protection suffisante
contre les avalanches, la forêt se densifie, mais pas toujours là où ce serait
le plus important. Des mesures de reboisement, en combinaison avec des ouvrages
temporaires dans les zones de départ d'avalanche, continueront à jouer un rôle majeur
pour réduire les risques dans les espaces alpins.
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Photo 7 :
Forêt de mélèzes clairsemés proches de la limite supérieure actuelle avec un fort
rajeunissement des épicéas. Aebiwald, Sertig Davos.
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Photo 8 :
Forêt subalpine à Avers (Grisons) avec une grande densité de troncs et de
nombreux arbres morts encore debout.
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Photo 9: Forêt
très dense de protection contre les chutes de pierres, dominée par l'épicéa, et
caractérisée par de nombreux dommages sur les arbres. « Alter Schin »
Albula, près de Thusis.
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Plus d'espace et de
temps pour les processus naturels
Les évolutions des peuplements, aussi bien en Bulgarie
qu'en Suisse indiquent que l'on peut laisser agir les processus naturels sur de
plus grands espaces et des durées plus longues dans les forêts subalpines, sans
constater d'inconvénient immédiat pour la forêt ou pour certaines de ses
fonctions. Par ailleurs, l'augmentation massive de forêts denses de ce type
entraîne également un danger de dommages sur de grandes surfaces dans les
espaces alpins (notamment arbres abattus par le vent, scolytes). Il sera
d'autant plus important à l'avenir de rajeunir durablement les peuplements là
où les dangers de dommages sont les plus grands et où il est essentiel qu'une
bonne forêt de protection repousse rapidement après de tels événements. On ne
peut donc exclure que des efforts moins importants soient nécessaires pour
l'entretien des forêts de protection. Ces efforts peuvent être cependant
optimisés à long terme et mis en œuvre de manière encore plus conséquente (1)
là où la forêt contribue notoirement à la réduction des dangers naturels, en
amont de zones intéressantes à protéger. (2) là où il est particulièrement
important de voir repousser rapidement une bonne forêt de protection en cas de
dommages (arbres abattus par le vent, scolytes) et (3) là où, grâce à
l'entretien de la forêt de protection, de bonnes synergies s'établissent avec
d'autres prestations forestières.
Des recherches
supplémentaires sont nécessaires
Des études complémentaires seront nécessaires pour
comprendre la dynamique naturelle des forêts de montagne à plus long terme. Par
exemple, il faudrait mieux appréhender les processus après la phase d'autodifférenciation
(« self-thinning ») ainsi que l'impact des changements climatiques
sur nos forêts d'altitude. Ceci devrait contribuer à répondre aux grands défis
de définition des priorités dans l'exploitation des forêts de protection, et à
maintenir durablement leur efficacité.
Financement
Le projet a été financé par la fondation
Velux.
Équipe de projets
Frank Krumm
Momchil Panayotov
Peter Bebi
Melanie Ulrich (mémoire de diplôme)
Clothilde Gollut (étudiante en master)
Dominik Kulakowski, Heinrich Spiecker (partenaires
externes de projet)
Publications
antérieures
Bebi, P.
2008. Immer mehr Lawinenschutzwald? Newsletter Naturgefahren 2/2008:
5-6.
Bebi, P.
und Ulrich, M. 2008. Immer mehr wirksamer Lawinenschutzwald. Newsletter Wald,
WSL 24: 1-2. PDF
Bebi, P. et M. Ulrich. 2008. La forêt de protection contre les
avalanches gagne-t-elle sans cesse en surface et en efficacité? La Forêt 12/08: 22-23. PDF
Ulrich,
M., 2008: Strukturerfassung und Dynamik von waldgrenzennahen Wäldern mit
verminderter Lawinenschutzwirksamkeit in der Landschaft Davos. Diplomarbeit
ZHAW Wädenswil.
Gollut,
C. 2008. Einfluss von Witterungs- und Schneeverhältnissen auf die Entstehung
von Waldlawinen im Schweizer Alpenraum. Masterarbeit ETH Zürich und SLF Davos.
Krumm,
F., Panayotov, M. Spiecker H. and P. Bebi. 2008. Natural Dynamics subalpine avalanche
protection forests in the Swiss Alps. Trace 2008 – Conference Proceedings.
Bebi, P.
Kulakowski, D., Rixen C. 2009. Snow avalanche disturbances in forest ecosystems
– state of research and implications for management. Forest Ecology and
Management 257: 1883-1892. PDF
Panayotov M., Kulakowski D., Laranjeiro Dos Santos L., Bebi P. 2011. Wind
disturbances shape old Norway spruce dominated forest in Bulgaria. Forest Ecology and
Management 262: 470-481.
Krumm
F.,
Kulakowski D, Spiecker H, Duc P, Bebi P (2011) Stand development of Norway
spruce dominated subalpine forests of the Swiss Alps. Forest ecology and
management 262 (4):620-628
Krumm F., Kulakowski D., Risch A.C., Spiecker, H. and P. Bebi. Stem exclusion and
mortality in passively managed subalpine forests of the Swiss Alps. European
Journal of Forest Research. In review.
Krumm, F.,
Panayotov, M. and Bebi, P.: Tree mortality in dense subalpine forests of the
Swiss Alps. Conference proceeding for the TRACE conference in Orelans (France),
May 2011. In
review.
Krumm, F.
2011. Natürliche Dynamik in subalpinen Wäldern in Schweizer Alpen. Newsletter Naturgefahren 1/2011: 6.
| Mots-clés: |
Avalanche, fôrets de protection, Walddynamik, Naturgefahren, Gebirgswald |
