Link zu WSL Hauptseite Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage WSL
 
Durée: 2008 - 2012

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.

Mönchalptal, Klosters    
Photo 1 : Peuplement dense d'épicéas à un seul étage (Mönchalptal, Klosters).    

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.
Offener, waldgrenzennaher Waldbestand   Fichtenwald im Parangelica Reservat (Bulgarien)
Photo 2 : Peuplement ouvert en limite de forêt présentant une protection limitée contre les avalanches.   Photo 3 : Forêt d'épicéas avec une petite surface abattue par le vent dans la réserve de Parangalitsa.

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.

Südwest-Hang Dischma    
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.  
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).

Totholz    
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.    

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.

Nationalpark, Val dal Botsch    
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.    
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.

Aebiwald, Sertig Davos
Photo 7 : Forêt de mélèzes clairsemés proches de la limite supérieure actuelle avec un fort rajeunissement des épicéas. Aebiwald, Sertig Davos.

Fichtenwald
Photo 8 : Forêt subalpine à Avers (Grisons) avec une grande densité de troncs et de nombreux arbres morts encore debout.
 
Nationalpark, Val dal Botsch
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.
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

 

Spacer