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Sécheresse et hêtres: effets à moyen terme de la sécheresse estivale de 2018 sur le hêtre sur le versant nord des Alpes

 

La sécheresse extrême de l'été 2018 a entraîné une décoloration et une chute prématurées des feuilles de hêtres dans diverses régions du Plateau suisse et du Jura dès le mois de juillet. Dans ce projet, nous étudions les causes possibles de ce phénomène, en particulier les propriétés du sol et l’affaiblissement de certains arbres dû à des épisodes de sécheresse antérieurs. L'évolution de la vitalité des arbres sera observée sur plusieurs années à partir de 2018.

 

En Suisse comme dans de nombreuses autres régions d'Europe, l'été 2018 a été marqué par une canicule accompagnée de plusieurs semaines de sécheresse. Par exemple, certaines régions du Plateau n'ont reçu que deux tiers environ de la quantité habituelle de pluie. La sécheresse prononcée a entraîné une décoloration prématurée du feuillage des hêtres dans diverses régions de Suisse puis une chute des feuilles à partir de juillet et août (Fig. 1). La question s'est alors posée de savoir si cette chute précoce des feuilles représente une réaction protectrice de l’arbre lui conférant un avantage physiologique (réduction de la transpiration), ou si elle est un symptôme évident de dommage. Par ailleurs, il est intéressant de suivre l’évolution de la vitalité de ces hêtres dans les prochaines années pour mieux comprendre leur capacité de résilience face à une sécheresse extrême.

Dans le cadre de l'initiative Sécheresse 2018 du WSL, le projet « 1000 hêtres » a été lancé pour étudier dans quelle mesure les hêtres qui ont perdu leurs feuilles prématurément en 2018 diffèrent les années suivantes des hêtres dont les feuilles sont tombées normalement, c’est-à-dire vers le mois d’octobre. À cette fin, 964 hêtres ont été marqués dans les régions de Bâle-Campagne, Schaffhouse, et Bremgarten (AG)/Knonauer Amt (ZH), et les dommages dus à la sécheresse ont été estimés. Les mêmes arbres ont été rééxaminés durant l'été 2019. Plusieurs groupes de recherche du WSL collaborent à ce projet (Écologie des perturbations, Écophysiologie, Protection de la forêt suisse, Entomologie forestière, Fonctions et protection des sols).

Ce projet a été suivi au printemps 2020 par « Sécheresse et hêtres », qui comprend les deux modules « 1000 hêtres » et « Ajoie ».

 

Module 1 : 1000 hêtres

Dans le premier module, la série chronologique précédente comportant deux ans de données sur les hêtres morts ou en cours de rétablissement du projet « 1000 hêtres » est prolongée de deux années supplémentaires. En outre, l'analyse des cernes permet d'examiner les effets à moyen terme de la sécheresse et les causes des différents types de dommages. Les relevés de terrain ont pour but de montrer si et dans quelle mesure les hêtres peuvent se rétablir et combien de hêtres supplémentaires meurent pendant cette période.

Les questions de recherche suivantes seront examinées : combien d'individus présentant une chute prématurée des feuilles survivront-ils en 2019 et 2020 ? Quels dommages les hêtres ont-ils subis au cours des quatre premières années ? Ces dommages sont-ils tributaires des caractéristiques du sol, des ravageurs ou des agents pathogènes ? Comment la chute prématurée des feuilles affecte-t-elle la diversité des espèces d'arthropodes vivant dans les arbres (insectes et arachnides) ?

 

Méthodes

En août 2018, 964 hêtres ont été marqués dans les régions de Bâle-Campagne, Schaffhouse, Bremgarten (canton d'Argovie) et dans l'ouest du canton de Zurich, et les dommages visibles ont été estimés (figure 2).

 

 

La vitalité (état de la couronne, mortalité totale) de tous ces arbres a été à nouveau estimée en 2019 et 2020. En outre, des effets secondaires d'origine biotique tels que les suintements de mucus, les infections fongiques et les infestations par des insectes sur les troncs (figure 3) ont été enregistrés sur tous les arbres. Ceux-ci pourraient être des effets tardifs de la sécheresse estivale de 2018.

En juillet 2019 et 2020, des échantillons de feuilles (figure 4) ont été récoltés dans la couronne de certains des arbres pour des analyses chimiques et pour rechercher la présence de dommages dus à des insectes. Les sites ont également fait l'objet d'une étude pédologique.

De septembre à novembre 2020, des carottes ont été prélevées sur tous les hêtres afin de reconstituer l'historique de croissance de chaque arbre à l'aide de l'analyses des cernes et vérifier si les arbres sérieusement affectés par la sécheresse de 2018 n'étaient déjà pas affaiblies par des sécheresses antérieures.

 

Premiers résultats (2018-2019)

Alors que plus de 50 % des hêtres ayant perdu leur feuillage prématurément au cours de l’été 2018 présentaient une mortalité du houppier d'au moins 10 %, ces dommages ne sont observés que sur 20 % des arbres témoins.

Une deuxième inspection en juillet 2019 a confirmé l'augmentation de la mortalité des houppiers depuis 2018 ainsi que l’augmentation des dégâts causés par des pathogènes.  Par exemple, des suintements de mucus ont été observés en mai 2019 chez un cinquième des hêtres présentant une chute prématurée des feuilles en 2018, alors que cette réaction de défense contre les agents pathogènes et les ravageurs n'a été constatée que chez 6 % des arbres témoins.

Ces premiers résultats suggèrent ainsi que la chute prématurée des feuilles pourrait être causée par un affaiblissement des hêtres.

 

Module 2 : Ajoie

La sécheresse extrême de 2018 a provoqué des dégâts importants et parfois étendus dans les hêtraies de l'Ajoie (canton du Jura) (figure 6). Dans cette région, les caractéristiques des dommages varient à une échelle relativement faible, parfois même au sein d'un peuplement.

Par conséquent, ce deuxième module a pour objet d'examiner les facteurs prédisposants susceptibles d'expliquer la diversité des dommages causés aux hêtres par la sécheresse. À cet effet, le climat local, les propriétés du sol et les facteurs génétiques seront examinés.

En outre, l'analyse des cernes devrait montrer si un affaiblissement précoce des arbres (par exemple dû à la sécheresse ou aux parasites) est évident dans les modèles de croissance à long terme.

 

Méthodes

En collaboration avec l'Office de l'Environnement du canton du Jura, neuf peuplements de hêtre comportant des proportions variables de hêtres fortement endommagés ont été sélectionnés début 2020, soit trois peuplements présentant chacun une proportion > 75%, 50% et 10% (figure 7).

En collaboration avec l'Institut de physiologie végétale appliquée (IAP) et Protection de la forêt suisse (WSL), 21 hêtres ont été sélectionnés et marqués dans chaque peuplement au printemps 2020, c'est-à-dire 189 arbres en tout.

 

Durant l'été 2020, deux carottes ont été prélevées dans chaque arbre (figure 8) afin de déterminer l’historique de croissance de chaque individu à partir des cernes. On s'attend à ce que cette approche révèle que les arbres les plus sévèrement touchés par la sécheresse de 2018 sont ceux qui avaient déjà été affaiblis par des sécheresses, reconnaissable par des cernes plus étroits. La vitalité des hêtres a par ailleurs été évaluée en appliquant les mêmes paramètres que dans le projet « 1000 hêtres » (module 1).

À l'automne 2020, des fosses pédologiques ont été creusées dans les neuf peuplements. La profondeur du sol et d'autres paramètres ont été mesurés. Sur la base de ces données, un modèle de bilan hydrique du sol sera calculé pour chaque peuplement afin de montrer les éventuelles différences du bilan hydrique entre les peuplements.

De plus, des échantillons de feuilles de hêtres gravement et légèrement endommagés ont été collectés dans trois de ces peuplements au cours de l'été 2020. Une analyse génétique de ces échantillons a été réalisée par l'IAP afin d'obtenir des indications d'une éventuelle prédisposition génétique de sensibilité à la sécheresse. 

 

Sécheresse et hêtres : comment les hêtres réagissent-ils à une sécheresse extrême en Suisse ?

Été 2020: l'équipe du projet "Sécheresse et hêtres" fait des relevés en forêt.

 

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