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Enjeux de l'utilisation de la biomasse forestière à des fins de production de bioénergie David Paré Evelyne Thiffault Service canadien des forêts.

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1 Enjeux de l'utilisation de la biomasse forestière à des fins de production de bioénergie David Paré Evelyne Thiffault Service canadien des forêts

2 Exploitation forestière et contribution au réchauffement climatique: problème ou solution? Un rapport international publié aujourdhui par Greenpeace… On y apprend quen plus de dégrader les écosystèmes, lexploitation forestière est une importante source démissions de gaz à effet de serre (GES);..cela risque de libérer des GES massivement et rapidement dans latmosphère. GIEC 2007 ch 9: Forestry, AR4, Groupe III mitigation: Un aménagement forestier durable visant à maintenir ou accroitre les stocks de carbone tout en produisant dune manière soutenue du bois, de la fibre ou de lénergie, va générer les plus grands bénéfices durables en matière de mitigation. *(traduction libre)

3 Les énergies vertes nont plus toutes les vertus…

4 Enjeux de l'utilisation de la biomasse forestière à des fins de production de bioénergie Rôle des forêts, de la foresterie et de la bioénergie dans la lutte aux changements climatiques Durabilité de la récolte de biomasse CarboneDurabilité

5 3.2 Gt C/an Keeling et Whorf, 2005 Année Concentration en CO2 (ppm) Laugmentation de la concentration atmosphérique en CO 2 est la cause première des changements climatiques. Le problème GIEC: 450ppm: seuil critique Les prochains 50 ans sont critiques

6 Échange Surface terrestre 110 Gt C/an Annuellement, les échanges de C entre les forêts et latmosphère sont importants Source GIEC/IPCC pour en Gt C/an 6,3 Gt C/an émission + 1,6 Gt C/an changement dutilisation des terres= 7,9 2,3 océans2,3 terrestre Augmentation dans latmosphère: 3,3 Gt C/an 2-stock 1-substitution

7 Comment le secteur forestier peut-il atténuer les changements climatiques? Augmenter le stock de C en forêt et dans les produits forestiers Substitution de lutilisation de combustibles fossiles

8 Augmenter les stocks (?) Stock de la forêt canadienne 235 Gt et proportion des émissions de GES 1/80 1/375 1/800 total 1/2500 Chaque canadien est propriétaire de 7000 t de C forestier et émet 5,7 t C en GES /an 260m 100m Gains à maintenir!

9 Historique des stocks de C forestier au Canada variation annuelle maximale 0,3 Gt C/an selon CBM-CFS2 au cours des derniers 100 ans 2000 An Gt C

10 Variation des stocks de carbone (Modèle CBM-CFS-2) Kurz et al Productivité totale du biome = PPT- décomposition - perturbations PPT= productivité primaire totale

11 Les forêts canadiennes depuis lan 2000: source ou puits? Kurz et al PNAS Augmenter les stocks de C sur de grands territoires! Forte dépendance de la distribution des classes dâge des peuplements (perturbations naturelles, aménagement)

12 Doit-on craindre une perte de C liée directement aux changements climatiques? FLUXNET Chute de litière et climat Respiration du sol et climat Gradient climatiqueC du solParé, Boutin, Larocque en préparation Zone chaude Zone froide Zone intermédiaire

13 Augmenter les stocks- échelle de lunité daménagement ou du polygone (?) Quelle est la quantité de C sur mon territoire au point de départ?

14 Peut-on augmenter les stocks de C en forêt? 1-échelle du site Un cas facile: lAfforestation Gain dans la végétation---Oui Gain dans le sol---(?)

15 Peut-on augmenter les stocks de C en forêt? 1-échelle du site Afforestation et Gain dans le sol: Méta-analyse mondiale Laganière, Anger, Paré, soumis oui Pas certain

16 Augmenter les stocks (?) Quelle est la quantité de C sur mon territoire au point de départ? territoire forestier

17 Distribution des peuplements de différentes classes dâge en forêt normalisée et en forêt sous perturbations naturelles selon un modèle dexponentielle négative Lauzon, Bergeron, Gauthier, Kneeshaw SFMN 2006

18 Normalisé Exponentielle négative Biomasse sur pied selon laménagement

19 estimation Age dexploitabilité absolu Évolution du volume marchand brut avec lâge MRNFQ 1998 Sapin Baumier IQS21 densité forte

20 Forêt boréale mixte- pas de déclin important de la biomasse avec le changement de cohorte (Paré Bergeron 1995 J., Ecol.)

21 Reconstitution des stocks de C Oyster River, île de Vancouver: 2500 ha : périodes pré et post-industrielles Pré-aménagement Post-aménagement

22 Quelle est la perte de C en forêt lors de la transition de territoires forestiers non-aménagés vers des territoires aménagés? Réponse: ca dépend de la fréquence des perturbations et de laménagement préconisé. Quelques exemples: Simulations de Kurz and Beukema, Apps (1998- Mitigation and adaptation strategies 2: ): En 50 ans: Perte de 0 à 40% du C en forêt Simulation sapinière (cycle de feu 250 ans- coupe 60 ans normalisé): Baisse de 40% à léquilibre.

23 Impact de laménagement forestier sur le C en forêt: 1-point de départ: Tous types de forêts sur friche Forêt normalisée vs forêt naturelle Foresterie extensive normalisé vs foresterie intensive 2-aménagement intensif: plus forte productivité, moins de superficie autant de C sur pied que laménagement extensif Possibilité de pertes Gains concrets

24 Gestion des stocks de carbone (Kurz et al. 2005) Augmentation Diminution Augmentation Diminution Stocks Récolte Déforestation Afforestation Réserves Révolution courte Révolution longue Sylviculture intensive

25 Il ny a pas que la séquestration de C en forêt qui permet de lutter contre les changement climatique. Les produits forestiers peuvent réduire les émissions de CO 2 en substituant des produits de tels que: Les combustibles fossiles Lacier Le béton Les produits agricoles

26 1 + 1 = 3 ou Comment les produits du bois peuvent avoir un effet plus grand que leur masse ou leur contenu en C Une cuillère en bois: 17 g CO 2 Une cuillère en métal: 460g CO 2 Une cuillère en plastique: 200g CO 2 Source: UK forestry commission 2008

27 Stockage dans la construction et substitution Projet Fairmule House, Londres Construction de 5 étages en bois: 360m 3 = 300 t CO 2 Remplacement de lacier et du béton: on évite lémission de 720 t CO 2 Source: CEE 2006

28 Analyse de cycle de vie Perez-Garcia et al Californie-rotation 45 ans

29 Forêt tropicale convertie en production de canne à sucre pour bioéthanol (Fangione 2008) Comment réconcilier une perte de stock (kg/ha) et un produit de substitution (kg/ha-an) ? (concept de la dette de C: Fangione et al. Science: 2008) Dette de 700 t CO2/ha paiement 7.1/an Temps pour repayer la dette= 100 ans Tourbière tropicale convertie en production de canne à sucre pour bioéthanol (Fangione 2008) Dette de 3500 t CO2/ha paiement 7.1/an Temps pour repayer la dette= 500 ans

30 Rendement énergétique Ryan 2008 FERIC Sources diverses: 20-60% output net Biomasse forestière Maïs éthanol

31 Forêt boréale- perte de 0 à 40% du C en forêt lors de la conversion (Kurz, Beukema, Apps 1998) Cas 2- peuplier haute productivité Volume à maturité: 300 m 3 /ha Dette 0-40%= 120 m 3 /ha Productivité 4m 3 /ha-an, PEH 8 à 15 m 3 /ha-an; Remboursement de la dette: 0-30, 0-15, 0-8 ans Comment réconcilier une perte de stock (kg/ha) et un produit de substitution (kg/ha-an) ? (concept de la dette de C: Fangione et al. 2008) Cas 1- épinette noire faible productivité Volume à maturité: epn 50 m 3 /ha Dette 0 à 40%= 20 m 3 /ha Productivité= 1 m 3 /ha-an; Remboursement de la dette: 0 à 20 ans.

32 Comment la forêt peut limiter nos émissions nettes de C à latmosphère? Stocker du bois ou des produits forestiers Utiliser les produits du bois pour substituer la consommation de produits qui génèrent la production de combustible fossiles *** Accroître ou maintenir le stock de C en forêt (pas toujours possible) Comment concilier les effets sur les stocks de C et ceux sur leffet des produits? le Concept de la dette de C (Fangione Science)

33 Conditions gagnantes GIEC 2007 ch 9: Forestry, AR4, Groupe III mitigation: " Un aménagement forestier durable visant à maintenir ou accroître les stocks de carbone tout en produisant dune manière soutenue du bois, de la fibre ou de lénergie, va généré les plus grands bénéfices durables en matière de mitigation. "

34 Bois de déroulage / sciage Bois de pâte Biomasse pour bioénergie Source: Groupement forestier de lest du lac Témiscouata

35 Matière organique et éléments nutritifs On ne fait pas domelette sans casser des œufs…

36 Vraie vie Site récolté par arbre entier (tronc + branches)

37 Cest aussi ça la vie… Peuplier poussant près dune pile de branches Peuplier poussant loin de la pile de branches Site de coupe par arbre entier Source: David Paré, CFS

38 On a la chance dêtre en amont: Prévenir les impacts indésirables Miam! Des biocarburants! RÉSERVE MONDIALE DE NOURRITURE

39 Définir des niveaux de récolte de biomasse écologiquement durables

40 Quest-ce quon essaie de préserver exactement?

41 Sorties Récolte: Tronc seulement? Arbre entier? Arbre entier + souche? Lessivage Entrées Sol et atmosphère Budget déléments nutritifs

42 Analyse de risque de perte déléments nutritifs Épinette noire en forêt boréale Sable Résidus de coupe Indice de qualité de station Type de sol Enlevés (Coupe par arbre entier) Laissés sur le site (coupe par tronc entier) faible Moyenne Élevée Densité Mince TillArgile Mince Sable TillArgile Risque élevé Risque modéré Risque nul Risque faible Source: Paré et al. 2002

43 Charge critique Dépôts Soufre + Dépôts Azote = Dépôts cations basiques + Altération cations basiques – Prélèvement cations basiques + Immobilisation Azote + Prélèvement Azote + Dénitrification Azote – Dépôts Chlore – Lessivage Capacité de neutralisation de lacidité Quantité de dépôts atmosphériques acides quun sol peut recevoir avant que des effets néfastes se produisent. Arbre entier : Prélèvement Charge critique Tronc entier : Prélèvement Charge critique Plus cette quantité est élevée, plus le sol est résistant à lacidification.

44 Très bon pour estimer les sorties Pas si bon pour estimer les entrées Vraiment mauvais pour comprendre ce qui se passe entre les deux

45 Pas un compte de banque!

46 Larbre nest pas un puits déléments nutritifs pour le système Arbres à croissance rapide Ne causent pas lappauvrissement du sol. Plus de feuillage, plus de racines, plus de litière retournée au sol Bélanger et al Can. J. For. Res. 34: Thiffault, Paré. Bélanger: Travaux sur des plantations de peuplier hybride sur friche agricole. Expérience du sandbox La présence darbres augmentent substantiellement laltération des sols, i.e. les entrées déléments nutritifs dans le système. Bormann et al Biogeochemistry 43: 129–155.

47 Études sur le terrain

48 Effet de la récolte du tronc + résidus par rapport à la récolte du tronc seulement Carbone pH N NminPKCaMg Nombre détudes Pas deffet Diminution Source: Antti Wall, Finnish Forest Research Institute Études sur le terrain

49 Réservoirs de cations échangeables (Ca, Mg, K) Tronc + Résidus récoltés Tronc seulement Années après coupe COUPECOUPE … Calcium Magnésium Capacité du sol à retenir les cations Réduction de la concentration en Calcium dans les lacs: baisse des populations de Daphnia Jeziorski et al Science 322: Études sur le terrain <

50 Concentrations foliaires en éléments nutritifs Années après coupe COUPECOUPE … Calcium Magnésium Azote Phosphore Potassium Études sur le terrain Tronc + Résidus récoltés Tronc seulement <

51 Années après coupe COUPECOUPE … Nutrition: effet positif avec résidus Microclimat: effet positif avec ou sans résidus selon le site Croissance de la régénération Tronc + Résidus récoltés Tronc seulement Études sur le terrain

52 Pin gris Sable grossier pauvre en Calcium et Magnésium Diminution: Contenu en matière organique Capacité du sol à retenir les éléments nutritifs Nutrition en Calcium, Magnésium Épinette noire Sapin baumier Till moyen pauvre en Calcium Études sur le terrain: Forêt boréale du Québec Récolte par arbre entier vs Récolte par tronc seulement Espèce sensible Source: Thiffault et al. 2006, SSSAJ, et David Paré, données non publiées Diminution: Nutrition en Calcium Croissance -18 % Site sensible Bons indicateurs

53

54 Source: B. Olsson and P-O Brandtberg (unpubl.) Dans: Swedish Energy Agency, Synthesis Report, ER2006:44 (2007) Pas une solution miracle! Hauteur de la régénération Épandage des cendres Études sur le terrain Effet négatif de lépandage des cendres Effet positif de lépandage des cendres Pas deffet

55 Rôle de la biodiversité?

56 Les connaissances sont incomplètes, imparfaites… Mais elles existent! …Puis après? Donc… BON SITE BAD SITE Optimiser la récolte selon la sensibilité des sites

57 Catégorie de risqueType de sol Low Brunisols (except podzolic type) Surface-water gleys (except podzolic type, Ground-water gleys, Limestone soils, Juncus bogs. Medium Brunisols podzoliques, Podzolic surface-water gleys, Integrade ironpan soils, Peaty gley soils, Molinia bogs (9a,b), High Unflushed peatland/bog soils, Molinia bogs (9c-e), Ironpan soils Podzols, Littoral soils, Rankers and Skeletal soils. Faible: Non-affecté par la récolte des résidus Moyen : Laisser le feuillage Élevé : Ne supporte pas la récolte des résidus Lignes directrices pour la récolte de résidus: Angleterre

58 Catégorie de risqueType de site Medium Sables grossiers à drainage excessif Sols minces ( 20 à 50 cm) High Tourbières Peuplier et feuillus tolérants sur sols très minces ( < 20 cm) Moyen: Limiter la récolte Élevé: Ne supporte pas la récolte des résidus Lignes directrices pour la récolte de résidus: Minnesota Lors de la récolte de résidus, laisser le houppier et les branches pour 1 arbre sur 5, et tous les bris accidentels.

59 Finlande: Récolte des souches Source: Dominik Röser, METLA

60 Source: Christer Backlund, UPM Lignes directrices pour la récolte des souches: Finlande

61 Très sensible Pas sensible Définir un gradient de sensibilité des sites Sites où lon devrait éviter la récolte des résidus: Sols très minces (< 25 cm) Tourbières ombrothrophes Peuplements de pin gris Sables grossiers Sols peu fertiles (pauvres en calcium, magnésium et potassium)

62 Eau Non productif Carte écoforestière Abitibi – Secteur Disson

63 Eau Non productif Tourbière Pin gris Sable grossier Pas de récolte de résidus Productif Propice à récolte de résidus Carte écoforestière Abitibi – Secteur Disson

64 Données minières > échantillons de sédiments de lacs, cours deau, sols Pour chaque échantillon: Concentration en Calcium, Magnésium, Potassium

65 Concentration du sol en calcium Concentration faible Concentration élevée (Faire la carte, cest la partie facile) Pas de récolte de résidus Propice à récolte de résidus

66 Pour conclure… Développement de lignes directrices pour le Québec Oui à la récolte des résidus de coupe, mais: Limiter ou éviter la récolte de résidus: Échelle régionale: Zones dont les sols sont peu fertiles Échelle locale: Sols très minces (< 25 cm) Tourbières Sables grossiers Peuplements de pin gris

67 Suivi écologique des opérations de récolte Evelyne: David: Protocole/Méthodes de suivi Sol, croissance de la régénération, biodiversité Projet CRÉ du Bas St-Laurent et groupement forestier de lest du Lac Témiscouata Projets Cyclofor, Tembec, AbitibiBowater Projet CLD du Haut-St-François

68 Cest correct. La scie mécanique fonctionne au biocarburant.


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