Les résultats des projets CARBOFOR et ANR-QDiv ; les questions qu’ils soulèvent ; les avancées avec le projet ANR-Climator Vincent Badeau (et al.) UMR INRA-UHP Ecologie & Ecophysiologie Forestières Equipe Phytoécologie 54280 Champenoux badeau@nancy.inra.fr www4.nancy.inra.fr/eef Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Quelques rappels à propos de Carbofor Projet GICC – GIP Ecofor, 2002 – 2004 Coordinateur Denis Loustau (Ephyse-Bordeaux) Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau Des résultats à l’échelle de l’Europe actuel futur Exemple du hêtre (Sykes & Prentice, 1995) Exemple du hêtre (Thuiller etal., 2005) Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Un problème de bases de données Flora europaea maille de 50 km Inventaire Forestier National 1 point / 130 ha Ch. vert Les contours de la niche dépendent des observations utilisées hêtre Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Un problème de bases de données Climatic Research Unit Norwich – UK (10’) AURELHY Météo-France (1km – 30’’) AURELHY Météo-France (10’) Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau Evolution potentielle des aires climatiques 70 espèces ligneuses 1200 espèces forestières Chêne vert Actuel 2100 – B2 Badeau et al., 2004, 2010 ; Wallerich, 2006 Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau Evolution potentielle des aires climatiques scénario B2 scénario A2 Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau Les modèles de niche : du pour ! Basés sur un des plus vieux concept de l’écologie Simples à mettre en œuvre Permettent de tester un grand nombre d’espèces (y compris herbacées) ou de groupes d’espèces ; un grand nombre de facteurs de l’environnement Les modèles de niche : du contre ! Corrélations et pas forcément causalités Pas de prise en compte des effet direct du CO2 Pas de prise en compte de la variabilité interannuelle du climat Pas de prise en compte de la croissance, la migration, la variabilité génétique, des interactions biotiques… Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Projet QDiv ANR-Biodiversité quantification des effets des changements globaux sur la diversité végétale Coordinateur Paul Leadley (ESE - Université Paris XI - Orsay) Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Approches corrélatives Les modèles de QDiv Approches corrélatives Nancy NBM(V. Badeau et al., 2004, 2010. V. Badeau, INRA Nancy) BIOMOD(W. Thuiller, 2003. W. Thuiller, LECA Grenoble) STASH(Sykes et al, 1996. E. Gritti, CEFE Montpellier) Approches mécanistes PHENOFIT (Chuine and Beaubien 2001. I. Chuine, CEFE Montpellier) phénologie CASTANEA (E. Dufrêne et al, 2005. C. François and A. Cheaib, ESE Orsay) carbone & croissance (flux et stock) modèles dynamique globaux de la végétation (DGVM) types fonctionnels de plantes (PFT) ORCHIDEE (Krinner et al, 2005. N. Viovy CEA)  IBIS (Kucharik et al, 2000. C. Delire Meteo France)  LPJ (Stich et al, 2003. E. Gritti, CEFE Montpellier) Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau Les objectifs Comparer les modèles pour quantifier les incertitudes Evaluer les modèles en interprétant les projections sur la base des différentes approches et hypothèses de modélisation Eprouver nos connaissances des mécanismes qui piloteront les changements d’aires de répartitions (aide aux stratégies d’adaptation) Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Les données de QDiv Données IFN agrégées à 8 km ARPEGE A1B + régionalisation TT CERFACS RU Profondeurs de sols (min, max, moy)

Fagus sylvatica ANR QDiv (A. Cheaib et al., in prep)

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau “Take home messages” Hêtre / Chêne pédonculé / feuillus décidus tempérés : - régression en plaine > régression en montagne (voir augmentation) - les modèles de niche sont moins conservatif que les modèles mécanistes (surtout en plaine) - rôle clé du [CO2] et du bilan hydrique Pin sylvestre / Chêne vert / feuillus sempervirents : - les modèles sont en accord dans toutes les régions - rôle clé des températures Les modèles répondent globalement « dans le même sens » mais : - les modèles de niche (applicables à toute espèce) sont très satisfaisant sur la période actuelle et très « pessimistes » pour le futur - les modèles mécanistes (applicables à quelques espèces) sont plus satisfaisant du point de vue du fonctionnement physiologique (environnement non constant) mais peuvent être peu « efficaces » sur la période actuelle. Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Projet CLIMATOR ANR-Vulnérabilité élaborer des outils et produire des références pour analyser l’impact du changement climatique sur les systèmes agricoles et forestiers Coordinatrice Nadine Brisson (Agroclim – INRA Avignon) www.inra.fr/la_science_et_vous/livre_vert_du_projet_climator Fo r ê t - e n t r e p r i s e n ° 1 9 6 - j a n v i e r 2 0 1 1 Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Hiérarchiser les incertitudes La quantification des effets du changement climatique sur des systèmes agricoles ou forestiers est contrainte par de nombreuses sources d’incertitudes et de variabilité. Les incertitudes renvoient à un blocage des connaissances actuelles : - soit de façon irréductible (cas des scénarios d’émission de gaz à effet de serre) - soit de façon réductible car liées à des connaissances actuelles insuffisantes (cas des modèles climatiques, des méthodes de régionalisation, des modèles d’impacts). Les sources de variabilité sont : - soit des subies (variabilité des sols et des sites géographiques) - soit des choix possibles pour la conduite des cultures (choix des variétés, des provenances, des itinéraires techniques).

Les données de Climator www.inra.fr/la_science_et_vous/livre_vert_du_projet_climator - 12 sites géographiques - 3 (5) types de sols - 10 séries climatiques 1970-2100 5 modèles (ARPEGE, CCCMA, GISS, MRI, NCAR) 3 scénarios SRES (B1, A1B, A2) 3 méthodes de régionalisation (anomalies, QQ, TT)

Les modèles de Climator 12 modèles agronomiques 3 modèles forestiers BILJOU © INRA Nancy Un modèle de bilan hydrique Confort hydrique Restitution d’eau au milieu GRAECO INRA Bordeaux Bilans intégrés eau, carbone, croissance avec gestion sylvicole Pin maritime Flux hydriques Flux de carbone Rendement EVOLFOR INRA Nancy Un modèle de niche  Probabilité de présence Dans le cadre de CLIMATOR, l’appréhension des impacts du changement climatique sur la forêt française a été étudiée à travers un ensemble de simulations reposant sur : trois modèles d’analyse des impacts du climat sur les forêts avec des approches spécifiques et complémentaires : BILJOU (bilan hydrique peuplement : Granier et al., 1999), GRAECO (bilan intégré eau, carbone, croissance avec gestion sylvicole : Lousteau et Bosc, 2005), EVOLFOR (modèle de niche : Badeau et al., 2010). trois type de couverts : feuillus décidus, conifères à fort indice foliaire, plantation de pin maritime avec sous étage herbacé ; les modèles de niches ont été déclinés pour des espèces forestières ou des groupes chorologiques, cinq sols forestiers avec des réserves utiles comprises entre 100 et 230 mm, le climat, analysé sur 3 fenêtres temporelles (passé récent PR, futur proche FP et futur lointain FL), croise deux scénarios d’émission et trois méthodes de régionalisation. La déclinaison régionale des scénarii climatiques sur les 12 sites métropolitains du projet CLIMATOR. La démarche mise en œuvre a permis d’analyser, de quantifier et de hiérarchiser les sources d’incertitudes et voies d’adaptation autour des impacts sur quelques variables socles comme la restitution d’eau au milieu par drainage, la consommation en eau, le confort hydrique des arbres (ou déficit en eau des sols), ou plus spécifiques comme leur productivité ou l’évolution des probabilités de présence des espèces (extension et régression des contours de niches climatiques potentielles). BILJOU est en ligne ! http://biljou.nancy.inra.fr/biljou

Evolution du rendement Pin maritime Conifères (type Pin maritime) +40 +20 -20 -40 Variation du rendement (%) 1970-2000 2020-2050 2070-2100 A1B -4,6% en moyenne -11% en moyenne Modèle GRAECO, Méth. Région. Type tps, Sc. Clim. A1B

Evolution des biomes INTENSITÉ DU SCÉNARIO D’ÉMISSION 1970-2000 2020-2050 2070-2100 B1 A1B A2 Fond de carte = Aires biogéographiques actuelle selon Carbofor.: Groupe des essences méditerranéennes (rouge), groupe aquitain (orange), groupe nord-ouest (jaune), groupe nord-est (vert), groupes montagnards (3 niveaux de bleu). Les 12 rubik’s cube = 6 scénario x 3 périodes (de G à D, PR, FP, FL) PR - Dans la plupart des cas les données climatiques CLIMATOR permettent de retrouver le « bon » groupe biogéographique. Dans qq cas on n’est pas pile poil sur le bon groupe mais pas très éloigné ; enfin pour certain sites les données CLIMATOR ne donnent pas du tout le bon groupe. Carbofor = climat normal moyen (données AURELHY) / Climator = climat très local donc les bugs sont possibles. FP et FL : on reste cohérent avec Carbofor. FP et FL : pas de prb particulier pour Avignon, Toulouse, Bordeaux et de façon plus génrale pour tout le sud et l’ouest. Les choses se gâtent dans la moitiée Est : les différents scénarios ne conduisent pas de façon homogènes aux mêmes « biomes ». L’incertitude serait donc plus forte dans ces régions L’exemple de Mirecourt est pas mal : pas d’évolution pour CNRM B1 / passage au méditerranéen pour CNRM A2 et CERFACS2 A1B / augmentation du caractère montagnard pour CERFACS1 A1B Modèle EVOLFOR, Méth. Région. Q-Q, Sc. Clim. A1B

Evolution des biomes INTENSITÉ DU SCÉNARIO D’ÉMISSION 1970-2000 2020-2050 2070-2100 B1 A1B A2 Fond de carte = Aires biogéographiques actuelle selon Carbofor. Les 12 rubik’s cube = 6 scénario x 3 périodes (de G à D, PR, FP, FL) PR - Dans la plupart des cas les données climatiques CLIMATOR permettent de retrouver le « bon » groupe biogéographique. Dans qq cas on n’est pas pile poil sur le bon groupe mais pas très éloigné ; enfin pour certain sites les données CLIMATOR ne donnent pas du tout le bon groupe. Carbofor = climat normal moyen (données AURELHY) / Climator = climat très local donc les bugs sont possibles. FP et FL : on reste cohérent avec Carbofor. FP et FL : pas de prb particulier pour Avignon, Toulouse, Bordeaux et de façon plus génrale pour tout le sud et l’ouest. Les choses se gâtent dans la moitiée Est : les différents scénarios ne conduisent pas de façon homogènes aux mêmes « biomes ». L’incertitude serait donc plus forte dans ces régions L’exemple de Mirecourt est pas mal : pas d’évolution pour CNRM B1 / passage au méditerranéen pour CNRM A2 et CERFACS2 A1B / augmentation du caractère montagnard pour CERFACS1 A1B Modèle EVOLFOR, Méth. Région. Q-Q, Sc. Clim. A1B

Evolution des biomes INTENSITÉ DU SCÉNARIO D’ÉMISSION 1970-2000 2020-2050 2070-2100 B1 A1B A2 Fond de carte = Aires biogéographiques actuelle selon Carbofor. Les 12 rubik’s cube = 6 scénario x 3 périodes (de G à D, PR, FP, FL) PR - Dans la plupart des cas les données climatiques CLIMATOR permettent de retrouver le « bon » groupe biogéographique. Dans qq cas on n’est pas pile poil sur le bon groupe mais pas très éloigné ; enfin pour certain sites les données CLIMATOR ne donnent pas du tout le bon groupe. Carbofor = climat normal moyen (données AURELHY) / Climator = climat très local donc les bugs sont possibles. FP et FL : on reste cohérent avec Carbofor. FP et FL : pas de prb particulier pour Avignon, Toulouse, Bordeaux et de façon plus génrale pour tout le sud et l’ouest. Les choses se gâtent dans la moitiée Est : les différents scénarios ne conduisent pas de façon homogènes aux mêmes « biomes ». L’incertitude serait donc plus forte dans ces régions L’exemple de Mirecourt est pas mal : pas d’évolution pour CNRM B1 / passage au méditerranéen pour CNRM A2 et CERFACS2 A1B / augmentation du caractère montagnard pour CERFACS1 A1B Modèle EVOLFOR, Méth. Région. Q-Q, Sc. Clim. B1, A1B, A2

Evolution des biomes B1 A1B A2 INTENSITÉ DU SCÉNARIO D’ÉMISSION 1970-2000 2020-2050 2070-2100 Incertitude liée à la méthode de régionalisation du climat Types de temps Anomalies Quantiles-quantiles Fond de carte = Aires biogéographiques actuelle selon Carbofor. Les 12 rubik’s cube = 6 scénario x 3 périodes (de G à D, PR, FP, FL) PR - Dans la plupart des cas les données climatiques CLIMATOR permettent de retrouver le « bon » groupe biogéographique. Dans qq cas on n’est pas pile poil sur le bon groupe mais pas très éloigné ; enfin pour certain sites les données CLIMATOR ne donnent pas du tout le bon groupe. Carbofor = climat normal moyen (données AURELHY) / Climator = climat très local donc les bugs sont possibles. FP et FL : on reste cohérent avec Carbofor. FP et FL : pas de prb particulier pour Avignon, Toulouse, Bordeaux et de façon plus génrale pour tout le sud et l’ouest. Les choses se gâtent dans la moitiée Est : les différents scénarios ne conduisent pas de façon homogènes aux mêmes « biomes ». L’incertitude serait donc plus forte dans ces régions L’exemple de Mirecourt est pas mal : pas d’évolution pour CNRM B1 / passage au méditerranéen pour CNRM A2 et CERFACS2 A1B / augmentation du caractère montagnard pour CERFACS1 A1B Modèle EVOLFOR, Méth. Région. Q-Q, Types tps, Anomalies, Sc. Clim. A1B

Evolution des probabilités de présence ARPEGE A1B Augmentation de la probabilité de présence du chêne vert dans le futur proche et lointain mais fortes incertitudes liées aux méthodes de régionalisation

Hiérarchisation des facteurs de variabilités CNRM B1 / A1B / A2 Même en contexte de CC il reste des différences importante d’une année à l’autre ; d’une région à l’autre

Voies d’adaptation : exemple de la prise en compte des déficits hydriques 1970-2000 2070-2100 2020-2050 175 80 Réserve utile 240 150 125 Déficit hydrique (mm/an) 100 75 Les 4 étapes de la diapo : 1 – montrer que pour deux types de couverts (feuillus et résineux à fort LAI) le deficit hydrique va augmenter et d’autant plus que le scénario est sévère 2- Il existe une limite ne permettant plus les pratiques telles qu’actuel : 110 mm  nécessité de définir des voies d’adaptation : 3- * restreindre les essences à fort besoin dans les sols avec la RU la plus forte. Mais ceci n’est plus envisageable au FL 4- * Substitution par des essences feuillues +++ Géneralités l’option 2 à toutes choix variétal adapté (inclure la selection et le recours à des essences exogènes) Dans le projet dryade étude dépérissement  déjà à la limite  événements extrêmes Revoir le titre des options d’adaptation Accompagnement textuel des points à retenir ? 50 25 Modèle BILJOU

Quelles options d’adaptation ? : Voies d’adaptation : exemple de la prise en compte des déficits hydriques 110 Quelles options d’adaptation ? : 1970-2000 2070-2100 2020-2050 80 Réserve utile 240 2. Couvert décidu sur même gamme de sol 1. Limiter aux sols à forte RU Les 4 étapes de la diapo : 1 – montrer que pour deux types de couverts (feuillus et résineux à fort LAI) le deficit hydrique va augmenter et d’autant plus que le scénario est sévère 2- Il existe une limite ne permettant plus les pratiques telles qu’actuel : 110 mm  nécessité de définir des voies d’adaptation : 3- * restreindre les essences à fort besoin dans les sols avec la RU la plus forte. Mais ceci n’est plus envisageable au FL 4- * Substitution par des essences feuillues +++ Géneralités l’option 2 à toutes choix variétal adapté (inclure la selection et le recours à des essences exogènes) Dans le projet dryade étude dépérissement  déjà à la limite  événements extrêmes Revoir le titre des options d’adaptation Accompagnement textuel des points à retenir ? █ B1, █ A1B, █ A2 Modèle BILJOU

Quelles options d’adaptation ? : Voies d’adaptation : exemple de la prise en compte des déficits hydriques Quelles options d’adaptation ? : 1970-2000 2070-2100 2020-2050 80 Réserve utile 240 1. Limiter aux sols à forte RU 110 2. Couvert décidu sur même gamme de sol 3. Itinéraires à LAI réduit Les deux étapes de la diapo : 1- Réduire le LAI des résineux (densité) normalement à fort LAI permet au FP de revenir dans des conditions correctes mais elles peuvent ne pas suffire pour le FL 2- Au FL la même stratégie conduit à réduire plus fortement le LAI * Pour un peuplement qui traversa l’ensemble de cette période cela implique un gestion du LAI continu en cours de vie et donc une augmentation des interventions sylvicoles donc le coût de gestion *Pour de nouvelles plantations cela veut dire une modification de l’itinéraire technique également en continu, d’où la nécessité d’une gestion non cloisonnée dans un schéma █ B1, █ A1B, █ A2 Modèle BILJOU

Quelles options d’adaptation ? : Voies d’adaptation : exemple de la prise en compte des déficits hydriques Quelles options d’adaptation ? : 1970-2000 2070-2100 2020-2050 80 Réserve utile 240 1. Limiter aux sols à forte RU 110 2. Couvert décidu sur même gamme de sol 3. Itinéraires à LAI réduit Visé un dplact ok pourr fin de vie 4. Déplacement géographique █ B1, █ A1B, █ A2 Modèle BILJOU

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau “Take home messages” Ce que précise le projet Climator : - CC = conditions plus défavorables pour les couverts forestiers - stress hydrique accru, principalement en raison de la température - non compensé par le [CO2] (Graeco, EvolFor) - les couverts sont d’autant plus affectés que les LAI sont forts - effets régionaux différents Ce que nous apprend le projet Climator : - particularité des forêts par rapport aux autres couverts - peu d’incertitude sur le sens des effets du CC - pas de réelle stratégie d’évitement - fort effet des méthodes de régionalisation (Ano, QQ, TT) ? Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau “Take home messages” Ce qui reste à faire : - au-delà de la productivité, intégrer des modèles de dépérissement et de mortalité pour aboutir à des évaluations de risques (aléa x vulnérabilité) - définir des stratégies d’accompagnement et d’accélération de l’adaptation (diversité, sylviculture économe en eau) ou de transformation des forêts (plantations, déplacements, exotiques) un nouveau pan de recherches à poursuivre dans le cadre du programme « Adaptation de l’agriculture et de la forêt au changement climatique » de l’INRA. Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau

Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau Mes remerciements à Alexandre BOSC Nathalie BREDA Nadine BRISSON Alissar CHEAIB Isabelle CHUINE Catherine CLUZEAU Christine DELIRE Jacques DRAPIER Eric DUFRENE Jean-Luc DUPOUEY Christophe FRANCOIS Emmanuel GRITTI Paul LEADLEY Christine LE BAS Myriam LEGAY Frédéric LEVRAULT Denis LOUSTAU Caroline MASSONI Wilfried THUILLER Nicolas VOIVY Forêt méditerranéenne 2010 - Badeau