David Paré Evelyne Thiffault Service canadien des forêts

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1 David Paré Evelyne Thiffault Service canadien des forêts
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 aujourd’hui par Greenpeace… On y apprend qu’en plus de dégrader les écosystèmes, l’exploitation forestière est une importante source d’émissions de gaz à effet de serre (GES); ..cela risque de libérer des GES massivement et rapidement dans l’atmosphère. 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 d’une manière soutenue du bois, de la fibre ou de l’énergie, va générer les plus grands bénéfices durables en matière de mitigation. *(traduction libre)

3 Les énergies vertes n’ont 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 Carbone Durabilité

5 Le problème GIEC: 450ppm: seuil critique
Les prochains 50 ans sont critiques L’augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 est la cause première des changements climatiques. Concentration en CO2 (ppm) 3.2 Gt C/an La plus longue série de données de CO2 atmosphérique montre bien l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère. Malgré que d’autres phénomènes et d’autres gaz influencent le climat, c’est réellement l’augmentation du CO2 atmosphérique qui joue le plus grand rôle Keeling et Whorf, 2005 Année

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

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 l’utilisation de combustibles fossiles

8 Augmenter les stocks (?)
Stock de la forêt canadienne 235 Gt et proportion des émissions de GES Chaque canadien est propriétaire de 7000 t de C forestier et émet 5,7 t C en GES /an 1/80 1/375 1/800 total 1/2500 100m 260m 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 0 -8000 235 Gt C

10 Variation des stocks de carbone (Modèle CBM-CFS-2) Kurz et al. 2002
-300 -200 -100 100 200 300 1920 1940 1960 1980 2000 Année Tg C /an Source Puits -22 Tg C/an ( ) 223 Tg C/an (1920 – 1979) Émission annuelle au Canada GES = 692 Tg C Productivité totale du biome = PPT- décomposition - perturbations PPT= productivité primaire totale

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

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

13 échelle de l’unité d’aménagement ou du polygone (?)
Augmenter les stocks- échelle de l’unité d’aménagement 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: l’Afforestation 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 d’âge en forêt normalisée et en forêt sous perturbations naturelles selon un modèle d’exponentielle négative Lauzon, Bergeron, Gauthier, Kneeshaw SFMN 2006

18 Biomasse sur pied selon l’aménagement
Exponentielle négative Normalisé

19 Évolution du volume marchand brut avec l’âge MRNFQ 1998 Sapin Baumier IQS21 densité forte
Age d’exploitabilité absolu estimation

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 En 50 ans: Perte de 0 à 40% du C en forêt
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 l’aménagement 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 l’équilibre.

23 Impact de l’aménagement 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 l’aménagement extensif Gains concrets Possibilité de pertes

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

25 Les combustibles fossiles L’acier Le béton Les produits agricoles
Il n’y 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 CO2 en substituant des produits de tels que: Les combustibles fossiles L’acier 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 CO2 Une cuillère en métal: 460g CO2 Une cuillère en plastique: 200g CO2 Source: UK forestry commission 2008

27 Stockage dans la construction et substitution
Projet Fairmule House, Londres Construction de 5 étages en bois: 360m3= 300 t CO2 Remplacement de l’acier et du béton: on évite l’émission de 720 t CO2 Source: CEE 2006

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

29 (concept de la dette de C: Fangione et al. Science: 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) Forêt tropicale convertie en production de canne à sucre pour bioéthanol (Fangione 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
Biomasse forestière Maïs éthanol Ryan 2008 FERIC Sources diverses: 20-60% output net

31 (concept de la dette de C: Fangione et al. 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. 2008) Forêt boréale- perte de 0 à 40% du C en forêt lors de la conversion (Kurz, Beukema, Apps 1998) Cas 1- épinette noire faible productivité Volume à maturité: epn 50m3/ha Dette 0 à 40%= 20m3/ha Productivité= 1m3/ha-an; Remboursement de la dette: 0 à 20 ans. Cas 2- peuplier haute productivité Volume à maturité: 300 m3/ha Dette 0-40%=120m3/ha Productivité 4m3/ha-an, PEH 8 à 15 m3/ha-an; Remboursement de la dette: 0-30, 0-15, 0-8 ans

32 Comment la forêt peut limiter nos émissions nettes de C à l’atmosphère?
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 l’effet 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 d’une manière soutenue du bois, de la fibre ou de l’énergie, 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 l’est du lac Témiscouata

35 Matière organique et éléments nutritifs
On ne fait pas d’omelette sans casser des œufs…

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

37 C’est aussi ça la vie… Site de coupe par arbre entier
Peuplier poussant près d’une pile de branches Peuplier poussant loin de la pile de branches Source: David Paré, CFS

38 RÉSERVE MONDIALE DE NOURRITURE
On a la chance d’être en amont: Prévenir les impacts indésirables Miam! Des biocarburants! RÉSERVE MONDIALE DE NOURRITURE Appeared in Times Colonist, Victoria, April 2008

39 Définir des niveaux de récolte de biomasse écologiquement durables

40 Qu’est-ce qu’on essaie de préserver exactement?

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

42 Analyse de risque de perte d’éléments nutritifs
Épinette noire en forêt boréale Résidus de coupe Indice de qualité de station 9 12 15 18 Type de sol Enlevés (Coupe par arbre entier) Laissés sur le site (coupe par tronc entier) faible Moyenne Élevée Densité Mince Till Argile Sable Risque élevé Risque modéré Risque nul Risque faible Sable Source: Paré et al. 2002

43 DépôtsSoufre + DépôtsAzote =
Charge critique Quantité de dépôts atmosphériques acides qu’un sol peut recevoir avant que des effets néfastes se produisent. Plus cette quantité est élevée, plus le sol est résistant à l’acidification. Arbre entier : Prélèvement Charge critique Tronc entier : Prélèvement Charge critique DépôtsSoufre + DépôtsAzote = Dépôtscations basiques + Altérationcations basiques – Prélèvementcations basiques + ImmobilisationAzote + PrélèvementAzote + DénitrificationAzote – DépôtsChlore – Lessivage Capacité de neutralisation de l’acidité

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

45 Pas un compte de banque!

46 L’arbre n’est pas un puits d’éléments nutritifs pour le système
Expérience du ‘sandbox’ La présence d’arbres augmentent substantiellement l’altération des sols, i.e. les entrées d’éléments nutritifs dans le système. Bormann et al Biogeochemistry 43: 129–155. Arbres à croissance rapide Ne causent pas l’appauvrissement 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.

47 Études sur le terrain

48 Études sur le terrain Effet de la récolte du tronc + résidus par rapport à la récolte du tronc seulement 2 4 6 8 10 12 14 Carbone pH N Nmin P K Ca Mg Nombre d’études Pas d’effet Diminution Source: Antti Wall, Finnish Forest Research Institute

49 Réservoirs de cations échangeables (Ca, Mg, K)
Études sur le terrain Réservoirs de cations échangeables (Ca, Mg, K) Tronc + Résidus récoltés Tronc seulement < Années après coupe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 COUPE … 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:

50 Concentrations foliaires en éléments nutritifs
Études sur le terrain Concentrations foliaires en éléments nutritifs Tronc + Résidus récoltés Tronc seulement < Années après coupe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 20 COUPE … Calcium Magnésium Azote Phosphore Potassium

51 Croissance de la régénération
Études sur le terrain Croissance de la régénération Tronc + Résidus récoltés Tronc seulement < ou > COUPE Nutrition: effet positif avec résidus Microclimat: effet positif avec ou sans résidus selon le site 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 24 … Années après coupe

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

53

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

55 Rôle de la biodiversité?

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

57 Lignes directrices pour la récolte de résidus:
Angleterre Catégorie de risque Type 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

58 Lignes directrices pour la récolte de résidus: Minnesota
Catégorie de risque Type 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 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 Lignes directrices pour la récolte des souches:
Finlande Source: Christer Backlund, UPM

61 Définir un gradient de sensibilité des sites
Très sensible Pas sensible Sites où l’on 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 Abitibi – Secteur Disson
Carte écoforestière Abitibi – Secteur Disson Non productif Eau

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

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

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

66 Oui à la récolte des résidus de coupe, mais:
Pour conclure… Oui à la récolte des résidus de coupe, mais: Développement de lignes directrices pour le Québec 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 des opérations de récolte
Suivi écologique des opérations de récolte Sol, croissance de la régénération, biodiversité Evelyne: David: Protocole/Méthodes de suivi Projet CRÉ du Bas St-Laurent et groupement forestier de l’est du Lac Témiscouata Projets Cyclofor, Tembec, AbitibiBowater Projet CLD du Haut-St-François

68 C’est correct. La scie mécanique fonctionne au biocarburant.