interactions entre les épidémies d’insectes et les...
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Interactions entre les épidémies d’insectes et les
feux de forêt
Martin Simard
dép. Géographie
Centre d’études nordiques
Changements climatiques et perturbations naturelles
Interactions entre perturbations
• Perturbations composées (Compound disturbances, Paine et al.
1998)
temps
Pert
urb
ati
ons
Éta
t de
l’écosy
stèm
e
Interactions entre perturbations
• Perturbations composées (Compound disturbances, Paine et al.
1998)
• Perturbations liées (Linked disturbances, Simard et al.
2011)
temps
Pert
urb
ati
ons
Éta
t de
l’écosy
stèm
e
temps
Pert
urb
ati
ons
+ −
Interactions épidémies d’insectes - feux
• Perturbations composées:
– La tordeuse des bourgeons de l’épinette et les feux au Québec
• Perturbations liées:
– Le dendroctone du pin ponderosa et les feux dans les Rocheuses
américaines
Perturbations composées: la tordeuse des bourgeons de
l’épinette et les feux au Québec
La tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE)
• Plus important insecte ravageur de
l’est de l’Amérique du Nord
La tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE)
• Plus important insecte ravageur de
l’est de l’Amérique du Nord
• S’attaque surtout au sapin baumier,
aux épinettes blanches et noires
La tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE)
• Plus important insecte ravageur de
l’est de l’Amérique du Nord
• S’attaque surtout au sapin baumier,
aux épinettes blanches et noires
• Épidémies sévères aux 35-40 ans
• La dernière épidémie (~1972-1986)
la plus sévère à ce jour: 35 M ha
touchés
Épidémies de la TBE au Québec
1938 - 2008
Origine de la pessière à lichens du parc des Grands-
Jardins
Pourquoi des pessières à lichens au sud?
12
Pessière à lichens
Pessière à mousses
Toundra forestière
Toundra
Sapinière
Forêt mixte
Parc des Grands-Jardins
Pessière à lichens: 15,3 km2 (5 % du parc)
Pessière à lichens & mousses: 13,7 km2 (4,5% du parc)
Feux
5 km
‘Jeune’ pessière à lichens : feu de 1939
1939
Pessière à mousses
~940 arbres/ha
1997
Pessière à lichens
~300 arbres/ha
Payette et al. 2000, CJFR Non brûlé
Brûlé en 1939
L’impact de la TBE sur la croissance des arbres
Feu
1939
Pin gris
Épinette noire
Payette et al. 2000, CJFR
Charbon (feu de 1939)
Mousses hypnacées
Lichens
Aiguilles d’épinette noire
Paléoécologie
Payette et al. 2000, CJFR
Capsules céphaliques
d’insectes
Fossile Moderne
Capsules céphaliques de la TBE
Payette et al. 2000, CJFR
Perturbations composées et déforestation dans le parc
des Grands-Jardins
+
+ =
Quel est le mécanisme?
19
Perturbations composées et déforestation dans le parc
des Grands-Jardins
+
+ + Coupe
+
Pessière à mousses Pessière à lichens
Pessière à lichens Lichénaie
Perturbations composées
• Les effets des perturbations composées ne sont pas additifs mais
interagissent pour créer des voies successionnelles inattendues
• Conditions nécessaires pour leur manifestation:
– Co-occurrence spatiale de multiples perturbations
– ‘Timing’ des perturbations successives
• Réponses non-linéaire des forêts aux changement climatique?
temps
Pert
urb
ati
ons
Éta
t de
l’écosy
stèm
e
Perturbations composées
Compounded perturbations yield ecological surprises
– Paine, R. T., M. J. Tegner, and E. A. Johnson. 1998. Ecosystems 1:535–545.
Perturbations liées: le dendroctone du pin ponderosa et
les feux de forêts dans les Rocheuses américaines
Épidémies d’insectes perceurs dans l’ouest de l’A.N.
Raffa et al. 2008, Bioscience
Dendroctone du pin ponderosa
Épidémies à plus hautes latitudes
Raffa et al. 2008, Bioscience
Dendroctone du pin ponderosa
Épidémies à plus hautes altitudes
Est-ce que les épidémies du dendroctone augmentent
le risque de feux?
Healthy Forest Restoration Act of 2003
Que sait-on sur les relations insectes-feu?
Lynch 2006 (thèse PhD)
Dendroctone 101
• Dendroctone du pin ponderosa
(mountain pine beetle)
Dendroctone 101
• Insectes indigènes
• Tuent les arbres
• Attaquent les arbres de grand diamètre
• Présents en période non-épidémique
Dendroctone 101
Attaque en masse
Dendroctone 101
• Champignons du bleuissement (blue stain fungus)
Spores dans des cavités des élytres
Dendroctone 101
Dendroctone 101
Temps
depuis
l’épidémie
(années)
0
1-2
3-4
25
35
Stade
d’attaque
Non
perturbé
Stade ‘rouge’ Stade ‘gris’ Vieille attaque
(ca. 1980)
Vieille attaque
(ca. 1970)
Dendroctone 101
Stade rouge Stade gris
Comportement des incendies 101
Feu de surface Feu de cime passif Feu de cime actif
‘Torching’ ‘Crowning’
Effets possibles du dendroctone sur les combustibles
Non
perturbés
1-2 ans
Stade rouge
3-4 ans
Stade gris
10-40 ans
Vieilles attaques
Changements de
la structure des
peuplements
référence
Humidité canopée
Effets possibles du dendroctone sur les combustibles
Non
perturbés
1-2 ans
Stade rouge
3-4 ans
Stade gris
10-40 ans
Vieilles attaques
Changements de
la structure des
peuplements
référence
Humidité canopée Combustibles fins au
sol
Densité canopée
Effets possibles du dendroctone sur les combustibles
Non
perturbés
1-2 ans
Stade rouge
3-4 ans
Stade gris
10-40 ans
Vieilles attaques
Changements de
la structure des
peuplements
référence
Humidité canopée Combustibles fins au
sol
Densité canopée
Continuité verticale
Combust. grossiers
Densité canopée
Que sait-on sur les relations dendroctone – feux?
Recherche empirique
• Approche rétrospective
– Cartes des épidémies et cartes des feux
– Reconstitutions dendroécologiques
• Approche prospective
– Combustibles forestiers + modélisation
Études rétrospectives empiriques
Type forestier, espèce
de dendroctone
TDÉ
(ans)
Fréquence ou
étendue des
feux
Sévérité ou comportement
des feux Source
Épinette-sapin, DÉ 5 Pas d’effet Pas d’effet Kulakowski & Veblen 2007
Épinette-sapin, DPP 5 Pas d’effet Pas d’effet Kulakowski & Veblen 2007
Épinette-sapin, DÉ 0-50 Pas d’effet pas testé Bebi et al. 2003
Épinette-sapin, DÉ 0-50 Pas d’effet pas testé Kulakowski et al. 2003
Épinette-sapin, DÉ 60 pas testé
Augmentation mineure
de la sévérité Bigler et al. 2005
Pin lodgepole, DPP
0-15 Pas d’effet pas testé Kulakowski & Jarvis 2011
Pin lodgepole, DPP 7 Pas d’effet pas testé Lynch et al. 2006
Pin lodgepole, DPP 15
Augmentation
mineure pas testé
Lynch et al. 2006
Pin lodgepole, DPP 7-15 pas testé
Augmentation de
la sévérité Turner et al. 1999
Conifères mixtes, DB 1 pas testé Pas d’effet Bond et al. 2009
DÉ: Dendroctone de l’épinette
DPP: Dendroctone du pin ponderosa
DB: Dendroctonus brevicomis
www.fs.fed.us/wwetac/publications/WWETAC_Fire-BB_InterX_25Feb2008.pdf
Est-ce que les épidémies du dendroctone du pin
ponderosa changent la probabilité des feux de cime
actifs dans les forêts de pin lodgepole?
La grande région de Yellowstone
La grande région de Yellowstone : types forestiers
Parc National de Yellowstone
Parc National Grand Teton
Perturbations au Parc National de Yellowstone
1968 – 2007
Perturbations récentes (2003 – 2007)
Légende
Feux
Dendroctone
Approche prospective
1. Échantillonnage des combustibles
2. Modélisation du comportement potentiel des incendies
Approche prospective
1. Échantillonnage des combustibles
2. Modélisation du comportement potentiel des incendies
Chronoséquence du temps depuis l’épidémie
Temps depuis
épidémie
(années)
0
1-2
3-4
25
35
Stade
d’attaque
Non perturbé Stade rouge Stade gris Vieille attaque
(années 1980)
Vieille attaque
(années 1970)
N de sites 5 5 5 5 5
Comportement du feu: hypothèses
Stade rouge
Hypothèses
Stade gris Vieilles attaques Pro
babilit
é
Feux de cime actifs Feux de cime passifs Feux de surface
Non
perturbés
1-2 ans
Stade rouge
3-4 ans
Stade gris
10-40 ans
Vieilles attaques
Changements de
la structure des
peuplements
référence
Humidité canopée Combustibles fins au
sol
Densité canopée
Continuité verticale
Combust. grossiers
Densité canopée
Validation de la chronoséquence par la
dendrochronologie
• Datation précise du temps depuis l’épidémie
• Vérification des assomptions de la chronosequence
Conditions similaires avant épidémie
Sévérité similaire de l’épidémie
Échantillonnage
Combustibles
Rouge Gris Non
perturbé
Rouge Gris Vieilles
attaques
Les combustibles fins ne changent pas à court terme
Combustibles
fins
Épaisseur du
couvert de
combustible
L’épaisseur d’aiguilles au sol augmente à court terme;
Les combustibles grossiers augmentent avec le temps
Épaisseur
d’aiguilles
au sol
Combustibles
grossiers
Combustibles de la canopée – profils verticaux
Combustibles de la canopée – profils verticaux
Canopy Base Height
Distance à la base de la canopée
Canopy Bulk Density
(Densité de la canopée)
Canopy Fuel Load
(Quantité totale de combustible
dans la canopée)
Profils verticaux
La distance à la base de la canopée diminue avec le
temps
Distance à
la base de
la canopée
Densité de
gaulis
25 ans après épidémie
La quantité totale de combustible dans la canopée
diminue immédiatement et reste basse
Densité de
la canopée
Quantité
totale de
combustible
dans la
canopée
25 ans après épidémie
Modèle de comportement des incendies NEXUS
Combustibles
au sol
Fraction brûlée de la cime
Feu de cime
actif
Feu de
surface
Fraction brûlée de la cime
Feu de cime
actif
Feu de
surface
Fraction brûlée de la cime
Feu de cime
actif
Feu de
surface
Fraction brûlée de la cime
Feu de cime
actif
Feu de
surface
Fraction brûlée de la cime
Feu de cime
actif
Feu de
surface
Énergie totale relâchée
L’épidémie diminue l’énergie
totale relâchée
70
Vitesse de propagation du front du feu
L’épidémie réduit la vitesse
de propagation du feu
71
Comportement du feu: hypothèses vs. simulations
Stade rouge
Hypothèses
Stade gris Vieilles attaques
Pro
babilit
é
Feux de cime actifs Feux de cime passifs Feux de surface
Comportement du feu: hypothèses vs. simulations
Stade rouge
Hypothèses
Stade gris Vieilles attaques
Résultats de simulation
Pro
babilit
é
Pro
babilit
é
Feux de cime actifs Feux de cime passifs Feux de surface
Feux de cime actifs
Feux de cime passifs
Feux de surface
Est-ce que les épidémies du dendroctone du pin
ponderosa change la probabilité des feux de cime
actifs?
Est-ce que les épidémies du dendroctone du pin
ponderosa change la probabilité des feux de cime
actifs?
X
Structure des peuplements vs. conditions météo
• Fenêtre étroite des conditions de vent et d’humidité des combustibles où la
structure des peuplements est importante
• Dans ces conditions météo intermédiaires, les épidémies du dendroctone
pourraient réduire la probabilité de feux de cime actifs en éclaircissant les
canopées
• Les conditions météo pourraient être un facteur plus important pour le
comportement des incendies que l’abondance et la distribution des
combustibles
Ce comportement des incendies amène certains écologistes
à remettre en question la recherche conventionnelle qui
suggère que les feux ne brûlent pas aussi bien dans les
forêts affectées par le dendroctone
Interactions entre perturbations
• Interactions entre perturbations (perturbations composées et liées) ont
le potentiel d’affecter considérablement les écosystèmes forestiers
• Important de comprendre ces phénomènes pour anticiper les effets
possibles des changements climatiques sur les régimes de perturbations
et la stabilité des forêts
Validation de la chronosequence par la
dendrochronologie
• Datation précise du temps depuis l’épidémie
• Vérification des assomptions de la chronosequence
Conditions similaires avant épidémie
Sévérité similaire de l’épidémie
Temps depuis l’épidémie
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Sévérité de l’épidémie
Sévérité de l’épidémie
Surface terrière pré-épidémie
Infestations 2003-07
“Torching Index”
• Vitesse de vent nécessaire pour permettre au feu de surface de monter
dans la canopée
• Dépend:
– Intensité du feu de surface
– Distance à la base de la canopée
– Humidité du feuillage
Le “Torching Index” ne change pas à court terme mais
diminue dans les vieilles attaques de 25-35 ans
“Crowning Index”
• Vitesse de vent nécessaire pour permettre au feu de passer d’une cime
à une autre
• Dépend:
– Densité de combustibles dans la canopée
– Vitesse du feu de surface
Le “Crowning Index” augmente à court terme et reste
élevé à long terme