Résistance des arbres aux tempêtes: l'impact de la teneur en eau des sols

Publié par Adrien le 20/10/2020 à 09:00
Source: INRAE
La résistance des arbres au déracinement est un élément majeur pour faire face aux dégâts provoqués par le vent en forêt lors des tempêtes. Conséquence du changement climatique, les conditions hydrologiques des sols lors des tempêtes changent en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du...) en raison de précipitations plus importantes l'hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.). L'ancrage des arbres dans le sol varie considérablement en fonction des sols, de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique....) et de l'âge des arbres ; mais l'influence des propriétés du sol avait été peu étudiée.

Des chercheurs d'INRAE ont publié le 14 octobre 2020 dans la revue Forest Ecology and Management le résultat de 10 années de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) pour modéliser l'impact de la teneur en eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) des sols sur la résistance au vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur...) du Pin maritime (Le Pin maritime (Pinus pinaster) est un conifère de la famille des Pinacées.). La saturation complète en eau des sols se révèle être un élément clé qui entraîne le déracinement de l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide composée d'un...). Une piste à explorer pour la gestion des risques liés aux intempéries et aux dégâts en forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et d'espèces associées. Un boisement de faible...).


Résistance des arbres aux tempêtes: l'impact de la teneur en eau des sols étudié pour la première fois © Adobe Stock

Les scientifiques d'INRAE ont mené cette étude pour comprendre le rôle du statut hydrologique du sol sur l'enracinement du Pin (Pin désigne :) maritime dans les sols sableux qui dominent dans le massif (Le mot massif peut être employé comme :) landais, en combinant des expérimentations de terrain et de la modélisation. Le massif landais, le plus vaste massif forestier d'Europe de l'Ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).), a été durement touché par les tempêtes hivernales depuis une vingtaine d'années.

Un modèle pour simuler la résistance au déracinement en fonction de la teneur en eau des sols

Sur le terrain, les scientifiques ont mesuré la résistance des arbres au cours de tractions allant jusqu'au déracinement complet, et selon des conditions de teneur en eau des sols contrastées. Ils ont réalisé ces expérimentations sur des Pins maritimes âgés de 14 ans. Ils ont ensuite excavé et transféré en laboratoire les systèmes racinaires prélevés pour pouvoir reconstituer leur architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) 3D. Les propriétés hydriques et mécaniques des sols ont également été mesurées en laboratoire pour les différentes couches du sol du site expérimental.

En parallèle, un modèle a été développé pour simuler le renversement d'un arbre selon l'humidification progressive des différentes couches du sol. Ce modèle intègre la distribution 3D des racines de structure dans les différentes couches de sol. L'évolution de la résistance au renversement par le vent a été analysée par simulation, lors de la propagation d'un front de saturation au cours de précipitations intenses d'une part, et lors de la montée de la nappe phréatique liées à une période continue de précipitations d'autre part.

Le point de saturation complète des sols en eau, élément déterminant

Le résultat majeur de cette étude montre que c'est au moment où la saturation complète en eau du sol est atteinte que la résistance au déracinement chute considérablement. Tant que ce point n'est pas atteint, l'augmentation de la teneur en eau du sol ne modifie pas de façon majeure la stabilité de l'arbre au vent. Ceci est dû aux spécificités des sols sableux, dont les forces de cohésion sont principalement liées au phénomène de capillarité (La capillarité est l'étude des interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l'air ou entre un liquide et une surface. Elle est mise en œuvre lorsque les buvards aspirent...) entre les grains de sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension...). Ces résultats devront être étendus à l'avenir à des arbres plus âgés pour lesquels les dégâts de tempêtes sont considérables.

Ces travaux permettent de mieux comprendre de quelle manière intervient la saturation en eau des sols liée à la pluviométrie hivernale sur la résistance des arbres au déracinement. Dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut...) de changement climatique et d'augmentation des précipitations en hiver en Europe de l'Ouest, ces résultats ouvrent des pistes en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état...) de gestion du risque tempête (Une tempête est un phénomène météorologique violent à large échelle dite synoptique, avec un diamètre compris en...) incluant notamment la surveillance des hauteurs de nappes en hiver.

Référence:
Forest Ecology and Management, P.Défossez, G.Veylon, M.Yang, J.M.Bonnefond, D.Garrigou, P.Trichet, F.Danjon - Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) 480, 15 January 2021, 118614 - doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118614
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