Observatoires des forêts
La respiration des sols forestiers
Le Parc national de forêts
4 chambres automatiques mesurent la respiration du sol du plateau de Combe Noire.
1 mesure par heure depuis août 2020.
Près de 190 000 mesures de la respiration déjà collectées.
Pourquoi s’intéresser aux sols forestiers?
Des écosystèmes essentiels dans un contexte de changement climatique
Le réchauffement climatique actuel est principalement dû à l’augmentation de la concentration de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère, liée aux activités humaines. À l’échelle mondiale, ce réchauffement a récemment atteint le seuil de +1,5 °C fixé par les Accords de Paris de 2015 pour limiter les impacts les plus sévères du changement climatique.
Si ce réchauffement n’est pas plus marqué, c’est en grande partie grâce aux écosystèmes terrestres et marins. Depuis plusieurs décennies, ils ont absorbé près de la moitié des émissions de CO2 d’origine humaine. Ainsi, les forêts jouent un rôle central dans cette régulation du climat, mais leur capacité d’absorption est aujourd’hui fragilisée.
Face à ces perturbations, l’attention se porte de plus en plus sur un élément souvent peu considéré : le sol forestier lui-même. En effet, les épisodes de fortes chaleurs et de sécheresse se multiplient, affaiblissant les arbres et perturbant le fonctionnement des écosystèmes forestiers. En région Bourgogne–Franche-Comté, ces phénomènes se traduisent par une surmortalité de l’épicéa et une vulnérabilité accrue des essences feuillues comme le chêne, le hêtre, et le charme.Les sols, réservoirs de carbone
Une part importante du carbone forestier n’est pas stocké dans les troncs, mais dans le sol. Les sols forestiers contiennent environ 40% du carbone organique continental, dont une partie pourrait être relarguée dans l’atmosphère et donc accélérer le changement climatique.
Mais un sol n’est pas un simple réservoir : c’est un milieu très vivant. Un gramme de sol contient un milliard de bactéries, de cent mille à un million d’espèces différentes. La respiration du sol désigne ainsi l’ensemble des échanges de CO₂ depuis le sol vers l’atmosphère. Elle est le résultat de deux processus : la respiration racinaire (les racines des arbres et des plantes consomment de l’oxygène et rejettent du CO₂) et la respiration microbienne (bactéries, champignons et autres organismes décomposent la matière organique du sol, ce qui libère du CO₂). Les sols jouent ainsi un rôle central dans le cycle du carbone. Ils peuvent à la fois stocker du carbone et émettre des gaz à effet de serre. On parle de « puits de carbone » lorsque les sols stockent davantage de CO₂ qu’ils n’en libèrent.
La respiration des sols dépend de nombreux facteurs, notamment du type de peuplement forestier, de la richesse en matière organique et des conditions climatiques, en particulier la température et l’humidité. L’évolution du climat peut modifier ces équilibres : le réchauffement tend à accélérer la décomposition de la matière organique par les micro-organismes, ce qui augmente les émissions de carbone vers l’atmosphère. Si ces émissions deviennent trop importantes, un sol peut alors passer d’un rôle de puits de carbone à celui de source de carbone, contribuant ainsi à amplifier le changement climatique.
Cette situation interroge l’efficacité future des forêts en tant que puits de carbone. La dégradation de leur état sanitaire peut réduire leur capacité de séquestration du CO2 atmosphérique, voire conduire à un basculement de puits à source de carbone. Dans ce contexte, il est essentiel d’assurer un suivi continu et à long terme des échanges de CO2 entre l’atmosphère et les écosystèmes forestiers.
Pourquoi mesurer la respiration des sols ?
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- Mieux comprendre le rôle des sols forestiers dans le cycle du carbone
- Suivre l’impact du changement climatique sur les écosystèmes forestiers
- Améliorer les modèles climatiques et les projections futures
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Notre dispositif de suivi au Cœur du Parc national de forêts
Méthodologie
Sur le plateau de Combe Noire, près de Leuglay, au sein du Parc national de forêts, le laboratoire Biogéosciences, CNRS-Université Bourgogne Europe, assure un suivi continu des échanges de CO₂ depuis le sol vers l’atmosphère (Figure 1). Ce site est sur une zone laissée en libre évolution depuis plusieurs dizaines d’années dans le cadre d’une future réserve biologique intégrale.
Ainsi, pour mesurer le flux de CO₂ émis (en g CO₂/m2/s-1), nous avons installé en juillet 2020 quatre chambres automatisées posées à la surface du sol qui fonctionnent en continu et prennent une mesure toutes les heures.
Le principe de notre dispositif est relativement simple :
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- Une chambre est posée de manière hermétique sur le sol.
- Le CO₂ émis par le sol s’accumule temporairement à l’intérieur.
- La concentration est mesurée avec précision.
- Cette variation permet de calculer le flux de CO₂ émis par le sol.
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Les mesures sont complétées par un suivi de la température et de l’humidité du sol, ainsi qu’à des données climatiques (précipitations, température de l’air, rayonnement solaire), afin d’analyser les facteurs qui expliquent la variabilité observée (Figure 2).
Ce dispositif permet de suivre finement la variabilité temporelle de la respiration du sol et de la relier directement aux conditions climatiques locales.
La respiration du sol varie fortement dans l’espace. Les quatre chambres permettent de caractériser cette variabilité locale, mais elles ne représentent pas à elles seules l’ensemble du massif forestier. Le suivi engagé sur le plateau de Combe Noire s’inscrit dans une démarche d’observation à long terme, indispensable pour distinguer les tendances liées au changement climatique de la variabilité naturelle interannuelle.
La respiration du sol de la forêt sur le plateau de Combe Noire
Les quatre chambres de mesure de la respiration du sol révèlent une dynamique annuelle marquée par (Figure 3) :
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- Des flux faibles en hiver
- Une augmentation progressive au printemps
- Des maxima en été
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Les différences locales observées entre les chambres s’expliquent principalement par les propriétés du sol (pierrosité, humidité, densité racinaire) qui conditionnent la circulation de l’eau, l’activité biologique et la diffusion des gaz. La similitude de l’évolution saisonnière entre les quatre points de mesure indique un contrôle climatique dominant, en particulier celui de la température, reconnue comme un facteur clé de l’activité microbienne et racinaire.
La respiration du sol augmente en moyenne avec la température. Toutefois, cette relation dépend fortement de l’humidité du sol (Figure 4). En hiver, l’interaction entre ces deux facteurs est limitée : la respiration augmente avec la température quelle que soit l’humidité. En revanche, au printemps, en été et en automne, température et humidité agissent conjointement. Au printemps, la respiration augmente avec la température uniquement lorsque le sol est relativement sec. L’inverse se produit en été et en automne : la respiration ne s’accroît fortement avec la température que si le sol est suffisamment humide. Lorsque le sol est trop sec, l’effet de la chaleur reste faible en été et peut même entraîner une baisse notable de la respiration en automne.
Ces observations montrent que la respiration des sols dépend étroitement de la combinaison entre température et humidité. La réponse des sols au réchauffement climatique n’est donc pas simple : elle varie selon les saisons et les conditions hydriques.
Ces résultats constituent une base indispensable pour développer un modèle permettant de spatialiser la respiration à l’échelle du plateau de Combe Noire, puis du Parc national de forêts, et d’en projeter l’évolution au cours du XXIème siècle.
Source de données
Protocole de mesure : les flux de CO₂ sont mesurés à l’aide de 4 chambres automatiques placées en forêt sur le plateau de Combe noire sur le territoire du Parc national de forêts. Les mesures sont effectuées chaque heure depuis août 2020.
Équipements : chambres LI-COR (LI-8100A) couplées au multiplexer LI-8150 pour la respiration du sol, Thermistor probe (Campbell) pour la température du sol et ThetaProbe-ML3 (Delta-T Devices) pour l’humidité du sol.
Financeurs : ANR (ANR-22-CPJ2-0026-01) & Conseil Régional Bourgogne Franche-Comté (projet I-SITE BFC PubPrivLands n°2018Y-08673).
Contributeurs : Julianne Capelle, Mathieu Thevenot, Olivier Mathieu, Julien Crétat.
Périmètre de l'observatoire des forêts
Un parc national est composé de deux parties : le Cœur réglementé et le territoire de projet, appelé aire d’adhésion. Le territoire hors cœur des communes non adhérentes ne figure pas dans le Parc national. Toutefois, comme les communes non adhérentes peuvent choisir d’adhérer progressivement, il a été retenu pour le présent observatoire de distinguer seulement (1) le Cœur réglementé et (2) l’aire optimale d’adhésion (AOA) couvrant le territoire de 127 communes. Ce choix permet de suivre des dynamiques de long terme à l’échelle de l’ensemble du territoire. Le périmètre géographique de mesure des indicateurs de l’observatoire restera stable dans la durée.
Bibliographie et ressources utiles
Ressources institutionnelles
Ressources proposées par des organismes publics, institutionnels ou de référence permettant d’apporter un cadre général, réglementaire ou scientifique à cette thématique.
La forêt, un indispensable pour une planète décarbonée
Présentation du rôle des forêts et des sols forestiers dans le stockage du carbone et la stratégie de neutralité climatique.
Quel rôle joue la forêt dans la séquestration du carbone ?
Explications sur les mécanismes de séquestration du carbone dans les forêts, les sols et la biomasse forestière.
Les sols, puits carbone et acteurs du climat
Décryptage du rôle des sols dans le stockage du carbone, les émissions de gaz à effet de serre et la régulation du climat.
Documents et référentiels techniques
Rapports, études, référentiels et publications techniques permettant d’approfondir les connaissances et d’accéder aux documents de référence liés à cette thématique.
Forêts et changement climatique – Académie des sciences
Rapport scientifique sur les effets du changement climatique sur les forêts et les stratégies d’adaptation de la filière forêt-bois.
Fonctionnement des sols forestiers méditerranéens
Publication scientifique consacrée au fonctionnement biologique des sols forestiers et aux échanges de carbone en milieu méditerranéen.
Les rendez-vous techniques de l’ONF – numéro 81
Revue technique de l’ONF présentant des analyses et retours d’expérience sur les écosystèmes forestiers et leur gestion.
Données et outils
Bases de données, observatoires, indicateurs et outils permettant de suivre les évolutions, d’explorer les données disponibles et d’éclairer les analyses sur cette thématique.
La respiration des sols forestiers sous surveillance
Présentation d’un dispositif de mesure des émissions de CO₂ liées à la respiration des sols forestiers.
Le carbone dans les sols forestiers
Présentation des mécanismes de stockage du carbone dans les sols forestiers et des facteurs influençant leur stabilité.
Pour aller plus loin
Sélection d’articles, podcasts, guides et contenus pédagogiques permettant d’explorer cette thématique sous différents angles et d’en approfondir les enjeux.
Les sols pourraient devenir des sources nettes de CO₂
Article de vulgarisation consacré aux effets du réchauffement climatique sur les émissions de CO₂ des sols forestiers.
La respiration du sol – épisode 1
Podcast consacré à la respiration des sols et au rôle des micro-organismes dans les échanges de carbone.
Laboratoire Biogéosciences – respiration des sols
Émission dédiée aux recherches en biogéosciences sur les sols, le carbone et les interactions avec le climat.