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LUCOT Eric

Le site instrumenté en forêt de Chaux (Jura) pour l’étude des sols hydromorphes : cinquante nuances de gley (et de pseudogley)

 ! EN CONSTRUCTION !

- Question scientifique

Les sols hydromorphes font partie des sols dont le fonctionnement est encore insuffisamment caractérisé en raison de leur diversité. Ce manque de connaissances est à mettre en regard de leur importance spatiale (plus de 30 % des sols forestiers en France métropolitaine) et des problèmes environnementaux qui y sont associés : fonctionnement des zones inondables, conservation des zones humides, relations avec les productions agricoles et forestières. Ces intérêts pour l’étude des sols hydromorphes sont renforcés par le contexte actuel de dérèglement climatique. Les nombreuses publications de l’Observatoire National sur les Effets du Réchauffement Climatique (ONERC) montrent qu’en France, les cumuls de précipitations des mois de janvier, février et mars vont augmenter, voire doubler durant certaines périodes. Durant l’hiver, les problèmes de crues et d’inondation vont donc s’accentuer et les sols présenteront donc une hydromorphie accentuée. Le maintien et la restauration du fonctionnement hydrique après drainage des sols hydromorphes, représentent aussi une possibilité supplémentaire de stockage de carbone. Pour les plantes, ces sols sont à l’origine de contraintes édaphiques marquées, dues à l’hydromorphie (déstructuration), au manque d’oxygène et au manque d’eau en saison sèche.
L’étude du fonctionnement de ces sols nécessite un suivi à long terme pour intégrer les variabilités interannuelles des conditions météorologiques et constituer des bases de données permettant d’évaluer les conséquences des perturbations climatiques.

- Historique

Les travaux menés actuellement en forêt de Chaux par l’UMR Chrono-Environnement, (volet de recherche coordonné par E. Lucot et P-M. Badot) s’appuient sur les données acquises depuis 1997 dans le cadre des études réalisées pour établir l’état initial de la RBI. La collaboration avec l’ONF a débuté dans ce contexte à l’initiative de V. Augé (ingénieur à l’Unité Spécialisée Aménagement - Environnement - Développement du Jura).
Ces études ont permis de réaliser :
- La carte des propriétés des sols sur l’ensemble de la RBI,
- la caractérisation physico-chimique des sols rencontrés sur les principaux types de stations forestières.
Au total, 7 placettes ont été sélectionnées conjointement par l’ONF et l’université.

En 1998 et 1999, ces études ont été prolongées par la caractérisation de l’enracinement de chênes adultes sur ces stations, ainsi que par les premières mesures de l’état hydrique des sols (tensiométrie).
Les travaux de recherche menés au laboratoire à cette époque sur les relations entre l’écophysiologie des arbres et les propriétés des sols ont permis de rejoindre les préoccupations des forestiers, dans le prolongement des études pour établir l’état initial de la RBI.

La thématique des relations entre les propriétés des sols hydromorphes, l’organisation des systèmes racinaires des chênes et leur fonctionnement physiologique ont été étudiés dans le cadre de trois thèses entre 2000 et 2006 (AR. Shahriari, G. Vincent et A. Ginoux). Pour ces travaux de recherche, le dispositif a été complété par 5 autres stations afin d’étendre la gamme de conditions d’ennoyage. Le dispositif d’étude de ces stations a été complété par des suivis des variations de l’humidité et du niveau piézométrique.

En 2005, en collaboration avec F. Degiorgi, la participation au programme LIFE Nature « Ruisseaux de tête de bassin et faune patrimoniale associée » (LIFE04NAT/FR/000082, www.liferuisseaux.org/) pour la reconstitution des réserves hydriques à l’échelle du bassin versant, a permis d’étendre la gamme de stations étudiées.
Certaines placettes du site ont aussi été intégrées à l’étude du fonctionnement des sols des zones humides du département du Jura (Fédération départementale des chasseur du Jura et Agence de l’Eau RMC).

Depuis 2009, l’étude du fonctionnement des sols hydromorphes constitue le thème central des travaux menés sur le dispositif. L’étude des transferts de terres rares et ETM a été intégré au dispositif en 2010 (thèse AL. Floch, dir. M. Steinmann).

- Localisation

- Le dispositif d’étude

Depuis 2001, un dispositif de suivi du fonctionnement hydrique des sols hydromorphes a été mis en place en forêt de Chaux (39) en collaboration avec l’Office National des Forêts (ONF), en particulier au niveau de l’UT Chaux et de la Direction régionale de Franche-Comté. Les placettes d’étude sont localisées principalement dans et à proximité de la réserve biologique intégrale (ONF) située dans la partie domaniale du massif.

L’objectif est de permettre un suivi à très long terme et le développement de nouvelles problématiques, comme le lien entre le régime hydrique du système sol-roche et les transferts de terres rares.

Le dispositif d’étude est réparti sur 11 stations de 0,5 ha en moyenne chacune qui sont équipées de la totalité ou de la quasi-totalité des instruments précisés ci-dessous, ainsi que 9 stations équipées au minimum de tubes piézométriques et qui ont fait l’objet d’une caractérisation du sol et de la végétation.
Le suivi piézométrique des 20 placettes d’étude a été en partie automatisé pour suivre le régime hydrique d’une large gamme de sols.
Ces mesures sont complétées par :
- l’enregistrement de la température du sol et de l’atmosphère (4 placettes),
- des mesures de potentiel hydrique du sol (6 placettes),
- des mesures d’humidité volumique du sol par sonde TDR (8 placettes),
- des mesures ponctuelles de potentiel redox du sol,
- des prélèvements de solution du sol.

Les propriétés physico-chimiques des sols ont été analysées et leurs caractéristiques morphologiques ont été décrites.

Les systèmes racinaires de chênes adultes ont été étudiés sur 6 placettes.

Dans 4 placettes, 2 échafaudages de 10 m et des échelles permettent d’échantillonner dans les houppiers (chênes).

- Sols et exemple de données

- Résumé des principaux résultats

Ce résumé de nos résultats s’appuie sur les études que nous menons sur les sols et les peuplements de la forêt de Chaux depuis 1996 au niveau des sols et au niveau des arbres, principalement les chênes. Ces travaux ont été entrepris dans le cadre de 3 thèses et de différents travaux d’étudiants en master, ainsi que dans le cadre du programme LIFE.
Ces éléments sont bien sûr à assortir des précautions d’usage au niveau de la représentativité spatiale et temporelle des données scientifiques.

Nos résultats actuels tendent à montrer que :

a. Les chênes pédonculés présents sur les zones de platières possèdent un système racinaire installé jusqu’à plus d’un mètre de profondeur et des racines sub-horizontales relativement bien distribuées sur les 50 premiers cm, ce qui confirme les capacités d’adaptation de cette espèce. En conditions contrôlées, les chênes pédonculés ont montré une capacité à développer tardivement de jeunes racines dès la disparition de la nappe d’eau, ce qui leur permet d’accroître leur volume de sol prospecté.
Le chêne sessile est beaucoup moins bien adapté aux conditions d’ennoyage rencontrées sur les plateaux et dans les vallons de la forêt de Chaux, comme le montrent les études menées en conditions contrôlées et la cartographie de la répartition des proportions entre les deux espèces.
Ces données confirment celles de Levy et al. (1994) et de Wagner (1996) obtenues dans des régimes d’ennoyage comparables.
Ceci ne signifie pas qu’il faut exclure le chêne sessile de tous les sols hydromorphes. Il est adapté aux sols peu ou moyennement hydromorphes, c’est à dire sans nappe présente durablement au printemps à moins de 50 cm de profondeur. Ces sols recouvrent les pentes et les bords de plateau.

La présence d’un ou plusieurs écotypes de chênes pédonculés particulièrement bien adaptés aux contraintes des sols de la forêt de Chaux est supposée.

Le remplacement du chêne pédonculé par le chêne sessile en raison d’une hypothétique dynamique de la végétation ne semble pas avoir de sens dans un contexte auquel le chêne sessile est aussi peu adapté (plateaux à sols très hydromorphes).

b. Malgré ces adaptations racinaires, les mesures de potentiel hydrique foliaire montrent que les chênes pédonculés étudiés semblent plus pénalisés par le manque d’eau durant l’été que de l’excès d’eau printanier. Le déficit hydrique estival est d’autant plus précoce que les parcelles sont assainies par un réseau de fossés.

c. Les fossés creusés dans les années 1950 sur les plateaux permettent seulement une évacuation rapide de l’eau gravitaire dans les 30 à 50 premiers cm du sol sur quelques mètres de part et d’autre du fossé. Cette efficacité limitée s’explique par la faible perméabilité des sols des "platières". Mais ceci est suffisant pour diminuer le stock d’eau accessible pour les racines en fin de printemps/début d’été et pour perturber le fonctionnement hydrique du bassin versant. En revanche, l’efficacité du drainage est insuffisante pour atténuer de manière significative (à moins de 50 cm de profondeur) les contraintes liées à l’ennoyage et à l’hydromorphie. Des effets positifs sont néanmoins probables pour les arbres les plus proches des fossés, surtout durant les années humides.
Les chênes dépérissants sont nombreux sur les plateaux, en particulier en présence d’un réseau de fossés.

d. Les travaux de restauration des ruisseaux temporaires apparaissent indispensable pour stopper l’érosion régressive observées très en amont de ces petits systèmes.

e. Levy (dans l’ouvrage de Drénou 2006), référence en terme d’études sur l’assainissement des sols hydromorphes, émet des réserves sur la pertinence des pratiques d’assainissement des sols forestiers au niveau technique et économique.
Il met en avant l’intérêt de prendre en compte l’adaptation des espèces et de "l’assainissement" biologique. En forêt de Chaux, une sylviculture favorable à l’aulne permettrait de remplacer le drainage par les fossés par un drainage autorégulé par la transpiration, qui diminue lorsque le sol s’assèche.

f. Les sols du massif de Chaux sont particulièrement sensibles au tassement et à l’acidification (exportations excessives, enrésinement).
Les tassements anciens et / ou actuels sont localement très importants en intensité et / ou en accentuent le manque d’oxygène pour les racines et perturbent l’accès aux réserve en eau.

- Bibliographie

E. Lucot, V. Benard, F. Degiorgi, J.-C. Lambert, P.-M. Badot, 2015. Ruisseaux temporaires, reméandrement, et gestion forestière : Exemple de la forêt de Chaux. Communication. Colloque Têtes de bassin, Paris, 4 et 5 mars.

Steinmann, M., Floch, Anne-Lise, Lucot, Eric, Badot, Pierre-Marie, 2014. The Redox Dynamics of Iron in a Seasonally Waterlogged Forest Soil (Chaux Forest, Eastern France) Traced with Rare Earth Element Distribution Patterns. AGU Fall Meeting San Francisco B41H-0161. (https://agu.confex.com/agu/fm14/mee...)

MUDRY J., DEGIORGI F., LUCOT E., BADOT P.-M., 2014. Middle term evolution of water chemistry in a karst river : example from the Loue River (Jura Mountains, Eastern France). In book : Hydrogeological and Environmental Investigations in Karst Systems - Environmental Earth Sciences, Publisher : Springer, Editors : B. Andreo, F. Carrasco, J.J. Duran, P. Jimenez, J.W. LaMoreaux, pp.147-151. DOI : 10.1007/978-3_642-17435-3

LUCOT Éric, CHARNET François, DEGIORGI François, LAMBERT Jean-Claude, STEINMANN Marc, BADOT Pierre-Marie, 2014. La présence d’une nappe d’eau dans des sols hydromorphes forestiers : à quelle profondeur, quand et combien de temps ? Les apports d’un suivi piézométrique pluriannuel. Communication 12es journées d’étude des sols (JES), 30 juin au 4 juillet, Chambéry.

V. Freycon, C. Wonkam, A. Fayolle, J.-P. Laclau, E. Lucot, C. Jourdan, S. Gourlet-Fleury, 2014. Tree roots can penetrate deeply in African rainforests : evidence from two common soil types. Journal of Tropical Ecology, 31, pp 13-23, doi:10.1017/S0266467414000595.

F. Degiorgi, E. Lucot, M. Goguilly, 2013. Suivi des effets du reméandrement de 4 affluents temporaires de la Clauge (39) sur les zones humides forestières associées. Colloque "Restauration de cours d’eau en zone de marais", 8 et 9 octobre, Labergement-Sainte-Marie (25). http://www.parc-haut-jura.fr/fr/sit...

Lucot E., Degiorgi F., Augé V., Pereira V., Badot PM., Durlet P., 2008. Les effets du reméandrement de ruisseaux temporaires en forêt de Chaux (Jura, France) sur le fonctionnement hydrique des sols riverains : premiers résultats. Forêt wallonne 97, 29-38.

Lucot E., Degiorgi F., Augé V., Pereira V., Badot PM., Durlet P., 2008. Le reméandrement des ruisseaux forestiers : un outil pour atténuer les excès du drainage en forêt de Chaux. Rendez-vous techniques de l’ONF, 22, 56-60.

Lucot E., Shahriari A.R., Badot PM., 2003 - Les paramètres racinaires modifiés en fonction de l’intensité de l’hydromorphie du sol chez le chêne adulte. Conséquences sur l’organisation du système racinaire. Secondes Rencontres d’Ecophysiologie de l’Arbre, La Rochelle, 8-12 décembre.

Nouguier-Ginoux A., Lucot E., Vincent G., Shahriari Ar., Badot PM., 2006 - Caractérisation du fonctionnement hydrique des sols hydromorphes à ennoyage temporaire. 8e Journées d’Ecologie Fonctionnelle, Nouan-le-Fuzelier, 7-9 mars.

Pereira V., Degiorgi F., Lucot E., 2010. Restauration des ruisseaux temporaires et de la réserve en eau des sols de la forêt de Chaux (39), Zones humides infos, 67, 15-16 (http://www.snpn.com/spip.php?article1091)

Vaillant N., Lucot E., Bourgeade P., Mercier J., Coulon L., Capelli N., Badot PM., 2000 - Morphological and anatomical traits associated acclimation to flooding in young oaks, Quercus robur and Quercus petraea. 4th Meeting of the French Society of Plant Physiology, Besançon, 5-7 décembre.

Vincent G., Lucot E., Badot PM., Epron D., 2003 - The contribution of soil moisture regime to spatial variability of carbon efflux from forest soils. Salzau, Autriche "The role of soils in the terrestrial carbon balance", 15 - 18 october

Vincent G., Shahriari AR., Lucot E., Badot PM., Epron D., 2006 - Spatial and saisonal variations in soil respiration in a temparate deciduous forest with fluctuating water table. Soil Biology and Biochemistry, 38, 2527-2535.

Rapports de travail d’étude de 1ère année de master "Ecosystèmes et environnement" :

- P. Mariotte (2007)
- S. Pitailler (2007)
- L. Lovy (2007)
- L. Hibon (2009)
- J.-B. Fagot (2010)

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