Modèles de la dynamique des peuplements forestiers : articulation entre les niveaux de l’arbre et du peuplement. Applications à la sylviculture des hêtraies
Résumé
The dynamic models of forest stands are an important tool for helping management decisions : with simulations, it is possible to evaluate and compare the stand response to alternative silvicultural treatments. In the even aged Beech (Fagus silvatica L.) stands under study, the silvicultural actions (thinnings) control stand density ; due to the selection among the individual trees composing the stand, its composition and structure are also altered. To account for this silviculture induced diversity of the forest systems, a model has to describe them in enough detail and must be of flexible use. This study aims at satisfying these two requirements through the modelling of each individual tree inside the stand (distance independant individual tree model). When long term predictions are to be done, a major criterion for assessing the quality of complex models is the realism of their behaviour ; to ensure that the models posess a satisfactory behaviour, we relied on the fact that the main characteristics of stand level dynamics are well known, now : the so called “Eichhorn law”, an empirical rule, is assumed to reflect a regulation of growth and development on a large scale. We tried to model individual tree growth so that the formulations are coherent with this preliminary stand level knowledge. The modelling effort is illustrated with several particular models, and we put the stress on the approach combining successive phases : biological, empirical and mathematical. The models are understood as a synthesis of former knowledge ; they also allow the identification of still unsolved questions and suggest new experiments to be undertaken : development of stand structure through time, effect of low densities on stand and tree growth, evolution of social hierarchies, practical and methodological consequences of the spatial heterogeneities. The proposed models are compared with a process based formulation, traducing the basic physiological mechanisms inside plant populations. The predictive performance of the model finally chosen is discussed, at both tree and stand levels and in various contexts of operationnal use.
Les modèles de la dynamique des peuplements forestiers constituent un outil privilégié d’aide à la décision : comme instruments de simulation, ils permettent notamment d’évaluer et de comparer la réponse des peuplements à divers traitements sylvicoles. Dans les hêtraies monospécifiques et équiennes auxquelles on s’intéresse dans ce travail, les pratiques sylvicoles (éclaircies) se traduisent par une manipulation de la densité ; en raison de la sélection opérée entre les individus qui composent le peuplement, elles en altèrent également la composition et la structure. Pour pouvoir rendre compte de cette diversité des systèmes façonnés par la sylviculture, un modèle doit les décrire avec suffisamment de détail et être d’une utilisation souple. Cette étude vise à atteindre ces deux objectifs en représentant la croissance de chaque arbre au sein du peuplement. Dans le cadre de prévisions à long terme, le réalisme du comportement de modèles complexes est un critère décisif pour apprécier leur qualité ; pour garantir un comportement satisfaisant, on tire parti du fait que les aspects principaux de la dynamique sont relativement bien connus, au niveau du peuplement : une règle empirique, la “loi de Eichhorn”, suggère l’existence d’une régulation de la croissance et du développement à une échelle globale. On cherche à représenter, de manière cohérente avec ces connaissances antérieures, la croissance au niveau de l’arbre. Le processus de modélisation est illustré à travers plusieurs exemples de modèles, en insistant sur la succession des points de vue biologique, empirique et mathématique. Ces modèles, utiles comme synthèses des connaissances, permettent également de mettre en évidence des phénomènes mal connus et de suggérer des expériences complémentaires : évolution de la structure des peuplements au cours du temps, effet des très faibles densités sur la croissance, modifications des hiérarchies sociales, importance des hétérogénéités spatiales. Enfin, les modèles proposés sont comparés à une formulation plus fonctionnelle, obtenue par une représentation des mécanismes physiologiques élémentaires au sein des populations végétales. La qualité prédictive du modèle retenu finalement est discutée, aux niveaux de l’arbre et du peuplement, dans divers contextes d’utilisation opérationnelle.