Feu, climat et forêts subalpines au cours de l'Holocène dans les Alpes

207 Pages·2011·9.75 MB·French

EPHE, ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES

THESE
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES
Ecole Doctorale 472 : Ecole Pratique des Hautes Etudes
Mention : Systèmes Intégrés, Environnement et Biodiversité

Feu, climat et forêts subalpines dans les Alpes à l’Holocène

Présentée et soutenue publiquement par
Olivier Blarquez
le jeudi 9 juin 2011

Jury :
Yves Bergeron (Professeur, Université du Québec, Canada) Examinateur
Gudrun Bornette (Directeur de Recherche, CNRS, France) Examinateur
Christopher Carcaillet (Directeur d‘Etudes, EPHE, France) Directeur de thèse
Marco Conedera (Directeur de Recherche, Instit. Féd. Suisse) Rapporteur
Daniel G. Gavin (Professeur, Université de l‘Oregon, USA) Rapporteur
Roger Prodon (Directeur d‘Etudes, EPHE, France) Examinateur
2
A ma grand-mère

3
4
Sommaire
AVANT-PROPOS ..................................................................................................................................................... 9
INTRODUCTION GENERALE ................................................................................................................................... 11
INTRODUCTION ..................................................................................................................................................... 13
MATERIEL ET METHODES ........................................................................................................................................ 18
Macrorestes et paléoécologie ..................................................................................................................... 20
Macrocharbons et régimes d’incendies ....................................................................................................... 23
Datations isotopiques .................................................................................................................................. 24
Analyses des données .................................................................................................................................. 27
RESULTATS ET DISCUSSION ...................................................................................................................................... 32
Présence des arbres dans l’étage subalpin au début de l’Holocène (Chapitre 1) ........................................ 32
La richesse spécifique des écosystèmes subalpins est liée aux feux et aux précipitations (Chapitre2) ....... 35
Modélisation du comportement des espèces subalpines face aux incendies (Chapitre 3) .......................... 38
Pourquoi calibrer les influx de macrorestes ? (Chapitre 4) .......................................................................... 39
L’écodiversité subalpine est maximale durant la période 8000-5500 cal BP (Chapitre 5)........................... 42
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ................................................................................................................................. 45
Origine des forêts subalpines....................................................................................................................... 45
Feux, climat et seuil de résilience des écosystèmes ..................................................................................... 45
Taphonomie ................................................................................................................................................. 47
Prospective taxinomique ............................................................................................................................. 48
Changements planétaires ............................................................................................................................ 49
REMERCIEMENTS ................................................................................................................................................... 50
REFERENCES ......................................................................................................................................................... 50
CHAPITRE 1............................................................................................................................................................ 65
BLARQUEZ O, CARCAILLET C, MOURIER B, BREMOND L, RADAKOVITCH O. 2010. TREES IN THE SUBALPINE
BELT SINCE 11 700 CAL. BP: ORIGIN, EXPANSION AND ALTERATION OF THE MODERN FOREST. THE HOLOCENE
20: 139-146. .......................................................................................................................................................... 65
ABSTRACT ............................................................................................................................................................ 67
INTRODUCTION ..................................................................................................................................................... 68
MATERIAL AND METHODS ...................................................................................................................................... 69
Study Site ..................................................................................................................................................... 69
Sampling ...................................................................................................................................................... 69
Macroremain identification, analysis and zonation .................................................................................... 70
Dating .......................................................................................................................................................... 70
RESULTS .............................................................................................................................................................. 71
Stratigraphy and Chronology....................................................................................................................... 71
5
Vegetation history ....................................................................................................................................... 71
Comparisons with fire, climate and, archaeological chronologies .............................................................. 72
DISCUSSION ......................................................................................................................................................... 73
An exceptional presence of trees at the beginning of the Holocene ........................................................... 73
Middle to late-Holocene vegetation changes .............................................................................................. 74
Presence of Larix decidua woodland ........................................................................................................... 76
CONCLUSION ........................................................................................................................................................ 76
ACKNOWLEDGEMENTS ........................................................................................................................................... 77
REFERENCES ......................................................................................................................................................... 77
CHAPITRE 2............................................................................................................................................................ 87
BLARQUEZ O, BREMOND L, CARCAILLET C. 2010. HOLOCENE FIRES AND A HERB-DOMINATED UNDERSTOREY
TRACK WETTER CLIMATES IN SUBALPINE FORESTS. JOURNAL OF ECOLOGY 98: 1358-1368. ............................. 87
SUMMARY ........................................................................................................................................................... 89
INTRODUCTION ..................................................................................................................................................... 90
MATERIAL AND METHODS ...................................................................................................................................... 91
Site description: Lago Perso ......................................................................................................................... 91
Sampling, dating and calculation of the age-depth model.......................................................................... 92
Charcoal analysis and the fire history reconstruction.................................................................................. 92
Plant community composition: the macrofossil analysis ............................................................................. 94
Rarefaction analysis: a richness index ......................................................................................................... 94
Independent climate proxies ....................................................................................................................... 95
RESULTS .............................................................................................................................................................. 95
Stratigraphy and chronology ....................................................................................................................... 95
Fire history ................................................................................................................................................... 96
Vegetation history ....................................................................................................................................... 97
Plant population dynamics .......................................................................................................................... 98
Richness E(T ) variations .............................................................................................................................. 98
n
Comparison of vegetation, climate, fire and human activity ...................................................................... 98
DISCUSSION ......................................................................................................................................................... 99
The paradox of a Larix-dominated forest associated with a medium fire frequency .................................. 99
Vegetation, richness and fire dynamics ..................................................................................................... 101
Is the Iron Age equivalent to the Fire Age? ................................................................................................ 101
Climate change through time .................................................................................................................... 102
CONCLUSION ...................................................................................................................................................... 103
ACKNOWLEDGEMENTS ......................................................................................................................................... 103
REFERENCES ....................................................................................................................................................... 103
FIGURE CAPTIONS ................................................................................................................................................ 110
6
CHAPITRE 3.......................................................................................................................................................... 117
BLARQUEZ O, CARCAILLET C. 2010. FIRE, FUEL COMPOSITION AND RESILIENCE THRESHOLD IN SUBALPINE
ECOSYSTEM. PLOS ONE 5: E12480. ..................................................................................................................... 117
ABSTRACT .......................................................................................................................................................... 119
INTRODUCTION ................................................................................................................................................... 120
RESULTS ............................................................................................................................................................ 121
Cumulated macroremain influxes in relation to fire .................................................................................. 121
Species behavioral response to fires .......................................................................................................... 121
Modeling succession patterns ................................................................................................................... 122
DISCUSSION ....................................................................................................................................................... 123
Pre- and post-fire plant behavior ............................................................................................................... 123
A plant-fire functional interaction ............................................................................................................. 125
Conclusion .................................................................................................................................................. 126
MATERIAL AND METHODS ..................................................................................................................................... 126
Study sites .................................................................................................................................................. 126
Plant macroremains analysis, dating, and age-depth modeling ............................................................... 127
Fire reconstruction ..................................................................................................................................... 128
Superposed epoch analysis (SEA) ............................................................................................................... 128
ACKNOWLEDGMENTS ........................................................................................................................................... 129
REFERENCES ....................................................................................................................................................... 129
FIGURE CAPTIONS ................................................................................................................................................ 135
CHAPITRE 4.......................................................................................................................................................... 139
BLARQUEZ O, CARCAILLET C, ELZEIN T, ROIRON P. ACCEPTED IN THE HOLOCENE. CALIBRATED NEEDLE
ACCUMULATION RATE MODEL-BASED RECONSTRUCTION OF PALAEO-TREE BIOMASS REVEALS AN ECOLOGICAL
SHIFT AT 2600-2000 CAL YEAR BP IN THE SUBALPINE BELT. .............................................................................. 139
ABSTRACT .......................................................................................................................................................... 141
INTRODUCTION ................................................................................................................................................... 142
MATERIALS AND METHODS .................................................................................................................................... 143
Study area .................................................................................................................................................. 143
Macroremain trap design .......................................................................................................................... 144
Palaeoecological study design ................................................................................................................... 145
Statistical analyses .................................................................................................................................... 145
RESULTS ............................................................................................................................................................ 147
Needle Accumulation Rate (NAR) – basal area calibration ....................................................................... 147
Basal area reconstruction .......................................................................................................................... 147
Basal area-fire frequency relationship ....................................................................................................... 148
7
DISCUSSION ....................................................................................................................................................... 149
Calibrated NAR: a biomass proxy? ............................................................................................................ 149
Overestimation of Larix decidua abundance based on NAR ...................................................................... 150
Holocene biomass dynamics of the larch-cembra pine forests .................................................................. 151
CONCLUSION ...................................................................................................................................................... 152
ACKNOWLEDGEMENTS ......................................................................................................................................... 153
REFERENCES ....................................................................................................................................................... 153
FIGURE CAPTIONS ................................................................................................................................................ 159
CHAPITRE 5.......................................................................................................................................................... 165
BLARQUEZ O, CARCAILLET C. IN REVISION. HUMPED-BACK ECODIVERSITY CONTROLLED BY INTERMEDIATE FIRE
FREQUENCY PEAKING BETWEEN 8000 AND 5500 CAL BP IN THE SUBALPINE ECOSYSTEM. .............................. 165
ABSTRACT .......................................................................................................................................................... 167
INTRODUCTION ................................................................................................................................................... 168
MATERIAL AND METHODS ..................................................................................................................................... 169
The study area ........................................................................................................................................... 169
Sampling design, age/depth models and bio-proxies analysis .................................................................. 170
Statistical analysis ..................................................................................................................................... 171
RESULTS ............................................................................................................................................................ 173
Species and environmental variables on the COIA .................................................................................... 173
COIA results: the pattern of macroremain assemblages ........................................................................... 173
Local Fire frequency and chronology versus taxa ...................................................................................... 174
Regional fire occurrence and climate history ............................................................................................ 175
DISCUSSION ....................................................................................................................................................... 175
The ecodiversity concept ........................................................................................................................... 175
Local fire frequency and ecodiversity ........................................................................................................ 176
Ecodiversity peaks during the early Holocene ........................................................................................... 176
What processes explain the reduction in ecodiversity? ............................................................................. 178
CONCLUSION ...................................................................................................................................................... 179
ACKNOWLEDGEMENTS ......................................................................................................................................... 180
REFERENCES ....................................................................................................................................................... 180
FIGURE CAPTIONS ................................................................................................................................................ 186
ANNEXE 1 ............................................................................................................................................................ 195
PROGRAMME KDFFREQ.M .................................................................................................................................. 195
ANNEXE 2 ............................................................................................................................................................ 199
CURRICULUM VITAE ............................................................................................................................................ 199
8
Avant-propos
Cher lecteur, voici le résultat de ces 3 ans de thèse, de ces 253 000 macrorestes comptés, mais
pas des quelques 100 000 cernes d’arbres comptés ni de la tonne de biomasse de buisson
récoltée, car cela est une autre histoire…
Passé ce bref bilan quantitatif je voudrais adresser mes remerciements à l’ensemble des
personnes ayant compté dans ce travail.
Pour commencer je tiens à remercier mon directeur de thèse, Christopher, pour son soutien, son
encadrement, pour la liberté d’action qu’il m’a laissée, et surtout pour la formation scientifique
qu’il m’a donnée.
Je tiens à remercier les membres de mon jury les Professeurs Gudrun Bornette, Yves Bergeron
et Roger Prodon et particulièrement mes deux rapporteurs les Professeurs Marco Conedera et
Daniel Gavin.
Je voudrais adresser un grand merci à l’ensemble du personnel du CBAE avec dans le
désordre, Laurent, Lucie, Jean-Fred, Benoit, Paul, Adam, Thierry, Philipe, Walter, Chantal,
Nicole, Laurent B., Laure, Isabel, Sarah, Sandrine, Fred, Loïc. Merci à tous ceux m’ayant
accompagné sur le terrain, avec une mention spéciale à Brice, Laurence et Christian. Une
mention spéciale à mes co-bureau successifs (promis je libère bientôt la place), Sandrine,
Aurélie, Oriane et Sandrine. Bien sûr aux doctorants d’en face Thomas et Bérangère. Merci
Tasneem et Thibault, travailler avec vous fut un réel plaisir. Alors voilà un grand merci à tous,
ces trois années de thèse ont été agréables à vivre grâce à vous.
Merci à toute l’équipe du bâtiment 4 et à tous les étudiants qui sont passés dans mes cours.
Un grand merci aux amis de Montpellier et toujours dans le désordre, Louise, Léa, Vio, Vincent,
Aimeric, Gaël, et tous ceux que j’oublie. Une mention spéciale à Julie et Jean-So (promis je
viens à Dijon dès que j’ai fini d’écrire mes remerciements) et aux amis du Vaucluse avec dans
le désordre UV, Fouine, Darko, Hervé, Pij, Anne-So et les autres.
Un grand merci à la famille et la belle-famille, Véronique, Michel, Guillaume, Aurélie, Louis,
Véronique, Lucie.
Un merci spécial à Marie et Margot aussi. Je remercie Syrah de n’avoir pas encore déchiqueté
ce manuscrit. Merci à tous ceux que j’oublie. Merci à toi lecteur.
Alors comment ne pas finir ou presque sans remercier mes parents, pour faire court merci de
m’avoir supporté depuis le début.
Merci Julie, partager ma vie avec toi est la meilleure chose qui ne me soit jamais arrivée.

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