Modélisation de la végétation boréale et de sa dynamique dans le modèle de surface continentale ORCHIDEE

L’evolution du climat sur les prochaines dizaines voire centaines d’annees pose de nombreuses interrogations, du fait de l’impact de l’homme. Les emissions de gaz a effet de serre depuis le debut de l’ere industrielle entrainent une augmentation des temperatures. Celle-ci est susceptible d’affecter les ecosystemes terrestres, notamment dans les regions boreales ou les augmentations de temperature observees et projetees sont plus importantes. Une evolution de ces ecosystemes peut entrainer des retroactions sur le climat. Ainsi le phenomene actuel observe de verdissement des regions boreales (ou « Arctic greening ») peut augmenter ce rechauffement via une diminution de l’albedo. Afin de repondre a ces interrogations, des modeles climatiques ont ete developpes, integrant des modeles de surface continentale representant les flux de matiere et d’energie. Le travail effectue dans cette these a ete mene a partir de l’un d’eux, le modele de surface continentale ORCHIDEE, qui comprend une description succincte de la vegetation boreale. L’objectif de cette these etait donc l’implementation puis la modelisation de la vegetation boreale.Afin de decrire la vegetation presente au niveau des hautes latitudes, i.e. les toundras et les steppes, de nouveaux types de vegetation (PFTs) ont ete integres au modele a partir des PFTs deja presents. Tout d’abord, les plantes non vasculaires (NVPs) ont ete introduites pour representer les lichens et les bryophytes, ensuite les buissons pour representer une strate intermediaire entre les arbres et les herbacees, et enfin des herbacees C3 boreales pour distinguer la vegetation consideree dans les steppes boreales et les prairies temperees. La description de cette vegetation boreale s’est accompagnee de l’integration de nouveaux processus caracteristiques, allant de l’implementation d’interactions nouvelles telles que la protection des buissons par la neige en hiver, au simple choix de nouveaux parametres du PFT, en passant par la modification de processus deja presents dans le modele comme la conductance stomatique des NVPs. D’autres processus en lien avec la vegetation ont egalement ete mis a jour ou corriges. Enfin, pour modeliser la dynamique de la vegetation boreale, les nouveaux PFTs ont ete integres a la description initialement presente dans le modele.Ces modifications ont permis de modeliser la vegetation boreale et ses impacts sur les autres variables du systeme (flux de matiere ou d’energie), soit avec une vegetation prescrite (simulations de la periode recente), soit avec une vegetation dynamique (simulations presentes et futures, a partir des scenarios RCPs 4.5 et 8.5). Les simulations effectuees avec la vegetation prescrite montrent que l’on represente mieux le comportement de la vegetation avec les nouveaux PFTs. Avec les PFTs originaux la productivite et la biomasse etaient surestimees dans les regions boreales et entrainaient une sous-estimation de l’albedo et une surestimation de la transpiration. Les simulations avec une vegetation dynamique ont demontre la capacite du modele a representer avec la nouvelle vegetation boreale les biomes actuels ainsi que l’« Arctic greening ». Par contre, l’embuissonement observe dans plusieurs etudes n’a pas ete reproduit. Globalement l’introduction des PFTs boreaux s’est traduite par une meilleure description des ecosystemes arctiques et des echanges d’energie et de matiere avec l’atmosphere. Par contre, la protection du pergelisol par les NVPs n’a pas ete aussi importante qu’attendu et a ete compensee par une augmentation de l’humidite du sol.L’introduction de la nouvelle vegetation boreale dans le modele ORCHIDEE semble donc pertinente et met en evidence l’importance de la representation de ces ecosystemes. Ce travail ouvre donc des perspectives pour ameliorer les simulations climatiques, tant futures que passees. Comme la modelisation de la vegetation depuis l’Holocene afin de simuler la quantite de carbone contenu aujourd’hui dans le pergelisol.