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La sécheresse extrême de l'été 2018 a entraîné une décoloration et une chute prématurées des feuilles de hêtres dans diverses régions du Plateau suisse et du Jura dès le mois de juillet. Dans ce projet, nous étudions les causes possibles de ce phénomène, en particulier les propriétés du sol et l’affaiblissement de certains arbres dû à des épisodes de sécheresse antérieurs. L'évolution de la vitalité des arbres sera observée sur plusieurs années à partir de 2018.
En Suisse comme dans de nombreuses autres régions d'Europe, l'été 2018 a été marqué par une canicule accompagnée de plusieurs semaines de sécheresse. Par exemple, certaines régions du Plateau n'ont reçu que deux tiers environ de la quantité habituelle de pluie. La sécheresse prononcée a entraîné une décoloration prématurée du feuillage des hêtres dans diverses régions de Suisse puis une chute des feuilles à partir de juillet et août (Fig. 1). La question s'est alors posée de savoir si cette chute précoce des feuilles représente une réaction protectrice de l’arbre lui conférant un avantage physiologique (réduction de la transpiration), ou si elle est un symptôme évident de dommage. Par ailleurs, il est intéressant de suivre l’évolution de la vitalité de ces hêtres dans les prochaines années pour mieux comprendre leur capacité de résilience face à une sécheresse extrême.
Dans le cadre de l'initiative Sécheresse 2018 du WSL, le projet « 1000 hêtres » a été lancé pour étudier dans quelle mesure les hêtres qui ont perdu leurs feuilles prématurément en 2018 diffèrent les années suivantes des hêtres dont les feuilles sont tombées normalement, c’est-à-dire vers le mois d’octobre. À cette fin, 964 hêtres ont été marqués dans les régions de Bâle-Campagne, Schaffhouse, et Bremgarten (AG)/Knonauer Amt (ZH), et les dommages dus à la sécheresse ont été estimés. Les mêmes arbres ont été rééxaminés durant l'été 2019. Plusieurs groupes de recherche du WSL collaborent à ce projet (Écologie des perturbations, Écophysiologie, Protection de la forêt suisse, Entomologie forestière, Fonctions et protection des sols).
Ce projet a été suivi au printemps 2020 par « Sécheresse et hêtres », qui comprend les deux modules « 1000 hêtres » et « Ajoie ».
Dans le premier module, la série chronologique précédente comportant deux ans de données sur les hêtres morts ou en cours de rétablissement du projet « 1000 hêtres » est prolongée de deux années supplémentaires. En outre, l'analyse des cernes permet d'examiner les effets à moyen terme de la sécheresse et les causes des différents types de dommages. Les relevés de terrain ont pour but de montrer si et dans quelle mesure les hêtres peuvent se rétablir et combien de hêtres supplémentaires meurent pendant cette période.
Les questions de recherche suivantes seront examinées : combien d'individus présentant une chute prématurée des feuilles survivront-ils jusque en 2021 ? Quels dommages les hêtres ont-ils subis au cours des quatre premières années ? Ces dommages sont-ils tributaires des caractéristiques du sol, des ravageurs ou des agents pathogènes ?
En août 2018, 964 hêtres ont été marqués dans les régions de Bâle-Campagne, Schaffhouse, Bremgarten (canton d'Argovie) et dans l'ouest du canton de Zurich, et les dommages visibles ont été estimés (figure 2).
La vitalité (état de la couronne, mortalité totale) de tous ces arbres a été à nouveau estimée en 2019, 2020 et 2021. En outre, des effets secondaires d'origine biotique tels que les suintements de mucus, les infections fongiques et les infestations par des insectes sur les troncs (figure 3) ont été enregistrés sur tous les arbres. Ceux-ci pourraient être des effets tardifs de la sécheresse estivale de 2018.
En juillet 2019 et 2020, des échantillons de feuilles (figure 4) ont été récoltés dans la couronne de certains des arbres pour des analyses chimiques et pour rechercher la présence de dommages dus à des insectes. Les sites ont également fait l'objet d'une étude pédologique.
De septembre à novembre 2020, des carottes ont été prélevées sur tous les hêtres afin de reconstituer l'historique de croissance de chaque arbre à l'aide de l'analyses des cernes et vérifier si les arbres sérieusement affectés par la sécheresse de 2018 n'étaient déjà pas affaiblies par des sécheresses antérieures.
Les relevés ont révélé que 4,4% des hêtres sélectionnés en 2018 ont dépéri en l’espace de quatre ans (fig. 5a). Parmi ceux qui ont présenté une perte de feuillage prématurée, environ 10% sont morts dans la région de Schaffhouse, environ 7% dans la région de Bâle-Campagne et environ 4% dans la région Knonaueramt-Bremgarten.
La mortalité a été bien plus faible parmi les sujets qui ont perdu normalement leurs feuilles en automne 2018: à Bâle-Campagne, elle est de 2%, tandis que dans la région Knonaueramt-Bremgarten, tous les sujets ont survécu en 2021. Parallèlement aux arbres morts, 21% des hêtres observés ont été abattus au cours de l’étude, le plus souvent pour des raisons de sécurité. En 2020, soit la deuxième année après la sécheresse estivale, la proportion de branches mortes a atteint un pic de 25% du volume du houppier (fig. 5b). Ensuite, la proportion de branches mortes a de nouveau légèrement diminué, de nouvelles branches ayant repoussé. Cette observation pourrait être le signe d’une reprise de croissance, au moins temporaire.
L’analyse des différents facteurs d’influence montre que les hêtres des stations à climat sec et ceux dont les feuilles sont tombées prématurément en 2018 ont subi des dommages plus prononcés du houppier. En outre, les grands arbres étaient davantage endommagés. La proportion de sujets présentant des lésions de l’écorce avec suintement a atteint un pic en 2019, avec 22,1% de troncs touchés. En 2021, des trous de forage de scolytes ont été détectés sur 21,5% des hêtres. Ces deux dommages secondaires ont été plus fréquents sur les arbres présentant un changement de coloration ou une chute précoce des feuilles, et se sont souvent accompagnés d’une mortalité plus élevée au niveau du houppier.
Les analyses montrent que le changement de couleur prématuré du feuillage pendant la sécheresse de l’été 2018 était un symptôme d’affaiblissement pour une majorité des hêtres étudiés. Le déficit hydrique extrême a déclenché, surtout dans les sites au climat sec et aux sols peu profonds, un processus de dégradation qui a parfois conduit à la mort de l’arbre. La mortalité accrue du houppier était souvent accompagnée d’une infestation d’insectes et de pathogènes.
Cette étude n’a pas permis de déterminer dans quelle mesure ces attaques secondaires affaiblissent davantage les arbres. La sécheresse de ces dernières années a été exceptionnelle et a largement affecté la croissance des hêtres dans les régions de basse altitude de Suisse. Alors que la période 2014-2018 comptait déjà parmi les plus sèches des 250 dernières années, l’extrême sécheresse de 2018 a été suivie par d’autres, certes moins intenses, les deux années suivantes. Le fait que les hêtres aient souffert d’un stress hydrique aggravé est démontré par d’autres études qui mettent en évidence une réduction de la largeur des cernes.
L’intensité de la sécheresse climatique, soit le déficit pluriannuel de précipitations estivales, a déterminé le degré des dégâts à l’échelon régional: dans le nord de la Suisse, où les précipitations sont plus faibles, les dégâts ont été plus importants que dans la région Knonaueramt-Bremgarten. Le déficit pluviométrique s’entremêle de différences locales en lien avec les sols, les arbres et les peuplements. Il en résulte des schémas de dégâts locaux, avec des hêtres fortement endommagés sur des sols superficiels voisinant avec des sujets presque intacts sur des sols profonds. Les repousses dans la couronne, notamment épicormiques, dans les années suivant la sécheresse, indiquent un rétablissement partiel du hêtre. Durable ou passager? La question reste à clarifier.
Finalement, la résistance des hêtres pourrait augmenter par acclimatation au fil du temps. Reste à voir si la fragilité des arbres déjà endommagés ira s’aggravant à la prochaine sécheresse, sujet qu’aborde une étude internationale. Les périodes sèches et chaudes étant appelées à augmenter en fréquence et en intensité dans la foulée du réchauffement climatique, il faut s’attendre à ce qu’à long terme, ne parvenant pas à se remettre de sécheresses récurrentes, les hêtres des zones sèches du nord de la Suisse déclinent ou disparaissent.
La sécheresse extrême de 2018 a provoqué des dégâts importants et parfois étendus dans les hêtraies de l'Ajoie (canton du Jura) (figure 6). Dans cette région, les caractéristiques des dommages varient à une échelle relativement faible, parfois même au sein d'un peuplement.
Par conséquent, ce deuxième module a pour objet d'examiner les facteurs prédisposants susceptibles d'expliquer la diversité des dommages causés aux hêtres par la sécheresse. À cet effet, le climat local, les propriétés du sol et les facteurs génétiques seront examinés.
En outre, l'analyse des cernes devrait montrer si un affaiblissement précoce des arbres (par exemple dû à la sécheresse ou aux parasites) est évident dans les modèles de croissance à long terme.
En collaboration avec l'Office de l'Environnement du canton du Jura, neuf peuplements de hêtres de plus de 100 ans comportant des proportions variables de hêtres fortement endommagés ont été sélectionnés début 2020, soit trois peuplements présentant chacun une proportion > 75%, 50% et 10% (figure 7).
En collaboration avec l'Institut de physiologie végétale appliquée (IAP) et Protection de la forêt suisse (WSL), 21 hêtres ont été sélectionnés et marqués dans chaque peuplement au printemps 2020, c'est-à-dire 189 arbres en tout.
Durant l'été 2020, deux carottes ont été prélevées dans chaque arbre (figure 8) afin de déterminer l’historique de croissance de chaque individu à partir des cernes. On s'attend à ce que cette approche révèle que les arbres les plus sévèrement touchés par la sécheresse de 2018 sont ceux qui avaient déjà été affaiblis par des sécheresses, reconnaissable par des cernes plus étroits. La mortalité de des couronnes a été évaluée sur la base du pourcentage de branches mortes et du degré de défoliation.
À l'automne 2020, des fosses pédologiques ont été creusées dans les neuf peuplements. La profondeur du sol et d'autres paramètres ont été mesurés. Sur la base de ces données, un modèle de bilan hydrique du sol sera calculé pour chaque peuplement afin de montrer les éventuelles différences du bilan hydrique entre les peuplements.
Il résulte que les atteintes aux couronnes dépendent étroitement de la quantité globale d’eau dans le sol. Dans les peuplements sur sols très superficiels ou caillouteux, le nombre d’arbres avec des houppiers fortement endommagés est bien plus élevé qu’au sein des peuplements établis sur des sols profonds. Pour tous les peuplements considérés, l’accroissement annuel dépend fortement du bilan hydrique de l’année en question (par exemple d’août 2017 à juillet 2018).
Les anneaux de croissance larges se forment durant les périodes avec d’abondantes précipitations. Dans les hêtres poussant sur des sols peu profonds, qui dépendent des précipitations à court terme pour leur développement, la largeur des cernes est plus hétérogène que dans les arbres établis sur sols profonds. A ces endroits, l’eau de pluie peut être stockée plus longtemps dans le sol. A l’intérieur des peuplements, les arbres plus petits et à croissance plus lente ont tendance à être davantage endommagés.
Nos résultats montrent donc que les arbres qui poussaient dans une position sociale plus faible avant l’été 2018 ont eu plus de difficultés à faire face à la sécheresse et à la chaleur excessive que les sujets dominants, présentant une vitalité élevée. Les peuplements de hêtres sur sols profonds avaient assez de réserves d’eau pour bien traverser cette période sèche et chaude.
Dans un avenir marqué par une augmentation des vagues de chaleur, le hêtre aura de plus en plus de problèmes sur les sites secs; même dans les endroits bien alimentés en eau aujourd’hui, sa situation pourrait devenir difficile.
Détails du projet
Durée du projet
2020 - 2022