Focus : Changement climatique et croissance du hêtre en forêt de Soignes

Focus - Actualisation : janvier 2018

L’étude des cernes (ou « anneaux de croissance ») des hêtres de la forêt de Soignes a mis en évidence une réduction de leur croissance depuis les années ’90. Cette évolution apparaît davantage liée à l’évolution du climat qu’au vieillissement des peuplements. Si jusqu’à présent aucun seuil critique mettant directement les arbres en danger n’a été atteint, l’augmentation attendue de la fréquence et de l’intensité des sécheresses printanières et des canicules estivales liée aux changements climatiques pourrait mettre en péril la survie à long terme des hêtraies.

La fragilité des hêtres de la forêt de Soignes

La forêt de Soignes dans sa forme actuelle résulte de plantations, majoritairement de hêtres, qui ont été entreprises à l’époque autrichienne à la fin du 18ème siècle. Celles-ci visaient principalement à produire du bois de qualité mais, au fil des décennies, la vocation productive de la forêt s’est atténuée au bénéfice d’une gestion davantage axée sur le développement de la fonction récréative et la préservation des paysages et de la biodiversité. Le rythme des coupes et des régénérations, initialement effectuées avec une révolution de 80 ans, a été progressivement allongée à 200 ans et la futaie a vieilli, donnant naissance à un paysage particulier qualifié de « forêt cathédrale ». En forêt de Soignes, celle-ci est composée de hautes futaies, constituées de hêtres de même âge aux longs troncs rectilignes (cimes atteignant jusqu’à 50 mètres de haut) et présentant un sous-bois dégagé.
La partie bruxelloise de la forêt de Soignes est aujourd’hui couverte d’environ 57% de hêtraies (dont 50% pure et 7% en mélange) et de 21% de chênaies (dont 13% pure et 8% en mélange, il s’agit essentiellement de chênes pédonculés).
La forêt de Soignes représente un patrimoine naturel, historique et culturel d’une importance considérable pour les Bruxellois. Depuis une dizaine d’années, son avenir fait cependant l’objet de nombreuses interrogations de la part du monde forestier, en particulier en ce qui concerne l’impact qu’auront les changements climatiques prévus sur les peuplements de hêtres.
La hêtraie sonienne apparaît en effet fragile pour différentes raisons parmi lesquelles on peut notamment citer des facteurs liés aux caractéristiques des peuplements (hêtraies le plus souvent pures faites d’arbres de plus de 40 mètres et s’approchant de leur limite de longévité) et des sols (présence fréquente d’un horizon de sol induré à faible profondeur dénommé « fragipan », compaction superficielle, sécheresse relative d’une partie des sols de versants). Dans ces conditions, certains peuplements s’avèrent particulièrement vulnérables aux évènements climatiques extrêmes mais aussi aux maladies et ravageurs.
Une étude visant à caractériser les impacts potentiels des changements climatiques sur la forêt de Soignes à l’horizon 2100 (Daise et al., 2009) a par ailleurs mis en évidence le fait que l’essence qui devrait être la plus touchée par les modifications attendues du climat était le hêtre. D’autres essences telles que le Chêne pédonculé, l’Erable sycomore ou le Frêne sont cependant également susceptibles d’être sensiblement impactées par les évolutions climatiques (voir focus « Forêt de Soignes et risques associés au changement climatique  » de la synthèse 2007-2008).

L’étude de la croissance des cernes des hêtres pour mieux comprendre l’effet des changements climatiques

C’est dans ce cadre qu’une recherche visant à approfondir les connaissances relatives à l’effet des changements climatiques sur la croissance des hêtres soniens a été menée en 2015.
L’approche utilisée dans cette étude est la « dendroécologie » c’est-à-dire une combinaison de la dendrochronologie et de l’écologie forestière. La dendrochronologie est la discipline scientifique relative à la mesure et à la datation des largeurs des cernes lesquelles permettent d’estimer la croissance annuelle des arbres. En mettant en relation des variables environnementales et la croissance des arbres, la dendroécologie constitue l’une des méthodes permettant d’analyser l’impact des changements environnementaux sur les écosystèmes forestiers.
L’étude s’est focalisée sur l’analyse des relations entre la croissance, d’année en année, d’un échantillon de quelques centaines de hêtres et, d’une part, des données climatiques (températures et précipitations) et, d’autre part, l’âge des hêtres.
Pour ce faire, l’étude s’est appuyée sur un important jeu de données dendrochronologiques se rapportant à 286 hêtres répartis sur 35 sites représentatifs de l’aire de répartition des hêtraies en Belgique et couvrant les différentes classes d’âges étudiées.
Cet échantillon a été réparti en 3 groupes:

• Hêtraies de plaines hors forêt de Soignes (zone bioclimatique atlantique, entre le sillon Sambre et Meuse et la mer du Nord);
• Hêtraies soniennes (zone bioclimatique atlantique);
• Hêtraies ardennaises (zone bioclimatique sub-montagnarde).

L’étude a mis en évidence une phase d’augmentation de la croissance des hêtres entre les années ’20-’30 et les années ’60-70’. Selon les chercheurs, cette évolution est à mettre en relation avec le réchauffement progressif du climat allié à l’allongement de la période de végétation observé durant cette période.  Ces derniers ont par ailleurs émis l’hypothèse que cette croissance accrue des hêtres pourrait également être liée aux retombées atmosphériques azotées (fertilisation) résultant des émissions polluantes et à l’évolution de la gestion sylvicole. Ces variables n’ont néanmoins pas été étudiées dans le cadre de cette étude.
L’analyse des cernes a également montré qu’en forêt de Soignes, l’augmentation de cette croissance a été nettement moins marquée que dans les deux autres groupes. Selon les chercheurs, ce constat pourrait être lié à la densité importante des peuplements ainsi qu’aux caractéristiques physiques des sols.
Cette phase de croissance accrue a été suivie d’une phase de diminution, observée également à l’échelle de l’Europe, et qui résulterait en grande partie de l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des vagues de chaleur ainsi que des épisodes de sécheresse. Le hêtre, espèce typique des climats tempérés frais et normalement bien arrosés, est en effet une essence peu adaptée au manque d’humidité - en particulier durant le printemps où se fait l’essentiel de sa croissance - ainsi qu’aux fortes chaleurs estivales. En cas de stress marqué en été, la capacité des arbres à accumuler des réserves diminue ce qui pénalise leur accroissement au printemps suivant.
De ce fait, les changements climatiques attendus pour la Région bruxelloise pourraient s’avérer particulièrement négatifs pour les hêtres et, plus généralement, pour diverses essences présentes en forêt de Soignes. En effet, selon une étude (Pouria et al. 2012) commanditée par Bruxelles environnement sur l’adaptation au changement climatique en Région de Bruxelles-Capitale, l’évolution probable du climat au niveau régional - établie en se basant sur différents modèles - se traduirait entre autres par:

• une modification du régime des précipitations avec une diminution des précipitations en été (-11 à 37% en 2085) et une augmentation des précipitations hivernales (+21% en 2085 selon les projections moyennes), au niveau annuel les projections pour 2085 sont très divergentes selon les modèles et scénarios;
• une augmentation des t° moyennes annuelles (entre +1,9 et +5,4°C en 2085) et des t° estivales (entre +2,3 et +7,2°C en 2085), pour les t° automnales et printanières les projections divergent selon les modèles et scénarios ;
• à partir de 2050, une augmentation du nombre de jours de canicules estivales.

En outre, selon le rapport 2007 du GIEC (groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat), notre pays pourrait être également soumis à un accroissement, en fréquence et en intensité, des tempêtes hivernales à l’horizon 2100 (degré de certitude moindre).
La pluviométrie annuelle minimale permettant encore la croissance du hêtre est de 600 mm sous réserve que celui-ci bénéficie d’une humidité ambiante importante et/ou d’une bonne alimentation en eau du sol.  En forêt de Soignes, certaines études ont montré que le hêtre pouvait, dans une certaine mesure, adapter son architecture racinaire pour accéder à des ressources hydriques profondes (pénétration des racines, via des fissures, en-dessous du fragipan où se trouve un sol limoneux riche et meuble) (LANGHOR R. 2010, LA SPINA S. 2011). 
Les graphiques ci-dessous représentent, pour chacun des groupes considérés, l’évolution de la moyenne des accroissements annuels des hêtres (exprimée en pourcentage de la situation moyenne en 1900).  Une technique de standardisation a été utilisée afin de créer une courbe représentant l’accroissement d’un arbre moyen qui aurait un âge constant pendant toute la période étudiée (1900-2008) ce qui permet d’isoler les effets des changements environnementaux dans le temps.

Croissance radiale (cernes) des hêtres entre 1900 et 2008 : tendances générales (courbes régionales standardisées ou RCS en anglais)

Source : Gembloux Agro Bio-Tech 2015

Comme l’illustre le graphique, en forêt de Soignes, la diminution de la croissance radiale s’est amorcée plus tardivement que dans les 2 autres groupes, à savoir, à partir des années ’90. Pour les hêtraies de plaines hors forêt de Soignes ainsi que pour les hêtraies ardennaises étudiées, la croissance des hêtres observée à la fin du 20ème siècle – début du 21ème siècle s’avère inférieure à ce qu’elle était au début du 20éme siècle.  Cette tendance semble également s’amorcer en forêt de Soignes.
L’étude s’est également attachée à identifier les données météorologiques (mesurées à la station d’Uccle) permettant d’expliquer au mieux les variations de la croissance des hêtres d’une année à l’autre.
Ceci a notamment permis de montrer qu’en forêt de Soignes les années de croissance particulièrement faibles avaient toutes un lien direct avec un climat exceptionnel survenu l’année en cours ou l’année précédente et qu’elles étaient essentiellement concentrées sur la période 1976-2004. Par ailleurs, pour les 3 groupes, on constate globalement qu’avant 1976 l’accroissement des arbres a été essentiellement influencé par le climat de l’année en cours. Après 1976, année charnière marquée par une sécheresse printanière et des vagues de chaleur estivales, l’influence de ces 2 paramètres climatiques a fortement augmenté et celle des éventuelles canicules de l’été précédent est devenue prépondérante.
En forêt de Soignes, pour la période 1990-2013, les précipitations printanières et les canicules de l’été précédent expliquent à elles seules jusqu’à 50% de la variation de l’indice de cerne. Une approche par modélisation a par ailleurs montré que l’augmentation observée de la sensibilité moyenne au cours de la seconde moitié du 20ème siècle - mesurée par le taux de variation entre deux accroissements consécutifs - était davantage due aux changements climatiques qu’au vieillissement des hêtraies de Soignes.

Quels enseignements pour la gestion de la forêt de Soignes ?

Aucun seuil critique mettant directement les arbres en danger n’a encore été atteint : un rétablissement de la croissance des hêtres a en effet toujours été observé lors des années favorables, plus humides et moins chaudes. Néanmoins, les changements climatiques attendus pour la fin du 21ème siècle au niveau régional, avec entre autres une augmentation de la fréquence et de l’intensité des sécheresses et des canicules estivales, pourraient mettre en péril la survie à long terme des hêtres en affectant leur croissance annuelle. Cette conclusion converge avec celle d’une autre étude, menée en 2009, qui a modélisé l’évolution de l’aire de répartition potentielle de 26 essences (présentes ou envisageables en forêt de Soignes) à l’horizon 2100 dans le contexte du changement climatique. D’après ces projections, les seules stations où le hêtre sera en relative adéquation avec son milieu seront les vallons et la zone du Rouge-Cloître  (voir focus « Forêt de Soignes et risques associés au changement climatique de la synthèse 2007-2008). 
Ces informations ont été prises en compte pour l’élaboration du nouveau plan de gestion de la forêt de Soignes qui devrait être adopté en 2018. Pour les peuplements de hêtres existants, ce plan prévoit notamment de réaliser des éclaircies plus fortes et fréquentes afin de limiter la concurrence entre les arbres et d’accélérer leur croissance ce qui permettra de diminuer l’âge d’exploitation et donc les risques, en particulier de chablis (chute d’arbres). La gestion devra aussi privilégier les hêtres les plus vigoureux car ceux-ci sont susceptibles de posséder des prédispositions génétiques à mieux surmonter le stress et leur descendance pourrait se révéler d’un grand intérêt. 
L’objectif de maintien du faciès paysager de hêtraie cathédrale, qui concernait 50% de la superficie de la forêt de Soignes bruxelloise dans le plan de gestion adopté en 2003, a été revu à la baisse et concerne actuellement 20% de la forêt.  Compte tenu des qualités paysagères du faciès cathédrale, le nouveau plan de gestion prévoit par ailleurs de développer des chênaies équiennes- c’est-à-dire constituée d’arbres du même âge - à objectif cathédrale (9% de la forêt).  Pour les superficies restantes, la gestion s’orientera vers une mise en place progressive d’une structure plus étagée et moins dense, issue de mélanges d’essences, en combinaison avec la mise en place de lisières étagées. Les espèces les plus tolérantes aux conditions climatiques attendues à la fin du siècle (chêne sessile, tilleul à petites feuilles, etc.) seront privilégiées. La diversification est par ailleurs favorable à la biodiversité et permet d’augmenter la capacité des écosystèmes forestiers à résister aux perturbations du milieu, aux maladies ainsi qu’aux vents violents (résilience).
Au total le projet de plan de gestion de la forêt de Soignes prévoit de maintenir le hêtre sur  44% de la surface bruxelloise de la Forêt de Soignes (20% à objectif paysager « cathédrale », 12% sous forme de futaie irrégulière à base de hêtre et 12% sous forme d’îlots de vieillissement, de sénescence et de réserve forestière intégrale).