Soutenance mémoire
Notre époque est marquée par un changement profond de l’environnement, sur les plans climatiques, écologiques, économiques et sociétaux. Ces mutations globales, considérablement accélérées depuis le milieu du XXème siècle, se heurte à la limitation des ressources naturelles et aux impacts du modèle de développement actuel sur l’équilibre des écosystèmes terrestres, aquatiques et atmosphériques. Elles soulèvent la nécessité de considérer ces évolutions et ces limites dans la dynamique de développement des sociétés humaines (Steffen et al., 2015a, 2015b). Le développement durable prend une place toujours croissante au sein des préoccupations françaises et européennes, des citoyens jusqu’aux gestionnaires et aux décideurs politiques et commence à s’intégrer dans les marchés internationaux, notamment à travers la notion de services écosystémiques (Costanza et al., 1997 ; Dominati et al., 2010). Les avertissements lancés par la communauté scientifique (GIEC, 2014), et relayées par les ONG écologistes (le réseau Climate Action Network au niveau mondial par exemple), ont amorcé une prise de conscience dans les pays occidentaux et émergents autour des problématiques de réchauffement et de modifications climatiques, ainsi que des extinctions d’espèces. Ils soulignent de l’impératif de développer une économie autour des matières premières renouvelables (European Bioeconomy Panel, 2014). L’augmentation et la volatilité considérable du prix des énergies fossiles, ainsi que l’épuisement inexorable de ces gisements (Garcia-Martos et al., 2013 ; Rhodes, 2015), poussent les politiques publiques à s’orienter vers les énergies renouvelables. La forêt constitue un des secteurs les plus concernés par ces nouvelles orientations. L’engouement pour les constructions en matériaux bois et le développement de la filière biomasse, dont une large part correspond au bois-énergie impliquent de nouvelles pressions sur les écosystèmes forestiers .
Les terres boisées représentent 30% des terres émergées d’après les estimations de la FAO (FAO, 2015). En plus de la production de bois, les forêts tiennent un rôle social et culturel essentiel auprès des populations. Menacées par la constante déforestation à l’échelle mondiale, elles constituent une réserve de biodiversité végétale, microbienne et animale, et interviennent en tant que puits de carbone essentiel, notamment dans les territoires tropicaux et boréaux (Canadell & Raupach, 2008). A l’inverse de la dynamique négative globale, la forêt européenne est en constante expansion, s’étendant de 0.8 millions d’hectares par an depuis les vingt dernières années (MCPFE, 2011) . Dans de telles circonstances, la gestion forestière doit s’adapter à la fois à la demande économique et sociétale mais aussi à la volonté de conserver la valeur patrimoniale des forêts. Les enjeux actuels du gestionnaire forestier sont donc autant économiques qu’environnementaux et socio-culturels. Pour faire face à la demande croissante en bois, et en particulier en bois-énergie, plusieurs options sont envisageables : le développement des cultures dédiées de type taillis à courte ou très courte rotation (TCR, TTCR) (Bastien et al., 2011) ; l’intensification des prélèvements dans les massifs actuels en augmentant les volumes récoltés et/ou en raccourcissant les rotations (Ranger et al., 2002 ; Laclau et al., 2005) l’exploitation de ressources ligneuses non utilisées comme les rémanents de coupe, déjà récoltés en forêt tropicale, en Europe du nord ou aux Etats-Unis (Nambiar et al., 2004 ; Fritts et al., 2014 ; Tarvainen et al., 2015). L’intensification des exportations de biomasse forestière, et en particulier la récolte des rémanents interroge les sylviculteurs sur la préservation de la fertilité des sols forestiers et de leur fonctionnement biologique (Nambiar et al., 2008 ; Versini et al., 2014 ; Achat et al., 2015). Les branches et les résidus de coupe correspondent à un réservoir de minéralomasse qui retourne au sol et participent de la fertilité des sols par recyclage des matières organiques (Ponette et al., 2001).
La forêt française, un maillon de la filière énergétique actuelle
Contexte énergétique
Dans le contexte actuel, la lutte contre le changement climatique constitue un enjeu politique, socio-économique et écologique majeur. Cette situation pousse les pouvoirs publics à s’engager dans la réduction des émissions de CO2 et de gaz à effets de serre, en diminuant la consommation des énergies fossiles. Un des leviers principaux consiste à encourager le développement du marché des énergies renouvelables, amorçant une transition énergétique tout en faisant face à la raréfaction et à la hausse des prix des énergies fossiles. Le cadre du Grenelle de l’Environnement et de la directive européenne 2009/28/CE ont fixé comme objectif d’atteindre 23% d’énergies renouvelables dans la consommation totale énergétique finale métropolitaine pour 2020 soit une mobilisation de 20 Mtep d’énergies renouvelables supplémentaires entre 2006 et 2020 . En 2013, la part des énergies renouvelables dans la consommation finale brute d’énergie française était de 14,2 % en 2013. Afin de respecter au mieux ses engagements, la France oriente ses politiques publiques en faveur du développement du marché des énergies renouvelables et s’appuie particulièrement sur la filière biomasse. Cette dernière, issue de la forêt, de cultures énergétiques agricoles dédiées et de sous-produits d’agriculture, est la principale filière contributrice à la réalisation de cet objectif puisqu’elle représente la moitié de la production d’énergie renouvelable métropolitaine . Pour l’année 2011, le bois-énergie seul comptait pour 46% de la production primaire totale d’énergie renouvelable en France, essentiellement pour la filière de l’énergie thermique pour laquelle il représente 79% de la consommation finale d’énergies renouvelables à des fins de production de chaleur . Plusieurs projets à échelle nationale comme le Fonds Chaleur ou le programme « 1000 chaufferies bois » promeuvent l’utilisation de bois comme principale source énergétique. La filière bois-énergie comprend la consommation sous forme de bois bûche, pellets, plaquettes forestières et bûches reconstituées.
Ressource forestière et filière bois
Depuis le début du XXème siècle, la forêt française est en forte expansion, en particulier dans les zones rurales et montagnardes touchées par la déprise agricoles (Fontes-Rousseau, 2015) . On considère que le territoire forestier s’accroît en moyenne de 50 000 ha par an. Elle appartient principalement à des propriétaires privés qui en détiennent 75% de la surface, le reste se partageant entre forêts domaniales et forêts des collectivités. La France détient la 4ème ressource forestière de l’Union Européenne en termes de surface boisée, qui occupe 29% du territoire métropolitain . 70% de la surface forestière est constituée de peuplements feuillus, dont une large majorité de chêne (pédonculé, sessile et pubescent) et de hêtre. Entre 2001 et 2010, l’IFN a estimé la production biologique totale à 85 millions de m3 par an, dont 60% d’essences feuillues et 40% d’essences résineuses .
Les volumes de bois sur pied les plus importants sont essentiellement situés dans les forêts de montagne, où les difficultés d’accessibilité freinent la mobilisation des stocks de bois. En 2010, 58 millions de m3 (bois rond sous écorce) ont été récoltés en forêt, plaçant la France à la seconde place des récoltes de bois dans l’Union Européenne. La filière donne priorité au bois d’œuvre et au bois d’industrie qui représentent 60,5 % des volumes de bois récolté, même si les récoltes à des fins énergétiques sont de plus en plus encouragées. En comptabilisant la part de l’autoconsommation qui concerne surtout le bois de chauffage et s’élève à 18,5 Mm3, la France atteint la première place de l’UE quant à la part du bois-énergie dans la récolte de bois totale.
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Table des matières
Préambule
I. CHAPITRE I : INTRODUCTION GENERALE
1. La forêt française, un maillon de la situation énergétique actuelle
1.1 Contexte énergétique
1.2 Ressource forestière et filière bois
1.3 Les rémanents, une ressource supplémentaire de biomasse disponible
2. Les sols forestiers, fertilité et diversité
2.1 Services écosystémiques rendus par les sols forestiers
2.2 Fertilité des sols forestiers
2.2.1 Définition
2.2.2 Les cycles biogéochimiques
2.3 Les acteurs de la fertilité biologique
2.3.1 Une chaîne d’organismes décomposeurs
2.3.2 Les grands groupes fongiques forestiers
2.3.3 Importance des communautés fongiques dans le recyclage des matières organiques
3. Synthèse : impacts du prélèvement des rémanents sur l’écosystème
3.1 Importance du rôle écologique du bois mort au sol
3.1.1 Un réservoir de minéralomasse
3.1.2 Un réservoir de biodiversité
3.2 Impacts du prélèvement des rémanents sur la fertilité et la productivité des sols
3.2.1 Effets des prélèvements de biomasse forestière sur la richesse chimique des sols forestiers
3.2.2 Effets des prélèvements de biomasse forestière sur la productivité des peuplements
3.3 Impacts du prélèvement des rémanents sur la diversité spécifique et fonctionnelle
3.3.1 Rôle des communautés microbiennes, réponses aux perturbations de leur environnement et redondance fonctionnelle
3.3.2 Effets des prélèvements de biomasse forestière sur la biodiversité bactérienne et fongique
3.3.3 Cas des autres groupes taxonomiques
3.3.4 Effets des prélèvements de biomasse forestière sur le fonctionnement biologique des sols
3.4 Récapitulatif- conclusion
4. Objectifs
5. Références
II. CHAPITRE II : Mise en place d’un réseau de suivi sur le long terme : Prise en compte de la variabilité locale
1. Description et enjeux du réseau Matières Organiques des Sols
1.1 Objectifs
1.2 Descriptif du dispositif
1.3 Choix et prospection des sites
1.3.1 Critères sylvicoles et pédoclimatiques de sélection des sites MOS
1.3.2 Localisation et caractéristiques des sites feuillus
1.3.3 Prise en compte de l’évolution prédite des aires de répartition des essences forestières à l’horizon 2100
2. Prise en compte de la variabilité locale des sols en amont de l’installation du dispositif
2.1 Cas des réseaux existants de suivi des écosystèmes forestiers
2.2 Recherche d’un outil efficace dans la caractérisation de la variabilité intra-site : utilisation de la spectroscopie infrarouge
3. Article n°1
4. Utilisation complémentaire de la spectrométrie NIRS-MIRS dans le cadre de la caractérisation initiale des sites MOS
4.1 Calibration entre les données spectrales et les concentrations en carbone et azote pour les sols et la litière
4.1.1 Elaboration d’un modèle statistique prédictif
4.1.2 Résultats
4.2 Cartographie des teneurs en carbone et azote à partir des analyses spectrométriques
5. Références
III. CHAPITRE III : Facteurs environnementaux et structure des communautés fongiques des sols forestiers, approche biogéographique dans un contexte de changements globaux
1. Caractérisation la diversité fongique des sols
1.1 Les indicateurs de diversité
1.2 Les méthodes d’analyse moléculaire de la diversité fongique
1.2.1 Principe de l’analyse biomoléculaire en écologie de communautés
1.2.2 Les méthodes de séquençage haut-débit : avancées et limites
2. Structure des communautés ectomycorhiziennes en fonction des paramètres environnementaux
2.1 Une diversité structurée par l’essence-hôte
2.2 Importance des facteurs édaphiques dans la structuration des communautés ectomycorhiziennes
2.3 Paramètres climatiques et diversité ectomycorhizienne
3. Références
4. Article n°2
IV. CHAPITRE IV : Identification des indicateurs fonctionnels des impacts des manipulations de matières organiques à très court terme sur les sols forestiers
1. Estimation des prélèvements de biomasse et de minéralomasse sur les sites expérimentaux MOS
1.1 Mise en place des traitements in situ
1.2 Quantification de biomasse de litière et de rémanents prélevée
1.2.1 Estimation de la quantité de litière par placeau
1.2.2 Estimation de la quantité de menus-bois par placeau
1.3 Estimation de la minéralomasse exportée
1.3.1 Estimation des quantités de carbone et d’azote exportées par le prélèvement des litières
1.3.2 Estimation des quantités d’azote et de minéraux exportées par le prélèvement des menus-bois estimation à partir de la base de données EMERGE
2. Article n°3
V. CHAPITRE V : La nécromasse fongique peut-être être directe de nutriments pour les arbres forestiers ?
1. Capacités saprotrophes des champignons ectomycorhiziens
1.1 Statut trophique ambivalent des champignons ectomycorhiziens
1.2 Saprotrophie facultative saisonnière
1.3 Saprotrophie in vitro et en conditions de stress nutritif
2. Capacités chitinolytiques des champignons
2.1 La chitine et ses voies de dégradation
2.2 Utilisation de la chitine comme source de nutriments par les champignons
3. Références
4. Article n°4
VI. CONCLUSION
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