ETAT DES CONNAISSANCES SUR L’IMPACT DES INCENDIES … · Pages 277-295 in J Crutzen.P ed. Fire in the Environment : Ecological. Atmospheric, and Climatic Importance of Vegetation

ETAT DES CONNAISSANCES SUR L’IMPACT DES INCENDIES

MISE EN PLACE DE PROTOCOLES EXPERIMENTAUXPOUR LE SUIVI DES INCENDIES DE FORET

ET DE LA RECONSTITUTION DES ECOSYSTEMES FORESTIERS

ACTIVITE 1 : ETAT DE L’ART

Convention INRA-DERF 61.21.14/97

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Table des matières

1 Introduction bibliographique................................................................................................... 11.1 Le feu (généralités, historique, lutte et prévention, ... ) ......................................................... 11.1.1 Articles et ouvrages généraux sur le feu et les incendies .............................................. 11.1.2 Historique des feux, actions de l'homme ....................................................................... 21.1.3 Rapports sur les incendies récents ............................................................................... 31.1.4 Gestion, protection, risques : des aspects techniques aux considérations écologiques. 31.1.5 Comportement du feu, combustibilité, inflammabilité..................................................... 51.2 Impact des incendies ........................................................................................................... 61.2.1 Géologie, pédologie, érosion, hydrologie ...................................................................... 61.2.2 Impact sur la faune ....................................................................................................... 71.2.3 Incendies et écologie du paysage ................................................................................. 71.2.4 Successions secondaires, descriptif des communautés post-incendies ........................ 81.2.5 Banques et pluies de graines, dispersions, germinations ............................................ 111.2.6 Approche de l'influence des incendies au niveau des populations .............................. 121.2.7 Aspects écophysiologiques......................................................................................... 141.2.8 Influence de l'intensité et du régime des feux sur la végétation ................................... 15

2 Etat des besoins des gestionnaires ..................................................................................... 162.1 Identification des différents types de gestionnaires d'espaces natureLs forestiers ............. 162.2 Classement des objectifs assignés à la forêt...................................................................... 162.3 Recensement à priori des besoins des gestionnaires......................................................... 162.3.1 Information sur les incendies....................................................................................... 162.3.2 Définition d'un vocabulaire descriptif des peuplements ............................................... 172.3.3 Connaissance du risque.............................................................................................. 172.3.4 Elaboration d'une typologie simple des incendies ....................................................... 172.3.5 Connaissance des mécanismes de reconstitution des écosystèmes incendiés........... 172.3.6 Mise au point d'un guide méthodologique d'intervention après incendie...................... 172.3.7 Connaissance des potentialités stationnelles du patrimoine géré................................ 182.3.8 Besoins d'outil méthodologique d'expertise de survie des arbres................................ 182.3.9 Connaissance de l'influence du type de sylviculture sur les incendies......................... 18

3 Etat des méthodes de caractérisation des incendies ........................................................... 193.1 Les paramètres physiques du feu ...................................................................................... 193.1.1 Température ............................................................................................................... 193.1.2 Puissance du front de feu ........................................................................................... 203.1.3 Intensité de réaction.................................................................................................... 203.1.4 Vitesse de propagation ............................................................................................... 213.1.5 Longueur de la flamme ............................................................................................... 213.1.6 Profondeur de la flamme............................................................................................. 223.1.7 Conclusion .................................................................................................................. 223.2 La sévérité ......................................................................................................................... 233.2.1 Définition..................................................................................................................... 233.2.2 Méthode...................................................................................................................... 233.2.3 Protocole proposé....................................................................................................... 243.3 Références bibliographiques.............................................................................................. 28


ii

4 Etat des méthodes de suivi des impacts des incendies ....................................................... 304.1 La végétation ..................................................................................................................... 304.1.1 Introduction ................................................................................................................. 304.1.2 Méthodes d’étude de la succession ............................................................................ 304.1.3 Techniques d’observation ........................................................................................... 314.1.4 Précautions pratiques à prendre ................................................................................. 324.2 Les nutriments et le sol ...................................................................................................... 334.2.1 Estimation des pertes en nutriments au cours d’un incendie ....................................... 334.2.2 Suivi de l’érosion après un incendie ............................................................................ 334.2.3 Suivi des caractéristiques physico-chimiques du sol après un incendie ...................... 344.2.4 Suivi de l’activité biologique des sols après un incendie.............................................. 354.3 Références bibliographiques.............................................................................................. 36

5 Etat des connaissances sur la cicatrisation puis la reconstitution des écosystèmes ........... 385.1 La végétation ..................................................................................................................... 385.1.1 Introduction ................................................................................................................. 385.1.2 Formations forestières ................................................................................................ 395.1.3 Cas des pinèdes de pin d’Alep.................................................................................... 435.1.4 Formations buissonnantes .......................................................................................... 455.1.5 Conclusions ................................................................................................................ 465.2 Les nutriments et le sol ...................................................................................................... 475.2.1 Effets immédiats des feux ........................................................................................... 485.2.2 Apport de cendres au sol ............................................................................................ 485.2.3 Echauffement du sol au passage du feu ..................................................................... 495.2.4 Modifications de la structure du sol ............................................................................. 505.3 Répercussions des feux sur les sols .................................................................................. 505.3.1 Erosion........................................................................................................................ 505.3.2 Microclimat.................................................................................................................. 525.3.3 Activité biologique ....................................................................................................... 525.4 Cicatrisation et reconstitution du sol et de ses nutriments .................................................. 535.5 Références bibliographiques.............................................................................................. 54


Etat de l’art : Introduction 1

1 INTRODUCTION BIBLIOGRAPHIQUE

Tierry TATONIInstitut Méditerranéen d’Ecologie et de Paléoécologie

Faculté des Sciences et des Techniques de Saint JérômeUniversité de Provence - 13397 Aix en Provence cedex 1

A travers l'abondante littérature sur lesincendies, nous pouvons dégager quelquescaractères généraux.

En premier lieu, il en ressort nettement quele feu constitue un facteur écologique majeur,agissant à plusieurs niveaux d'organisationdes écosystèmes et de manière universelle,même s'il semble être une préoccupationencore plus importante dans les régionsméditerranéennes (cf. § 1.1.1).

Parallèlement, de nombreux auteurss'attachent à montrer les relations étroitesentre l'homme et les incendies, même si destravaux relevant de la paléoécologie précisentque les feux ne sont pas des productionsexclusivement humaines (cf. § 1.1.2).

Si les dernières mises au point sur lesincendies sont plutôt encourageantes enfaisant ressortir une baisse relative dessurfaces parcourues par les incendies(cf. § 1.1.3), le feu reste néanmoins un pôled'intérêt considérable au regard des moyensdéveloppés en terme d'études quant auxpratiques de gestion, de protection desmassifs (cf. § 1.1.4.1) et d'évaluation desrisques (cf. § 1.1.4.2).

L'évolution des connaissances et destechniques (cf. § 1.1.4.3 et § 1.1.5), jouantvraisemblablement un rôle dans l'améliorationdes statistiques, se traduit peu à peu par deschangements d'état d'esprit par rapport aufeu, ce dernier devenant parfois même unmoyen de lutte à travers les pratiques de feuxcontrôlés (cf. § 1.1.4.4).

En ce qui concerne l'impact écologiquesensu-lato des incendies, tous lescompartiments de l'écosystème ont déjà faitl'objet d'investigations, depuis le sol(cf. § 1.2.1) jusqu'à la faune (cf. § 1.2.2), maisla plupart des travaux mettent l'accent sur lesaspects dynamiques de reconstitution desphytocénoses après incendie (cf. § 1.2.4).

Pour aborder les aspects fonctionnels,certaines études ont été menées aux niveauxdes populations (cf. § 1.2.6) et del’écophysiologique (cf. § 1.2.7).

Suivant le même esprit, tout un volet desrecherches focalise sur les évaluations de labanque et de la pluie de graines (cf. § 1.2.5),mais sans jamais prendre vraiment en compteles caractéristiques spatiales.

D'une manière générale, à travers le survolde cette littérature scientifique concernantl'impact des incendies, il apparaît que lesparamètres spatiaux n'ont pas souvent étépris en compte de manière formelle dans cedomaine (cf. § 1.2.3), et ce malgré despremiers résultats très prometteurs en ce quiconcerne l'effet "taille".

1.1 LE FEU (GENERALITES,HISTORIQUE, LUTTE ETPREVENTION, ... )

1.1.1 Articles et ouvrages généraux sur lefeu et les incendies

Favre P. 1992. Feux et forêts. ForêtMéditerranéenne XIII : 31-40.

Hetier J P. 1993. Forêt méditerranéenne :vivre avec le feu ? Eléments pour unegestion patrimoniale des écosystèmesforestiers littoraux. Institut desAménagements Régionaux et del’Environnement.

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1.1.2 Historique des feux, actions del'homme

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1.1.3 Rapports sur les incendies récents

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1.1.4 Gestion, protection, risques : desaspects techniques auxconsidérations écologiques

1.1.4.1 Etudes diverses

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Binggeli F. 1997. Elagage et éclairciethermiques en DFCI. Mécanismes,indications, modes d'emploi, incidences.Forêt Méditerranéenne XVIII: 318-326.

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1.1.4.2 Risques d'incendies

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1.1.4.3 Système d'informationsgéographiques

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1.1.4.4 Feux contrôlés

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1.1.5 Comportement du feu,combustibilité, inflammabilité

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1.2 IMPACT DES INCENDIES

1.2.1 Géologie, pédologie, érosion,hydrologie

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1.2.6.2 Impact du feu sur le pin d'Alep

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1.2.7 Aspects écophysiologiques

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1.2.8 Influence de l'intensité et du régimedes feux sur la végétation

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Etat de l’art : Etat des besoins des gestionnaires 16

2 ETAT DES BESOINS DES GESTIONNAIRES

Philippe BOURDENETSection Technique Interrégionale

Office National des Forêts1175 chemin du Lavarin – 84000 Avignon

2.1 IDENTIFICATION DES DIFFERENTSTYPES DE GESTIONNAIRESD'ESPACES NATURELSFORESTIERS

Les massifs forestiers situés en zoneméditerranéenne au sens strict c'est à direpotentiellement concernés par les incendiesde forêt appartiennent pour partie à despropriétaires privés et pour partie à descollectivités (Etat, Région, Département,Conservatoire du Littoral).

Les gestionnaires qui interviennent defaçon plus ou moins directe sont donc trèsvariés :∗ propriétaires privés, éventuellement

regroupés en associations syndicales libresou autorisées, groupements forestiers,

∗ collectivités locales: Régions,départements, communes, SIVOMS,dotées de services spécialises,

∗ l'Office National des Forêts,∗ les parc nationaux ou régionaux,

localement cogestionnaires avec l'O.N.F.,∗ les réserves naturelles,∗ le conservatoire du Littoral.

De plus les D.D.A.F. interviennent auniveau des massifs forestiers (regroupantplusieurs propriétaires) pour l'établissementde PIDAF (Plans Inter-communaux deDébroussaillement et d'AménagementForestier).

De plus, la loi prescrit l'étude de Plans dePrévention des Risques dans les communessoumises au risque d'incendie de forêt.

2.2 CLASSEMENT DES OBJECTIFSASSIGNES A LA FORET

En fonction de la nature de la propriété(privée ou publique), les rôles assignés àchaque forêt pourront varier:

∗ en forêt privée : une enquête auprès desCRPF concernés (analyse des objectifsdes plans simples de gestion) permettrad'identifier les principales fonctionsdévolues à la forêt privée en zoneméditerranéenne.

∗ en forêt publique : en fonction de lademande sociale, les objectifs assignés àchaque forêt seront multiples... et parfoiscontradictoires ; l'élaboration desaménagements forestiers devra viser à lasatisfaction de l'ensemble des attentessociales vis à vis de la forêt publique.

Le recensement exhaustif des besoins etdes rôles à assigner à la forêt pourra êtreréalisé auprès des organismes en charge dela gestion d'espaces forestiers publiques, lahiérarchisation des différentes fonctions de laforêt pouvant varier d'un organisme à l'autre.

2.3 RECENSEMENT A PRIORI DESBESOINS DES GESTIONNAIRES

Les points développés ci-après devrontêtre précisés par enquête auprès desdifférents gestionnaires avec pour chacund'eux une hiérarchisation en fonction de leurspropres priorités.

2.3.1 Information sur les incendies.

Il semble important pour un gestionnaire deconnaître les caractéristiques des incendiesqui affectent le patrimoine dont il a la charge,et notamment les statistiques concernant lesfeux (surface, année, cause) et les types depeuplements endommagés ou détruits par lesincendies.

Cet historique présente un intérêtessentiellement pour les gestionnaires desforêts publiques (O.N.F.) ou les D.D.A.F.

Les sources d'information sont la base dedonnées PROMETHEE, les documents degestion forestière (sommier de la forêt) ouéventuellement des procès verbaux degendarmerie ou des personnels forestiersassermentés, peuvent compléter l'information.



Une localisation précise (point d'éclosion,extension maximale du feu) des incendiespeut permettre d'alimenter un Systèmed'Information Géographique).

2.3.2 Définition d'un vocabulairedescriptif des peuplements

Afin d'optimiser l'efficacité du pilotage de lagestion des écosystèmes forestiers parrapport au problème des incendies, il semblequ'il soit nécessaire d'harmoniser unetypologie des peuplements forestiers de lazone "sensible" méditerranéenne.

Cette typologie devra prendre en compteles structures horizontale et verticale, lacomposition floristique, les caractéristiquesdendrométriques des peuplements forestiersconcernés.

Cet effort de classification préalable estindispensable pour permettre la mise au pointdans l'avenir d'outils de prédiction du devenirdes écosystèmes forestiers incendiés.

L'établissement d'une telle typologie despeuplements ou écosystèmes forestiers devramobiliser les compétences conjointes desgestionnaires et des scientifiques (notammentceux du GIS mais pas seulement).

2.3.3 Connaissance du risque

2.3.3.1 Incendie

Afin de mieux orienter leurs actions degestion forestière par rapport aux contraintesdes incendies de forêt, les gestionnaires ontbesoin de connaître le risque feu sur unpérimètre de taille à préciser (commune,massif, petite région).

Ce risque est principalement la résultantede l'inflammabilité - combustibilité despeuplements, de la topographie et descaractéristiques locales des paramètresmétéorologiques.

Les gestionnaires ont donc besoin descartes existantes ou à défaut desméthodologies validées applicables pourl'élaboration de telles cartes à une échelledonnée.

Un synthèse bibliographique des travauxdéjà réalisés sur le sujet est donc nécessaire.

L'échelle de travail pourra varier selon lesgestionnaires en fonction de leurs contraintespropres.

2.3.3.2 Erosion

La connaissance des zones à plus fortesensibilité vis à vis de l'érosion est égalementindispensable.

2.3.4 Elaboration d'une typologie simpledes incendies

Les impacts des incendies sur lesécosystèmes forestiers sont variables selon letype d'incendie qui les a affectés (feuxcourants, feux de cimes, ... ).

Les gestionnaires peuvent souhaiterdisposer d'une typologie des incendies leurpermettant d'orienter de façon plus pertinenteleurs actions. Après le passage du feu, enfonction des caractéristiques de celui-ci.

2.3.5 Connaissance des mécanismes dereconstitution des écosystèmesincendiés

Dans le cas de très grands feuxnotamment, l'efficacité et le réalismecommandent de cibler au mieux lesinterventions et les travaux à mettre en oeuvreaprès le passage du feu, afin d'améliorer oud'accélérer (localement) les mécanismes decicatrisation des écosystèmes forestiersparcourus par les incendies.

Il apparaît donc indispensable pour legestionnaire de disposer des connaissancesprécises sur les mécanismes naturels dereconstitution des écosystèmes forestiersincendiés afin de lui permettre de "donner lescoups de pouce à la nature" de façon efficaceet raisonnée.

2.3.6 Mise au point d'un guideméthodologique d'interventionaprès incendie

La connaissance des mécanismes, laconnaissance du risque, la demande socialedevraient permettre de procurer auxgestionnaires un guide qui soit à la fois :∗ Un guide de diagnostic écologique après

incendie : permettant de prévoir par zones,l'évolution naturelle, après le passage dufeu,



∗ Un guide de prescriptions techniquespermettant de hiérarchiser et localiser lesinterventions en travaux en fonction desdifférents estimateurs de la valeur dupeuplement incendié et de l'utilité estiméedes travaux projetés (opportunité dureboisement après incendie : peut-êtremais sur des stations judicieusementchoisies).

Ce document paraît indispensable augestionnaire qui souhaite optimiserl'affectation des budgets dont il a laresponsabilité à des travaux permettant uneréelle plus value (gain "écologique","économique" ou "social").

Il devra également préciser le pas detemps à respecter après l'incendie pourengager les différents travaux à mettre enœuvre.

2.3.7 Connaissance des potentialitésstationnelles du patrimoine géré

Cette connaissance sera égalementindispensable pur décider des opérations dereboisement ou pour cibler les recépagesdans les zones de meilleure fertilité.

Les cartes de stations existent localement.Des catalogues de stations sont égalementdisponibles sur certaines zonesgéographiques.

Les documents de gestion les plus récents(plan d'aménagement ou plans simples degestion) contiennent des cartes de stations ouau moins des cartes de peuplementsindiquant la localisation des formationsforestières jugées les plus "intéressantes" cecaractère pouvant être apprécié de façonmulticritères (écologique, économique, social,etc ... ).

2.3.8 Besoins d'outil méthodologiqued'expertise de survie des arbres

Après le passage d'un incendie, en plusdes mécanismes connus de régénération despeuplements incendiés (rejets de souche,libération d'un stock de graines prêtes àgermer), les arbres adultes qui présentent unecertaine qualité d'autorésistance au feu,peuvent survivre au passage du feu.

La connaissance et le maintien d'un outild'expertise (cf. travaux d’E Rigolot - INRA)permettent de proportionner l'action aprèsincendie à la capacité d'auto cicatrisation del'écosystème forestier touché par le feu deforêt.

2.3.9 Connaissance de l'influence du typede sylviculture sur les incendies.

Il est important que les gestionnairespuissent orienter leur sylviculture au moinsdans les zones à fort risque d'incendie, defaçon à diminuer l'inflammabilité et si possiblela combustibilité des peuplements forestiers.L'interaction entre le type de sylvicultureconduite et le niveau de dégâts infligés aupeuplement est une donnée que lesgestionnaire doit connaître afin d'optimiserl'efficacité de la gestion forestière.


Etat de l’art : Etat des méthodes de caractérisation des incendies 19

3 ETAT DES METHODES DE CARACTERISATION DES INCENDIES

Daniel ALEXANDRIANAgence MTDA

298 avenue du club hippique – 13084 Aix en Provence cedex [email protected]

L’étude de l’impact des incendies doit sefaire par la mise en relation des impactsobservés (« variables à expliquer ») avec lesparamètres caractérisant les incendies(« variables explicatives »).

La caractérisation des incendies est doncnécessaire pour établir des lois de causalité àpartir de mesures réalisées sur un nombreforcément limité de cas.

3.1 LES PARAMETRES PHYSIQUES DUFEU

Les paramètres permettant de caractériserles incendies sont nombreux : températureatteinte à différentes hauteurs (°K), puissancedu front de feu (kW.m-1), intensité de réaction(kw.m-2), vitesse de propagation (m.s-1),longueur de la flamme (m), profondeur dufront de flammes (m), temps de résidence dela flamme (s),

3.1.1 Température

La mesure des températures est uneopération très classique en matière decaractérisation des incendies.

Elle s’effectue sur les bancs d’essais enlaboratoire voire même sur des feux contrôlésde petites surfaces.

Les parcelles devant être brûlées sontalors préparées.

L’expérience la plus spectaculaire est peut-être le brûlage de l’île de Bor dans le cadre del’opération FIRESCAN.

Les instruments utilisés sont des sondes àthermocouples et des matériauxthermosensibles.

3.1.1.1 Les sondes thermocouples

Les appareillages couramment utilisés ensont de type K, gainé et de diamètre 0,6 reliéà une centrale d’acquisition pourenregistrement des données en temps réel.

Certains auteurs (Dupuy, 1997) émettentdes réserves à propos des enregistrementsobtenus à partir des thermocouples pourcaractériser le gradient vertical detempérature au sein d’une flamme.

Par exemple, dans le cas d’un feu au vent,le thermocouple situé au droit de la flammemesure souvent une température inférieure àcelle mesurée juste avant le passage de laflamme (effet de la colonne de convection).

Pour interpréter les températures, il estaussi nécessaire de considérer la géométriede la flamme.

3.1.1.2 Des matériaux thermosensibles.

Il s’agit d’appliquer sur une plaquette demica, de surface donnée, un vernis dont lepoint de fusion correspond à une températuredonnée.

Le coté peint de la plaque de mica estensuite plaqué sur un morceau d’amiante,incombustible.

Le tout est suspendu par un fil de cuivre.La peinture cristallise de façon irréversible

quand la température de virage est atteinte.L’usage des éléments thermosensibles est

aussi controversé en raison des disparitésparfois observées, sur un même banc d’essai,entre les températures mesurées surthermocouples et sur les élémentsthermosensibles.

3.1.1.3 Autres démarches

Les recherches effectuées en laboratoireont permis, progressivement, de montrer lesconséquences des températures sur lamortalité des végétaux, la destructuration dusol, la volatilisation d’éléments minéraux.

Des seuils ont ainsi pu être mis enévidence (in Assoc. Franc. Pastoralisme,1998).

Quelques auteurs (Floyd, 1966; VanWagner, 1970 ; Alexander, 1982) contestentl’approche consistant à caractériser un feuseulement à partir des températures.



Van Wagner et Alexander par exemplepensent que les courbes de températuressont difficiles à interpréter sous forme dedimensions physiques.

A l’inverse, d’autres auteurs (Hobbs et al,1984) pensent que les températuresreprésentent parfaitement les caractéristiquesdu feu et par conséquent leur caractéristiquesécologiques (in Trabaud, 1989).

En outre, la mesure des températures surdes feux réels pose des réels problèmes(recherche d’instrumentation résistant au feu,possibilité de s’approcher des flammes, etc.).

Quelques essais consistant à projeter dansle feu un appareil de mesure ont été réaliséscomme par exemple, l’expérience du BERMen Australie (Neville, 1991).

D’autres tentatives sont actuellementconduites.

Moreno (1989) a ouvert une autre voied’investigation concernant les températures.

Il ne s’agit pas de mesurer directement lestempératures mais de les déduire de la tailleminimale des branches carbonisées.

Il a mis en évidence une relation entre lediamètre minimum des restes carbonisés et latempérature maximale de surface atteinte parle feu.

Ce travail a porté sur des espèces duchaparal californien.

Des recherches sont en cours en Espagnepour tester cette relation sur les espècesarbustives méditerranéennes (Perez andMoreno, 1994).

3.1.2 Puissance du front de feu

La puissance du front de feu correspond autaux d’énergie émise par unité de temps etpar unité de longueur du front de feu (Byram,1959, Tangren, 1976).

Van Wagner et Alexander préfèrent auxtempératures la notion de puissance quiintègre à la fois la vitesse de propagation et laquantité de combustible consumé.

Selon eux, le dernier paramètre permet dedéduire les conséquences écologiques subiespar l’écosystème.

Il n’existe cependant à ce jour aucuneméthode fiable de détermination de lapuissance d’un feu (Moreno, 1989). La seuleapproche est le calcul.

La puissance est égale au produit del’énergie du combustible disponible par lavitesse de propagation du front de feu.

L’équation « de Byram » est la suivante :

∗ Pf = H w roù :∗ Pf : puissance du front de feu (en W/m/s),∗ H : chaleur massique de combustion (en

J/g),∗ w : quantité de combustible anhydre

consommée lors de la combustion (eng/m2),

∗ r : vitesse de propagation (en m/s).

Pour connaître la puissance, il est doncnécessaire de connaître la vitesse depropagation et les caractéristiques ducombustible.

Comme ont pu le montrer différentsauteurs (Westman, O’Leary and Malanson,1981, Malanson and O’Leary, 1982, 1985,Westman and O’Leary, 1986), il est tout demême possible d’approcher a posteriori lapuissance d’un feu en ayant recours à desmodèles.

Une approche très empirique existe aussi.En France, les équipes de brûlage dirigé

estiment la puissance d’un feu par la distancepour laquelle le rayonnement de la flamme estsupportable au visage.

On sait que la sensation de douleur estperceptible à partir de 0.2 W/cm2 de peauexposée (Chevrou, 1998).

On sait aussi que le rayonnement d’unpanneau radiant décroît comme l’inverse de ladistance à la source.

3.1.3 Intensité de réaction

L’intensité de réaction correspond à laquantité de chaleur dégagée par unité desurface dans la zone de combustion vive. Elles’exprime en kW/m2.

Beaufait (1966) a imaginé une techniquepour appréhender le taux de combustion.

Il s’agit de disposer sur le terrain des boîtespeintes en noir de 1 gallon, remplies d’eau ettrouées au milieu (trous de diamètre 1 cm2).

Une fois le feu passé, ces boîtes sontrécupérées et pesées pour mesurer laquantité d’eau évaporée.

Cette expérience a été conduite sur desfeux contrôlés.



Moreno (1989) estime que la quantitéd’eau évaporée depuis les boîtes est unebonne mesure de la quantité totale d’énergiedégagée par unité de surface.

Elle intègre aussi le temps de résidence dela flamme. Norum (1974), Shearer (1975),Beaufait, Hardy et Fisher (1975) ont aussimontré l’intérêt de cette méthode dite de« perte d’eau ».

Webber et Trollope (1997) ont, en Afriquedu sud, conduit cette expérience sur de vraisfeux (poster présenté au colloque Fireinfo1997).

Le taux de combustion peut être obtenupar l’équation de Mc Arthur (1967) :

Tc = H w / t∗ où :• Tc : Taux de combustion (en W/m2),• H : Quantité de chaleur (en kJ/g de

combustible),• w : Poids du combustible disponible (en

kg/m2),• t : Temps de brûlage total (en s).

3.1.4 Vitesse de propagation

La vitesse de propagation est la vitesse àlaquelle un feu progresse tout en accroissantsoit sa superficie, soit son périmètre (Trabaud,1989).

Elle s’exprime en cm/s ou en km/h selonles usagers (scientifiques, pompiers).

Les vitesses observées sur le terrain lorsde feux réels peuvent dépasser 20 km/h danscertaines formations herbeuses (Albini, 1984)

Les vitesses habituelles observées sur lesfeux de forêts en France sont de l’ordre dukm/h.

Généralement, la vitesse de propagationd’un feu est mesurée dans sa partie la plusactive (tête du feu).

La technique de mesure consiste àchronométrer le temps écoulé entre deuxpoints de repère dont la distance est connue.

Dans les faits, la vitesse de propagation estgénéralement approchée après le feu en sebasant soit sur des témoignages oraux depompiers soit à partir de supports de typefilms ou photos récupérés.

La vitesse de propagation d’un feu est unphénomène complexe qui dépend denombreux facteurs comme la vitesse du vent,la pente, la nature et la quantité decombustible, sa teneur en eau,...

Le plus connu des modèles est celui deRothermel.

Plusieurs projets de recherche sont encours au niveau européen.

3.1.5 Longueur de la flamme

La longueur de la flamme (l) est la distanceentre la base de la flamme et le point le plushaut (Dupuy, 1997).

Elle ne doit pas être confondue avec lahauteur de la flamme (h) qui est la distanceséparant le point le plus haut de son supportde combustion (voir schéma).

Elle est exprimée en mètres.

l h

L’estimation visuelle nécessite la présencesur place, le jour du feu, d’observateurs et lamise au point d’un protocole.

Elle peut être aidée par la prise d’imagesvidéo ou de photographies qui seront traitéesultérieurement.

La prise de photographies pose leproblème spécifique de la vitesse de prise devue de l’appareil.

Le recours à l’infrarouge est utile pouréviter notamment le masque visuel présentépar la fumée.

En matière de photographie, des films infrarouge existent dans le commerce et ne posentpas de problème d’utilisation.

En revanche, en matière de vidéo, lescaméras utilisées sont coûteuses etrequièrent des compétences spécifiques.

Dans tous les cas, il est nécessaire d’avoirdes repères préétablis sur le terrain (arbres,poteaux télégraphiques, clôtures, etc.).

Il est toutefois difficile de mesurer lalongueur de la flamme lorsque le feuprogresse par pulsion.



Adkins (1993) a mis au point un logicield’analyse d’images vidéo.

Il est possible, après le passage del’incendie, d’évaluer la longueur de flamme àpartir de la hauteur de carbonisation destroncs sur les faces orientées dans la directiond’où venait l’incendie (Valette, 1993)

Plusieurs équations existent pour obtenir lalongueur de flamme à partir de la puissancedu feu (Brown and Davis, 1973 : Thomas,1963 : Nelson et Adkins, 1986 : Albini, 1984).

Certaines sont adaptées au feu de cime(Thomas), d’autre intègre la force du vent(Albini).

Nous citerons ici la plus connue (Byram,1959) :

∗ l = 0.0775 Pf 0.46

où :• l : longueur des flammes (en m).• Pf : Puissance du front de flamme (en

kW/m)

3.1.6 Profondeur de la flamme

La profondeur de flamme (p) est identifiéeà la profondeur de la zone de combustion.C’est la distance qui sépare l’avant de l’arrièredu front (Dupuy, 1997).

pConventionnellement et en laboratoire,

cette distance est mesurée parallèlement ausol et au niveau du toit de la strate decombustible.

La profondeur de flamme, liée au tempspendant lequel le feu demeure en un point(temps de résidence de la flamme), à l’aplombd’une cime ou au pied d’un arbre, est enrelation directe avec les dommagesoccasionnés par le feu sur le feuillage, lesassises cambiales et le système racinaire(Valette, 1993)

La profondeur de la flamme s’étudie de lamême façon que la longueur de flamme (voirci-dessus).

L’observateur doit se situer sur le coté.

La profondeur de la flamme, le temps derésidence de la flamme et la vitesse depropagation sont liées selon la relationsuivante (Mc Arthur, 1967) :

∗ P = tr v∗ où :• P: Profondeur de la flamme (en cm),• tr : Temps mis pour qu’une zone donnée

de combustible brûle totalement (en s),• v : Vitesse de propagation (en cm/s)

3.1.7 Conclusion

La mesure de ces paramètres pose 3types de problèmes :

Il est extrêmement difficile d’appréhenderdirectement la plupart de ces paramètrespendant le feu, voire après le feu.

Par exemple, il n’existe pas de dispositif oud’instrument permettant de mesurer l’énergielibérée pendant un incendie.

Ces paramètres sont interdépendants.Par exemple, la profondeur du front de

flammes peut être déduite de la vitesse depropagation et du temps de résidence de laflamme.

Les relations entre facteurs ainsi que lesauteurs les ayant établis sont présentés dansla graphique ci-dessous :

Aucun de ces paramètres ne suffit à luiseul pour caractériser complètement un feu.

Par exemple, Byram lui même (1959),estime que la puissance du feu prend uneplus grande valeur si elle est associée à desparamètres qualitatifs comme l’aspect du feuet la vitesse de propagation.

Pour avoir une parfaite compréhension ducomportement d’un incendie, il est importantde connaître la puissance du front de feu etles températures (in Trabaud 1989).



Longueurde flamme

Vitessede propagation

Température

Tauxde combustion

Puissance

Profondeurde flamme

Mc Arthur (1967)Anderson (1968)

Byram(1959)

Moreno (1989)

Byram,Van WagnerHough, Albini

Mc Arthur(1967)

Mc Arthur(1967)

3.2 LA SEVERITE

Pour contourner ces difficultés, la tendanceconstatée a été de caractériser les incendiespar les dommages occasionnés.

De nombreux auteurs proposent decaractériser les incendies à partir deparamètres mesurés ou observés sur lavégétation, tels que la quantité de biomassebrûlée (g.m-2), le diamètre moyen desextrémités imbrûlées (mm), la hauteur despremières branches vertes (m).

La notion de sévérité a été introduite pourtenter de comprendre les incendies demanière synthétique.

3.2.1 Définition

Plusieurs définitions de la sévérité existentau sein de la littérature :∗ la sévérité représente les effets du feu

qu’il affecte le sol forestier, la canopée oud’autres parties de l’écosystème (Vierick etScandelmeier, 1980),

∗ la sévérité d’un feu s’apparente au degréde survie des végétaux,

∗ la sévérité d’un feu porte sur le total etl’emplacement de la matière organiqueperdue par le brûlage, sur la disparition dela protection du manteau forestier, sur lavolatilisation de l’azote et des autreséléments, sur la perte par solubilisationd’éléments minéraux (Wells et al, 1979).

3.2.2 Méthode

Cette approche qualitative reposeessentiellement sur l’observation du degré decarbonisation de parties végétales ouorganiques : le sol, la litière, les différentesstrates de végétation,...

De nombreux auteurs ont travaillé à lacaractérisation visuelle des effets d’unincendie : Baver (1954), Tarrant (1956),Dyrness et Youngberg (1957), Bentley etFenner (1958), Daubendmire (1968), Morris(1970), Ralston et Hatchell (1971), Vogl(1974), Wells et al (1979), Ryan et al (1983).

Une synthèse des travaux a été conduitepar Ryan et al (1985).

White et al (1996) ont réalisé unecartographie des niveaux de sévérité enexploitant des images satellite (canal moyeninfrarouge).



3.2.3 Protocole proposé

Si la sévérité s’avère être une bonne façonde caractériser les impacts de manièreglobale, il ne paraît pas possible de l’utiliserde caractériser les incendies en vue...d’expliquer leurs impacts.

L’utilisation de grandeurs physiques estindispensable.

Le choix des paramètres physiques àretenir pour qualifier l’importance des impactssur le milieu divise la communautéscientifique.

La puissance du feu paraît cependants’imposer en tant qu’indice combinantplusieurs facteurs.

C’est cependant un paramètre très difficileà mesurer directement pendant un incendie,les valeurs ne pouvant pour l’instant qu’êtreapprochées par le calcul à l’issue del’incendie.

La caractérisation des incendies « réels »posent, dans les conditions actuelles, à laplupart des organismes de recherche desproblèmes extrêmement délicats de présence,de sécurité et d’instrumentation.

Dans un « protocole type », nousproposons donc de :∗ limiter les paramètres descriptifs aux seuls

paramètres physiques du feu (vitesse depropagation, puissance du front de feu),

∗ limiter le protocole type aux mesuresréalisées après le feu dans la mesure oùles situations pour lesquelles des relevéssont réalisés pendant le déroulement dusinistre sont très peu fréquentes ; en outre,l’absence d’état initial pour ce qui concernela connaissance écologique du milieu faitperdre une partie de l’intérêt des rares casoù des mesures sont possibles pendant lefeu,

∗ n’utiliser les mesures sur la végétation quepour retrouver de façon indirecte (par lecalcul) un paramètre physique impossible àappréhender directement (par exemplepuissance du front de feu à partir de labiomasse consumée),

∗ considérer à part les paramètres« surfaciques » des incendies, en premierlieu desquels se trouve la surface totalebrûlée, mais aussi des paramètres plus finstels que le coefficient de forme, le rapportpérimètre/surface, la distance maximaled’un point du feu à la lisière,...



Degré de Formationscarboni-sation Bois/rémanents Garrigue maquis mattoral Landes

Non

brû

lé

∗ Le sol n’a pas été brûlé∗ Quelques dommages

peuvent être occasionnés à lavégétation étant donné laradiation et la convection dechaleur provenant des zonesadjacentes

∗ idem ∗ idem

Légè

rem

ent c

arbo

nisé

∗ La litière de feuilles estcarbonisée ou consumée

∗ La litière morte sur sa partiesupérieure peut êtrecarbonisée mais la couche delitière morte dans sonintégralité n’est pas altérée

∗ La surface apparaîtgénéralement noircie justeaprès le feu

∗ Les brindilles sontpartiellement brûlées

∗ Les troncs sont roussis ounoircis mais pas carbonisés

∗ Le bois tombé au sol et lebois pourri sont roussis àpartiellement brûlés

∗ La litière fraîche estcarbonisée et la structurecontinue à être visible

∗ Les cendres grisesdisparaissent très vite

∗ La carbonisation peuts’étendre légèrement sous lasurface du sol où la litière defeuilles est peu dense. Sanscela, le sol minéral n’est pasaltéré

∗ Quelques feuilles etbrindilles restent sur lesplantes. Les brûlures sontirrégulières et localisées parpoints

∗ Moins de 60% de la canopéede la garrigue est consumée

∗ La litière fraîche estcarbonisée ou consumée maisquelques parties de plantescontinuent à être discernables

∗ La carbonisation peuts’étendre légèrement sous lasurface du sol. Sans cela, lesol minéral n’est pas altéré

∗ Quelques parties de plantespeuvent rester en place

∗ La base des plantes n’estpas profondément brûlée etcontinue à être reconnaissable.La surface est de façonprédominante noircie après lepassage du feu mais cecidevient bientôt discret

∗ Les brûlures peuvent êtrelocalisées par points ouuniformes selon lesdiscontinuités de la strateherbeuse

Mod

érém

ent c

arbo

nisé

∗ La litière de feuilles estconsumée

∗ La litière morte estprofondément brûlée ouconsumée mais les horizonsminéraux ne sont pasvisiblement altérés

∗ La cendre de couleur claireprévaut immédiatement aprèsle passage du feu

∗ Les brindilles sont largementconsumées

∗ Quelques branches sontprésentes mais le feuillage etles brindilles ont disparu

∗ Les rondins sontprofondément carbonisés

∗ Une carbonisation modéréedu sol apparaît généralementsur 0 à 100% des zonesbrûlées naturelles et sur 10 à75% des zones soumises auxbrûlages de rémanents(brûlage dirigé)

∗ Les arbres à enracinementlatéral sont souvent tombés ausol

∗ Les trous des souchesbrûlées sont fréquents

∗ La litière fraîche de surfaceest consumée

∗ Un peu de litière carboniséepeut rester par place

∗ La carbonisation s’étenddans le sol jusqu’à 1,2 cm maisn’altère pas la structure

∗ La cendre grise ou blancheest visible juste après lepassage du feu mais disparaîtrapidement

∗ Quelques tiges consuméesdemeurent sur la plante.Celles-ci présentent undiamètre généralementsupérieurs à 0,6 cm et 1,24 cm.

∗ Les brûlures sont plusuniformes que dans laprécédente classe

∗ Entre 40 et 80% de lacanopée du maquis estconsumée

∗ La litière est consumée et lasurface est couverte de cendregrise ou blancheimmédiatement après le feu

∗ La cendre disparaîtrapidement laissant le solminéral à nu

∗ La carbonisation s’étendlégèrement dans le sol minéral,mais la structure n’est pasautrement affectée

∗ Aucune partie de plante n’estdiscernable, aucune partie deplantes ne reste et la base desplantes est brûlée jusqu’auniveau du sol

∗ La base des plantes estenfouie dans les cendres justeaprès le feu

∗ les brûlures tendent à êtreuniformes

∗ La carbonisation modérée duterrain est limitée aux feux à larecul et aux feux se propageantdurant les conditions sèches



(suite)Degré de Formationscarboni-sation Bois/rémanents Garrigue maquis mattoral Landes

Pro

fond

émen

t car

boni

sé

∗ La litière est complètementconsumée et la premièrecouche minérale du sol dansle profil est visiblementaltérée souvent de couleurrougeâtre

∗ La structure du sol ensurface peut être altérée

∗ Au dessous de la zonecolorée, 1,2 cm ou plus, dusol minéral est noirci par lamatière minérale qui a étécarbonisée ou par la matièreorganique déposée par laconduction de la chaleur dansle sens du vent

∗ Les brindilles et les petitesbranches sont complètementconsumées

∗ Quelques branches peuventrester mais celles-ci sontprofondément carbonisées

∗ Les rondins sains sontprofondément carbonisés etles rondins pourris sontcomplètement consumés

∗ La carbonisation profonde duterrain s’observe par endroitséparpillés

∗ La carbonisation profonde duterrain intéressegénéralement moins de 10%des zones brûlées et deszones soumises aux brûlagesdirigés

∗ Un cas extrême de 31% aété rapporté à l’occasion d’unfeu dirigé

∗ La litière fraîche estcomplètement consuméelaissant une surface decendre blanche

∗ Toute la matière organiqueest consumée au sein du soljusqu’à une profondeur de 1.2à 2.5 cm. En dessous setrouve une zone de matièreorganique de couleur noire

∗ La structure colloïdale du solminéral de surface peut êtrealtérée

∗ Les grosses branches et lestiges sont brûlées. Seuls, leschicots de diamètre supérieurà 1,2 cm restent sur lesarbres

∗ La carbonisation profonde duterrain est rare en raison d’uncourt temps de brûlage

∗ La surface est composée decendres blanchesimmédiatement après lepassage du feu. Cecidisparaît rapidement laissantplace au sol minéral à nu

∗ La carbonisation s’étenddans le sol jusqu’à 1,2 cm

∗ La structure du sol estlégèrement altérée

∗ La carbonisation profonde duterrain est généralementlimitée aux situations où defortes charges ont brûlé sousdes conditions de sécheresseet de vent faible.



Protocole type

Paramètre Type de données utilisables Méthodologie

Vite

sse

de p

ropa

gatio

n

• Mains courantes descentres de secours ou duCODIS

• Enregistrements descommunications radio(bandes magnétiques)

• Photos ou films pris pardes professionnels(recherche systématique)ou des particuliers(annonces à faire paraître)

• Informations diverses surla vitesse de propagation

• Replacer les informations sur un fond de cartetopographique

• Distinguer les vitesses moyennes calculées sur desdistances de l’ordre du kilomètre (mains courantes) decelles calculées sur des distances de l’ordre del’hectomètre (photos, films)

• Faire attention aux effets du relief (une vitesse moyennepeut être le résultat d’une moyenne harmonique entrevitesse sur pente ascendante et vitesse sur pentedescendante)

• Recaler les résultats sur des modèles de propagation

Pui

ssan

ce

• Carte forestière (IFN)

• Photographie aérienne

• Ouvrages permettant dedéfinir des types decombustible

• Informations diverses surla quantité de biomasseavant le feu (photo priseau sol, recherchespécifique)

• Visite de feux et mesuredes parties imbrûlées

• Enquêtes auprès despompiers intervenus sur latête du feu (difficultés delutte, distance possibled’approche, longueur desflammes, etc.)

• Visite du feu et analysedes traces des flammessur les troncs (longueur)

• Apprécier les formations en place (espèces dominantes,nombre de strates, taux de recouvrement),

• Estimer la quantité de biomasse présentée par les partiesforestières laissée indemnes par le feu (îlots ou lisières dufeu),

• Estimer les restes calcinés de la biomasse (dans la zoneincendiée),

• Utiliser une méthode de type destructif (coupe des partiesaériennes calcinées et pesage),

• Utiliser des clés permettant de définir des types decombustible et une quantité de biomasse

• Faire la différence entre la biomasse disponible et labiomasse restante après le feu,

• Affecter une valeur concernant la chaleur spécifique desespèces dominantes,

• Étudier les photos et films pris en cours d’incendie pourapprécier la longueur des flammes (vérification des valeurscalculées de puissance)

Par

amèt

res

surf

aciq

ues

• Image satelitte, photoaérienne

• Rapports des servicesadministratifs dans lecadre du retourd’expérience sur lesgrands feux de l’année

• Traiter les images sur le plan géométrique et radiométrique

• Effectuer un tour du feu aidé d’un GPS ou levermanuellement le contour du feu

• Utiliser un SIG permettant d’avoir une comptabilité précisede la surface brûlée et du périmètre



3.3 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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Etat de l’art : Etat des méthodes de suivi des impacts des incendies 30

4 ETAT DES METHODES DE SUIVI DES IMPACTS DES INCENDIES

Dominique GILLON et Louis TRABAUDCentre d’Ecologie Fonctionnelle et EvolutiveCentre National de la Recherche Sceintifique

1919 route de Mende – 34293 Montpellier cedex [email protected]

4.1 LA VEGETATION

4.1.1 Introduction

Tout système biologique soumis à uneperturbation réagit de façon à retrouver unéquilibre métastable.

Le terme de « suivi » désigne le processusd’occupation d’un écosystème au cours dutemps par les êtres vivants et leschangements de la composition floristique etfaunistique d’un milieu après qu’un incendieait détruit partiellement ou totalement cetécosystème préexistant.

La notion de suivi implique une dynamiqueentre espèces ou communautés.

Les modifications liées à la dynamiqueinterne de l’écosystème et celles corrélativesà l’environnement sont prises en compte.

Généralement, il faut rappeler que deuxmodalités sont utilisées dans les études desuccession.

Le concept de succession primairecorrespond à la dynamique d’occupation, parles êtres vivants, d’un espace où le substratest à nu et n’a jamais été occupé par quelqueorganisme vivant.

Ainsi, ces zones sont représentées pardes sytèmes dunaires, des retraits deglaciers, des îles récemment émergées, deschamps de lave de volcan, des périphériesou des lacs comblés par les sédiments.

Le concept de succession secondaire estappliqué au processus de reconstruction(recolonisation) des écosystèmes aprèsdestruction totale ou partielle descommunautés préexistantes.

Ce processus a été comparé à unecicatrisation. Il concerne des culturesabandonnées, des espaces incendiés, deszones soumises à divers impacts tels quedéfrichements, coupes, ouragans.

4.1.2 Méthodes d’étude de la succession

Deux approches peuvent être utiliséespour étudier la succession (ou suivi) aprèsune perturbation telle que le feu.

4.1.2.1 Approche directe ou diachronique

Cette méthode consiste à observer dansle temps les modifications apparaissant surdes stations permanentes, toujours lesmêmes.

Les observations sont effectuées au coursdu temps toujours sur les même placettes.

Cette démarche, la plus rigoureuse aupoint de vue méthodologique, nécessite deréaliser des observations périodiqueséchelonnées dans le temps.

Elle est bien adaptée à l’étude despremiers stades des successions. Par contreelle est difficilement utilisable pour un seulobservateur donné pour suivre l’évolutiond’un système écologique pendant un laps detemps très long.

Cette méthode permet de mettre enévidence des variations fines et précises dela composition spécifique et deschangements structuraux des écosystèmes.

4.1.2.2 Approche indirecte ousynchronique

Lorsque les modifications d’unécosystème, surtout pour les stadesforestiers, sont beaucoup trop lentes pourque les changements soient perceptibles, oulorsque sont considérées de longuespériodes de temps dépassant ce que peutconsacrer un observateur, la méthodeindirecte est utilisée.



Elle est basée sur l’analyse des variationsspatiales de la structure et de la compositionspécifique des communautés présentes à uninstant donné dans un espace plus ou moinshomogène, considérant que cette répartitionest une représentation de la succession àtravers l’espace correspondant à celleapparaissant à travers le temps.

Il est alors possible d’ordonner lescommunautés suivant des séries ou desséquences.

Cette première approximation permet dedégager de grandes tendances, mais elle estsouvent critiquable, surtout lorsque lesperturbations auxquelles les communautésont été soumises sont insuffisammentanalysées.

Il faut être sûr que les communautésconsidérées s’inscrivent dans unechronologie et une séquence précises etréelles.

La reconstitution de « l’histoire » nécessiteun certain nombre de conditions :∗ relative uniformité du climat, du substrat,

de l’environnement de toutes les stationsétudiées ;

∗ même degré et même nature de laperturbation sur le même écosystème.

4.1.3 Techniques d’observation

Deux types d’observations peuvent êtreréalisés : l’observation qualitative etl’observation quantitative.

L’observation qualitative se contente denoter les espèces présentes sur les placetteslors des relevés. Ce ne sont que desobservations de présences sans tenir comptede la proportion des espèces.

L’observation quantitative consiste àeffectuer une quantification des donnéesobservées ; le chercheur prend alors encompte l’importance, absolue ou relative, desespèces : dominance, abondance, fréquence,densité, recouvrement, biovolume, biomasse,etc.

Ces observations sont réalisées sur dessurfaces ou des lignes.

4.1.3.1 Mesures relatives à des surfaces

Les mesures les plus classiques sontcelles qui sont effectuées sur deséchantillons présentant une certaine surfacedéfinie : carrés, cercles, ou rectangles. Lestransects, souvent utilisés, sont desrectangles allongés.

L’aire de chacun de ces sitesd’observation est variable, mais correspondle plus souvent à l’aire minimale danslaquelle se trouvent les espèces pour chaquecommunauté ; cette aire minimale peut êtrevariable selon les communautés.

L’observateur a aussi le libre choix del’aire dans le but de son étude.

Abondance-dominance

Ce sont des indices relatifs correspondantà des estimations de présence oud’occupation de l’espace (proportion etrecouvrement) par les individus présents.

DensitéLa densité est le nombre d’individus par

unité de surface. La notion n’est donc biendéfinie que si les individus sont eux-mêmesbien définis.

RecouvrementLe recouvrement d’une espèce est défini

théoriquement comme le pourcentage de lasurface du sol qui serait recouvert par laprojection au sol des organes aériens desindividus de l’espèce.

FréquenceLa fréquence est une notion plus élaborée.C’est le pourcentages des placettes

contenant une espèce par rapport au nombretotal de placettes étudiées.

C’est aussi le pourcentage des individus,ou des contacts, d’une espèce par rapport àl’ensemble des individus, ou des contacts,rencontrés sur l’ensemble d’une placette.

BiovolumeGénéralement le biovolume correspond à

la somme des recouvrements exprimés surl’ensemble des strates d’une communauté,ou l’ensemble des espèces dans une strate.

BiomasseC’est la masse (poids) aérienne,

souterraine ou totale, des espèces présentessur la surface échantillonnée, tant pour lesanimaux que pour les végétaux.



Deux techniques sont utilisées pourapprécier la biomasse :∗ la technique directe, par prélèvement de

l’échantillon et donc destruction dumatériel enlevé ; en utilisant cettetechnique, après prélèvement del’échantillon, le récolteur ne peut pasrevenir exactement sur le même lieu deprélèvement ; il faut donc prélever deséchantillons dans le temps sur le mêmesite, mais côte à côte ;

∗ la technique indirecte, non destructrice, enappliquant des mesures allométriques(équations) par référence à des donnéesdéjà connues.

4.1.3.2 Mesures relatives à des lignes

La plupart des mesures réalisables surune surface sont transposables sur une ligne(sauf la biomasse).

La longueur des lignes peut être trèsvariable (depuis 1 m jusqu’à des centaines demètres selon le type de communauté étudiéeet son homogénéité, ou les besoins del’étude du chercheur.

Généralement, les lignes sont tendues soitau ras du sol, soit juste au-dessus de lastrate dominante, tout dépend de la densitéde la végétation.

Densité linéaireC’est le nombre d’individus par unité de

longueur.

Recouvrement linéaireLe principe consiste à mesurer la longueur

recouverte par les diverses espèces le longd’une ligne tendue à travers la végétation.

Fréquence linéaireLa fréquence linéaire peut être définie

comme le pourcentage de segments, ou depoints, d’une ligne où une espèce estprésente.

Point quadratBien que le point quadrat ne soit qu’une

mesure ponctuelle, il est toujours associéavec une ligne.

Le point est la limite d’une surfacedevenant infiniment petite dans toutes lesdirections.

Pratiquement, il est le plus souventmatérialisé par une aiguille, plus ou moinsfine, glissée verticalement ou obliquement.

Les points sont alignés de façonéquidistante.

Les observations consistent en unenregistrement des présences des espècessous l’aiguille ou/et des contacts entrel’aiguille et les végétaux.

Les observations peuvent être réaliséesen différenciant des strates.

La méthode des points alignés permetdonc d’étudier la structure et l’homogénéitéde la végétation.

L’interprétation de points quadrats sur uneligne permet d’estimer le recouvrement, lafréquence et le volume (occupation del’espace) des plantes ou de la végétation.

4.1.4 Précautions pratiques à prendre

Dans toute étude de suivi qui va durerplusieurs années sur des parcellespermanentes, quelques précautionsélémentaires sont à considérer afin d’obtenirdes informations objectives et comparables.

Il faut que la communauté étudiée soithomogène (sauf étude précise de casparticulier) et que les placettes soientreprésentatives de l’ensemble de lacommunauté.

Afin de revenir toujours exactement auxmêmes emplacements, il faut sceller despiquets repères dans le sol, tant pour leslignes que pour les surfaces.

Les observations doivent être renouveléesselon une périodicité à déterminer : mois,saisons, années.

Les mesures et les techniques quipermettent de les réaliser sont trèsnombreuses.

Avant d’entreprendre toute étude, il fautréfléchir sur la signification des mesureselles-mêmes.

Toute utilisation de méthode ou detechnique ne doit pas être faite au hasard,mais en fonction des buts poursuivis et desmoyens disponibles.

Le choix d’une méthode suppose uneréflexion attentive ; une fois qu’une méthode,et/ou une technique, a été choisie, il faut laconserver tout au long de l’étude .

Un changement intervenant en cours :∗ introduit de nouveaux paramètres de

mesure ne permettant pas de comprendreprécisément les modificationsapparaissant dans les communautésétudiées,



∗ entraîne des risques d’erreur,∗ et ne permet plus de comparaison sûre

entre les résultats du début del’expérimentation et ceux de la fin.

Il est possible d’associer ou de combinerdeux ou plusieurs méthodes et techniquesafin d’obtenir le maximum de renseignementssur les communautés étudiées et de pouvoirsuivre le processus de leur évolution au coursdu temps.

4.2 LES NUTRIMENTS ET LE SOL

4.2.1 Estimation des pertes ennutriments au cours d’un incendie

A notre connaissance, aucune mesure n’aété réalisée permettant d’estimer les pertesen nutriments au cours d’incendies.

Les seules estimations ont été réaliséesau cours de brûlages dirigés où la quantité decombustible et sa composition chimiqueétaient mesurées avant et après le feu sur lesmêmes sites.

Cette méthode consiste à mesurer lesbiomasses des différentes strates végétalessur des carrés de 1 à 4 m2 par des méthodesnon destructives et à récolter et peser ensuiteles restes laissés par le feu sur ces mêmescarrés.

La mesure des concentrations ennutriments d’échantillons de chaquecatégorie de matériel végétal permet de faireune évaluation des pertes en nutriments aucours du feu.

Une méthode rapide et peu coûteuse arécemment été testée, la spectrométrie deréflexion proche infra-rouge (SPIR ou NIRSen anglais) qui permet la mesure desconcentrations en carbone, azote etphosphore d’un grand nombre d’échantillonsde matériel végétal récolté avant et après unfeu, y compris les cendres (Gillon et al.1998).

Un problème subsiste cependant pourrécolter avec précision les cendres après lefeu car, fines et légères, elles sont délicates àrecueillir; étant donnée leur forteconcentration en nutriments, la perte d’unepetite quantité de cendres entraîne unegrande imprécision dans le bilan desnutriments.

Certains auteurs ont donc utilisé desplateaux posés sur le sol contenant la couchede litière reconstituée, au poids initial connu,afin de récolter après le feu la totalité descendres provenant à la fois de la combustionde la litière et de la combustion des stratesvégétales situées au-dessus (Raison et al.1985 b, Gillon et Rapp 1989).

Cette méthode est bien entenduinapplicable aux incendies.

Dans le cas des incendies, l’estimationdes pertes en nutriments nécessite dereconstituer le combustible avant le feupuisqu’on ne peut pas le mesurer.

Il faudra donc identifier et mesurer, dans lazone brûlée étudiée, la végétation initiale àpartir des restes non brûlés et choisir, dansune zone non brûlée, un site le plus identiquepossible, non seulement par la végétation,mais aussi par la pente et l’exposition.

Dans ce site qui représentera le milieuavant l’incendie, et dans la zone brûlée, ilfaudra mesurer les quantités et lesconcentrations en nutriments des différentesstrates végétales ou ce qui en en reste.

Le problème le plus délicat reste la récoltedes cendres sur le sol après l’incendie.

D’abord, cette récolte devrait avoir lieu leplus rapidement possible après l’incendie.

Ensuite, la solution consisterait à préleverles cendres avec la couche superficielle desol, ce qui obligera à prélever également,dans la zone non brûlée, la litière avec lacouche superficielle du sol.

Pour l’azote, Raison et al. (1985 a) onttrouvé une relation généralisable pour lamajorité des feux permettant d’estimer lesquantités d’azote perdues par l’écosystèmeau cours d’un feu.

Puisque d’après ces auteurs presque toutl’azote contenu dans la matière organique quibrûle est volatilisé, il suffit de connaître laquantité de combustible brûlé et sa teneurinitiale en azote pour obtenir une bonneestimation de l’azote volatilisé au cours d’unincendie.

4.2.2 Suivi de l’érosion après un incendie

L’érosion après un incendie a été suiviepar différentes méthodes.



La plus simple et la plus rudimentaireconsiste à suivre les mouvements dessédiments au moyen de longs clous plantésdans le sol juste après l’incendie, dont lestêtes dépassent largement au dessus de lasurface du sol, disposés en lignes parallèlesà la pente, sur lesquels on mesure àintervalles réguliers la hauteur qui dépasseau dessus du sol (Diaz-Ferros et al. 1987,Ballais 1993).

Une variante de cette méthode consiste àdisposer les clous sur 2 lignes formant un Tparallèle à la pente qui définit ainsi unesurface à partir de laquelle, connaissant ladensité du sédiment, on peut exprimerl’érosion moyenne en poids de sédiment parunité de surface.

Cependant, les clous interagissent avecles mouvements des sédiments et certainsauteurs ont utilisé une technique plussophistiquée, celle de “ ponts ” fixespermettant de mesurer avec précision, àl’aide d’aiguilles fines que l’expérimentateurpasse lors de chaque mesure en traversd’une série de trous situés sur la barrehorizontale du pont, les distances entre labarre horizontale et le sol (Shakesby et al.1989).Cette méthode a l’avantage demesurer le mouvement des sédimentstoujours aux mêmes points sans laisser enpermanence d’obstacles sur le sol.

D’autres méthodes consistent à équiperdes parcelles, grandes de plusieurs dizainesou centaines de m2, de bacs en bas de pentepermettant de récolter la totalité des eaux deruissellement et les sédiments à chaqueévénement pluviométrique (Marquès et Mora1992), ou au cours d’expérimentations avecdes simulateurs de pluie (Imeson et al. 1992,Emmerich et Cox 1994, Soler et al.1994).

Cette méthode a l’avantage de quantifierles phénomènes en les ramenant à unesurface connue, à condition que les parcellessoient protégées du ruissellement provenantde l’extérieur.

Elle permet non seulement de mesurer etd’analyser les sédiments transportés, maisaussi de quantifier les volumes d’eauruissellés que l’on peut alors comparer auxvolumes d’eau reçus.

Enfin, à une toute autre échelle, les étudesde bassin versant, avec le suivi automatiqueen continu des flux entrants et sortants et lamesure régulière de la composition chimiquedes eaux exportées, ont apporté desdonnées extrêmement intéressantes sur lecomportement hydrologique et chimique degrandes surfaces parcourues par desincendies (Mackay et Robinson 1987,Lavabre et al. 1991, Martin et Chevalier1991).

Ces études sont particulièrementintéressantes lorsqu’elles ont commencé bienavant la survenue d’un incendie et que l’ondispose ainsi de plusieurs années dedonnées de référence sur le fonctionnementde l’écosystème avant le feu.

4.2.3 Suivi des caractéristiques physico-chimiques du sol après un incendie

Les caractéristiques physico-chimiques lesplus importantes à suivre à la suite d’unincendie sont celles qui sont liées à la fertilitédu milieu et à la susceptibilité du sol àl’érosion; ce sont principalement la teneur enmatière organique du sol, sa stabilitéstructurale et sa perméabilité ou soncaractère hydrophobe.

La détermination de ces caractéristiquesse fait généralement par des méthodesclassiques en pédologie ; elles ne serontdonc pas décrites ici.

Les suivis effectués après incendie sonten général réalisés sur les premiers cm desol, ceux susceptibles d’être modifiés par lepassage de l’incendie.

4.2.3.1 Teneur en matière organique

La matière organique totale est unindicateur intéressant car c’est elle quiconditionne la structure du sol, saperméabilité à l’air et à l’eau.

Elle peut aussi être liée aux substanceshydrophobes et aux substances-ciment,éléments qui vont directement déterminer lasensibilité du sol à l’érosion.

Dans cette optique, Giovannini et Lucchesi(1983) et Giovannini et al. (1987) ontdistingué de la matière organique totale :∗ celle liée aux substances hydrophobes par

traitement des échantillons de sol aubenzène,



∗ et celle liée aux cimentsorganométalliques par traitement deséchantillons au benzène + acétylacétone.

4.2.3.2 Stabilité structurale

La stabilité des agrégats est mesurée parla quantité de fractions fines qui sontmobilisées à partir des agrégats soumis :∗ soit au tamisage sec (Soto et al. 1991),∗ soit au tamisage humide (Giovannini et

Lucchesi 1983),∗ soit à des gouttes d’eau chargées d’une

énergie connue (Soto et al. 1991).La mesure de cette fraction fine quantifie

la part du sol susceptible d’être entraînée parruissellement.

4.2.3.3 Caractère hydrophobe des sols

Cette caractéristique a été mesurée par letemps de pénétration d’une goutte d’eau(WDPT, water drop penetration time) à lasurface d’un sol séché et débarrassé de sacouche de litière par DeBano et al. (1976),Giovannini et al. (1987) et Shakesby et al.(1993).

Cette méthode a souvent été complétéepar la mesure de l’angle apparent de contactliquide-solide qui quantifie les capacitésd’humidification d’un sol.

Pratiquement, il se détermine en mesurantles hauteurs respectives atteintes par l’eau etl’éthanol montés par capillarité dans deuxtubes verticaux remplis de sol.

Ces deux méthodes ont été précisémentdécrites par DeBano (1981).

Une variante de ces méthodes est lamesure de la capacité d’infiltration du sol,directement sur le terrain, par ladétermination de la quantité d’eau absorbéepar un infiltromètre enfoncé à 10 cm deprofondeur (Shakesby et al. 1993).

La répartition du caractère hydrophobed’un sol est généralement hétérogène etdiscontinue dans l’espace.

Une méthode pour comprendre le rôle etl’importance du caractère hydrophobe d’unsol consiste à effectuer des tranchées dansdifférents sites de la zone incendiée aprèsune forte pluie ou après une expérimentationavec un simulateur de pluie et à examiner etquantifier la répartition, dans les différentescouches du sol, des zones humidesrepérables par leur couleur plus foncée.

C’est ainsi que Imeson et al. (1992) ontinterprété les résultats des mesures deruissellement et d’érosion sur leurs parcellesd’étude en zones incendiées et témoin.

4.2.4 Suivi de l’activité biologique dessols après un incendie

L’activité des animaux et desmicroorganismes du sol est une composanteessentielle du fonctionnement du sol.

Elle est toujours perturbée par le passaged’un incendie, au moins dans les stratessuperficielles du sol.

Plusieurs méthodes permettent demesurer l’activité biologique du sol.

Pour les animaux du sol, il suffit deprélever des échantillons de litière et de solsuperficiel et de les placer dans desextracteurs automatiques du type Berlèse-Tüllgren largement utilisés par les biologistes(Macfadyen 1961).

Cette technique classique est basée sur leréflexe des animaux du sol à fuir la chaleur etla lumière.

L’échantillon est placé dans un entonnoirsous une lampe chauffante, les animauxs’enfoncent donc dans le sol et finissent partomber dans un récipient rempli d’eau.

Il faut ensuite trier les animaux, au moinspar groupes ayant des fonctions différentesdans le sol, par exemple phytophages,détritivores, prédateurs.

Pour l’étude de l’activité desmicroorganismes, une des méthodesemployées dans les suivis après incendie estla mesure de la respiration du sol, c’est à direle dégagement de CO2.

Cette méthode peut être directementutilisée sur le terrain, mais on se heurte alorsaux problèmes d’hétérogénéité du sol et aufait que la mesure englobe également larespiration des organes végétaux souterrains.

Elle peut également être appliquée surdes échantillons prélevés sur le terrain, triéset tamisés, puis incubés en laboratoire enconditions constantes.

On se heurte alors aux artefacts liés auxconditions artificielles des expérimentationsen laboratoire.

Une autre méthode consiste à mesurerl’azote minéralisé par les microorganismes,sous forme nitrique ou ammoniacale, dansdes échantillons de sol.



Ceux-ci peuvent être laissés en place surle terrain mais ils ne doivent pas contenir deracines qui prélèveraient cet azote ; descylindres sont donc enfoncés dans le solpermettant d’isoler une portion de sol nondéstructuré sans racines et on mesure lesteneurs initiales en azote minéral et lesteneurs finales après une durée de l’ordre de15 ou 30 jours.

On peut également faire le même type demesures sur des échantillons de sol prélevéssur le terrain et incubés au laboratoire, maisl’activité des microorganismes peut êtremodifiée par le tamisage et l’aération du sol.

Enfin, des méthodes permettent demesurer la biomasse microbienne dans lessols par des techniques de fumigation, et dedistinguer le carbone et l’azote microbiens, lecarbone et l’azote solubles ou extractables etle carbone et l’azote organiques (Prieto-Fernandez et al. 1998).


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Etat de l’art : Etat des connaissances sur la cicatrisation puis la reconstitution des écosystèmes 38

5 ETAT DES CONNAISSANCES SUR LA CICATRISATION

PUIS LA RECONSTITUTION DES ECOSYSTEMES

Dominique GILLON et Louis TRABAUDCentre d’Ecologie Fonctionnelle et EvolutiveCentre National de la Recherche Sceintifique

1919 route de Mende – 34293 Montpellier cedex [email protected]

5.1 LA VEGETATION

5.1.1 Introduction

Le feu est une force écologique anciennequi a modelé la plupart des communautésvégétales, ainsi que les paysages du Bassinméditerranéen.

Associé à l’action du climat et aux formestopographiques, les incendies ont contribué àcréer, mais pas toujours de façonprépondérante, les types de végétation quicroissent autour de la Méditerranée.

Toutefois, même en absence du feu, cesdifférents paysages ont été façonnés parl’action humaine qui s’est exercée fortementdepuis des millénaires.

Il est difficile de connaître avec certitudedepuis quelle époque le feu exerce soninfluence sur la Terre ; toutefois, il ne fait plusaucun doute qu’il a précédé l’apparition del’Homme.

Le feu a pu survenir dès qu’une végétationterrestre a existé (Harris 1958 ; Jones &Chaloner 1991).

La foudre est une cause naturelle maisaussi les éruptions volcaniques ont pudéclencher des incendies au cours des èresgéologiques.

Au début le feu était un agent naturel quiapparaissait plus ou moins régulièrementdans le cycle naturel de la dynamique desécosystèmes.

Sa venue entretenait le rajeunissement decertains peuplements végétaux et créait unemosaïque de communautés ; l’apparition del’Homme sur la scène a perturbé cet équilibrede la nature y substituant une situationartificielle et bouleversant tout l’ordre originel.

L’Homme a usé et abusé du feu.

En association avec l’abattage des arbres,le pâturage des animaux domestiques et uneagriculture extensive mais fortementagressive (élimination des plantesconcurrentes et arrachage de leurs racines), ila contribué à modeler les paysages quiexistent aujourd’hui dans les pays du Bassinméditerranéen.

Du fait de cette influence ancienne, le feudétermine parfois l’âge, la structure et lacomposition floristique de nombreusesphytocénoses.

Cependant, selon la végétation et lesconditions climatiques, le feu présente desfréquences et des intensités différentes.

Ainsi donc, ces différents facteurs agissentles uns sur les autres : la végétationdétermine le régime des incendies, qui à sontour modèle le type de végétation.

Pendant longtemps le feu a été considérécomme un facteur entraînant la dégradationde la végétation.

Quelques chercheurs (Braun-Blanquet1935 ; Kuhnholtz-Lordat 1938, 1958 ; Kornas1958) avaient envisagé le problème, mais ilsne l’avaient pas étudié de façon précise.

Généralement, ils ont décrit des stadesdégradés et ont comparé des zones quiavaient brûlé ; mais ils n’avaient pas analyséle processus de succession après incendie.

Quelques uns citaient les noms desespèces les plus fréquemment rencontréesdans les zones incendiées (Quercuscoccifera, Arbutus unedo, Cistus spp., Pinusspp.) ; leurs descriptions étaient basées surl’observation de stades considérés a prioricomme appartenant à la successionrégressive de la végétation méditerranéenne :depuis la forêt de chêne vert (Quercus ilex),en passant par les garrigues de Quercuscoccifera, pour aboutir finalement auxpelouses de Brachypodium retusum.



Mais ces auteurs n’ont pas étudié de façondétaillée l’impact du feu sur les communautésen place, ni le devenir réel survenant aprèscette perturbation. Il y a seulement depuis unetrentaine d’années que de nouvellesapproches ont abordé le problème plusobjectivement.

5.1.2 Formations forestières

Dans le sud de la France, la dynamique dela végétation après incendie a été surtoutsuivie dans la région des garrigues calcairesdu Bas-Languedoc (Trabaud 1970, 1974,1983, Trabaud & Lepart 1980,1981).

Quarante-sept parcelles ont été étudiéesde façon permanente pendant 10 à 12 ans.

Elles étaient situées dans 8 types decommunautés végétales représentatives de larégion : forêts, garrigues et pelouses.

Après incendie, la végétation retournerapidement à son état initial.

Les espèces qui constituent lescommunautés 10 ans après le feu sont lespremières à apparaître, ce sont celles quiexistaient avant le feu.

Ainsi, un an après un incendie, 70% desparcelles étudiées possédaient plus de 75%des espèces qui seront présentes 10 ou 12ans plus tard.

Deux ans après le feu, ce pourcentagedépassait 80% ; et en cinq ans, il atteignait100%.

Le retour vers un stade identique à celuiqui existait avant le feu est donc rapide.

L’évolution de la composition floristiquesuivait un modèle identique pour toutes lescommunautés (Fig. 1).

Au cours des premiers mois suivantl’incendie, il y avait peu d’espèces, puis larichesse floristique augmentait atteignant desvaleurs maximales entre la première et latroisième année (due surtout aux annuellestentant d’occuper les espaces incendiés).

Au cours des deux à trois annéessuivantes le nombre d’espèces diminuaitprogressivement. Au-delà de la cinquièmeannée, cette richesse tendait à se stabiliser.

Au fur et à mesure que les communautésgagnaient en âge, leur structure devenait deplus en plus complexe, entraînant unemultiplicité des strates (Fig. 2).

La végétation croissait des strates basses(0-50 cm) vers des strates plus élevées (2-4m) pour les peuplements forestiers. Laphysionomie de la végétation tendait àressembler à celle des communautés nonincendiées (Trabaud 1983, 1984).

Dans les montagnes siliceuses des Albèreset des Aspres (extrémité orientale desPyrénées), Prodon et al. (1984) étudiant 6types d’écosystèmes comprenant des forêtsde Quercus ilex ou de Q. suber, des maquiset des pelouses, constatèrent que laréapparition des espèces était immédiateaprès l’incendie.

Pendant les deux premières années aprèsle feu, les annuelles étaient extrêmementabondantes.

Mais, les espèces pérennes qui serétablissaient étaient celles qui existaientavant la perturbation.

En outre, la richesse floristique était plusélevée dans les zones incendiées par rapportà celles non brûlées.

Dans cette même région, Trabaud (1993)obtint des résultats comparables : les maquiset taillis se reconstituent.

Pour le chêne liège (Quercus suber),Pausas (1997) constate que tous les individusbrûlés se reconstituent par rejets, mais selonle diamètre du tronc et l’épaisseur de l’écorceles individus se rétablissent plus ou moinsrapidement ou à partir des branches ou dessouches seulement : les arbres ayant de grostroncs et une écorce épaisse résistant mieuxet se régénérant à partir des branches.

Parmi les formations forestières, lespinèdes de Pinus halepensis, qui paient unlourd tribut aux incendies, ont été plusparticulièrement étudiées dans les pays duBasin méditerranéen.

Ainsi, en Languedoc (Trabaud et al. 1985 aet b), quel que soit le type de forêt, troisphases ont été distinguées pourl’accroissement de la phytomasse du sous-bois :∗ une première phase durant 2 ans

présentant une augmentation rapide ;∗ une deuxième phase au cours de laquelle

la phytomasse s’accroît lentement, lorsqueseuls les buissons croissent ;

∗ puis une troisième phase sansaccroissement, lorsque les buissons ontatteint leur taille adulte.



Trente ans après les feux, la phytomassedu sous-bois était comprise entre 9 et12 t ha-1.

La litière, composée surtout de débrisligneux au cours des premières années aprèsl’incendie, devenait de plus en plus foliacée(composée d’aiguilles de pin) au fur et àmesure que les peuplements vieillissaient.

La densité des pins s’accroissait jusqu’à unmaximum atteint entre la cinquième et laquinzième année, puis décroissait, à cause dela mortalité due à la concurrence inter et intra-spécifique.

La distribution des jeunes pins étaituniforme sur toutes les zones étudiées.

Ceci apparemment était dû à lasuperposition de pluies de graines provenantde sources variées.

Ce type de régénération et de dispersiondu pin a été confirmé en Provence (Abbas etal. 1984 ; Barbero et al. 1987) et en Catalogne(Papio 1987, 1994).

Le même modèle de reconstitutionfloristique et architecturale a été aussiconstaté aux Baléares (Morey & Trabaud1988).

Toujours pour des formations forestières,au nord-ouest de l’Espagne (Tarrega et al.1987), la diversité floristique du sous-bois deQuercus pyrenaica augmente au cours de lapremière année après le feu dû à unaccroissement de la richesse floristique.

Tous les sites étudiés conservèrent leurspropres caractéristiques, conduisant, par unprocessus de recolonisation, à un étatsemblable à celui existant avant l’incendie.



Figure 1Exemple de l’évolution de la richesse floristique des taillis de Quercus ilex après incendie :

a) taillis denses (couvert forestier >50%) ; b) taillis clair (couvert forestier <50%)



Figure 2Evolution au cours du temps du phytovolume selonles strates de communautés incendiées dans le

sud de la France



5.1.3 Cas des pinèdes de pin d’Alep

Du fait de la fréquence élevée desincendies dans les pinèdes de pin d’Alep,cette espèce a été l’objet de nombreusesétudes.

Le pin d’Alep est une essence qui ne peutse reproduire après incendie que par voiesexuée (semences, c’est un semencierobligatoire). Il faut donc considérer la densitédes jeunes plantules, la structure de leur âge,leur distribution spatiale.

Toutes les études concordent pourmontrer que le nombre de plantules estrelativement faible les premières annéesaprès un incendie, puis augmente pouratteindre un maximum, puis décroître au fur età mesure que la pinède approche de samaturité.

Ainsi, Trabaud et al. (1985 b) constatentune densité de 2 000 plantules par ha pour lescinq premières années.

Ensuite, selon que la pinède avait un sous-bois de Quercus coccifera, le maximum étaitatteint vers 8 à 9 ans avec 13 000 plantules àl’hectare (Fig. 3), tandis que lorsque le sous-bois était dominé par Rosmarinus officinalis,ce maximum apparaissait vers 14 à 15 ansavec 10 000 plantules par hectare.

Abbas et al. (1985) constatent unetendance comparable.

Ce type d’évolution de la densité seretrouve aussi en Algérie (Moravec 1990), enCatalogne, Espagne (Papio 1987, 1994), etdans le Golfe de Tarente, Italie (Saracino &Leone 1993 a, 1994), voir le Tableau 1.

Martinez-Sanchez et al. (1996) dans laManche (SE de l’Espagne) observent lemême type d’évolution de la densité.

Toutefois, dans leur étude et celle deFerran et al. (1991), qui ne suit pas l’évolutionau cours des ans, le nombre de plantulesvarie selon l’exposition, les plantules étantplus nombreuses sur les expositions sud.

Trabaud et al. (1985 b) ainsi que Papio(1987, 1994) trouvent que plus le nombre depins adultes avant l’incendie était élevé, plusles plantules de pin sont denses.

Tableau 1. Evolution des densités desplantules de pin au cours des ans aprèsincendie dans trois pays du Bassinméditerranéen.

Ans ∗ Algérie Espagne Italie

2 2 000 1 600 - 2 300

3 4 400

4 35 800

5 35 800

8 10 040

14 6 900

20 22 500

26 4 720

57 2 100

D’après Hett & Loucks (1976), deuxmodèles peuvent être appliqués pourexpliquer la structure d’âge des populations.

Le premier est représenté par une fonctionexponentielle décroissante, il convient bienpour décrire la survie des espèces ayant unedurée de vie courte ou pour de jeunesplantules sur une courte période de temps.

Le second modèle est représenté par unefonction puissance décroissante, appropriépour décrire la structure d’âge des populationsayant des durées de vie longues.

Dans leur travail considérant une périodede 30 ans, Trabaud et al. (1985 b) trouventque le premier modèle est celui quis’appliquerait le mieux à leurs résultats.

Ainsi, au cours des 10 premières années,le taux de mortalité serait constant quel quesoit l’âge des individus, puis la populationvieillissant, la mortalité affecterait plusparticulièrement les jeunes plantules.

Lors d’études sur de courtes périodes (5ans environ), en ne considérant que lesplantules de ces périodes, Trabaud (1988)trouve une mortalité moyenne de 20%, tandisque Herranz et al. (1997) constatent desmortalités de 50 à 80%.



Figure 3Evolution au cours du temps de la densité des tiges de pin d’Alep dans le sud de la France

(∆) sous bois de Quercus coccifera (•) sous-bois de Rosmarinus officinalis

Cette mortalité dépend de la vigueur desplantules et de la période de sécheresse del’été la première ou la deuxième année aprèsl’incendie (Trabaud 1988 ; Papio 1994), maisaussi de la densité de la végétation serégénérant (Loisel 1966 ; Trabaud et al.1985b ; Papio 1987 ; Martinez-Sanchez et al.1996) ; les espèces réoccupant l’espaceaprès l’incendie entrent en compétition pourles nutriments et la lumière.

En ce qui concerne la distribution spatiale,Trabaud et al. (1985b) observent unedistribution répartie sur l’ensemble dupeuplement (ceci dû aux sources d’oùproviennent les semences : dans le sol avantle feu, tombée des cônes après le passage dufeu, ou des arbres non brûlés).

Par contre Papio (1987) trouve unedistribution plus classique de 25 à 30 mètresautour des arbres, diminuant en fonction de ladistance aux semenciers.

Saracino & Leone (1993a) constatèrentune dispersion liée à la position topo-graphique sur les dunes où croissaient lespinèdes, et une tendance en agrégats.

Généralement, la croissance moyenneannuelle des plantules de pin d’Alep pendantles 10-15 premières années suivant unincendie, est de 10 cm par an (Trabaud 1983,1988 ; Trabaud et al. 1985b ; Morey &Trabaud 1988 ; Ferran 1991).

Dès que les pins ont dépassé la taille dusous-bois, leur accroissement devient plusrapide, atteignant 10 m en 30 ans.

Dans des conditions peu favorables,certains auteurs observèrent une croissancetrès voisine de 10 cm par an (Moravec 1990 ;Papio 1994) au cours des premières années,mais avec une croissance plus faible par lasuite, seulement 2 m en 20 ans et 7 m à 50ans.



5.1.4 Formations buissonnantes

Dans le sud-ouest de l’Espagne(Andalousie), Garcia-Novo (1977) avait décrit5 stades de succession après incendie d’untype de matorral.

Au cours du premier stade (0-30 mois) iln’y a aucune germination, aucune annuelle,seules quelques espèces repoussent, enparticulier celles qui possèdent une fortecapacité à rejeter de souche.

Deuxième stade (1 an), des germinationsabondantes apparaissent ; d’autres espècesont donné des rejets ; de nombreusesannuelles sont présentes.

Troisième stade (deuxième année), lesgraminées atteignent leur développementmaximal.

Quatrième stade (troisième et quatrièmeannées), le nouveau matorral évolue vers uneforme comparable au matorral mûr ;l’importance de la strate herbacée diminue.

Cinquième stade (à partir de la cinquièmeannée), le matorral incendié retrouve sacomposition floristique et sa structure initiales.

Au sud-est, dans la région d’Alicante-Valencia, un matorral de Rosmarinusofficinalis et Ulex parviflorus, dominé parPinus halepensis, est reconstitué au bout de10 ans (Mansanet 1987) ; seules les plantulesde Pinus halepensis, présentes dans tous lessites étudiés, n’avaient pas encore atteint leurtaille adulte.

Sur un type de communauté comparable,Sanroque et al. (1985) arrivent aux mêmesconclusions et constatent que les espècesprésentes avant le feu se réinstallent après.

Dans les maquis à Erica arborea etCalicotome spinosa croissant sur les terressiliceuses du Cap de Creus (N Catalogne), larapide recolonisation des zones incendiéesprovient essentiellement des rejets produitsen grande quantité par les espècespréexistantes (Franquesa 1987), entraînantune rapide stabilisation de la végétation : il n’ya pas vraiment de phénomène de succession.

Dans les maquis plus montagnards de lamême région, mais floristiquement voisins, lemême type de processus de recolonisation àpartir d’espèces préexistantes a étéégalement observé (Perrinet 1987).

Parmi les écosystèmes buissonnantsétudiés, la garrigue de Quercus coccifera(chêne kermès) présente une granderésilience, car malgré des mises à feufréquentes, sa composition floristique resteinchangée (Trabaud 1984 ; Trabaud & Lepart1981), et sa capacité de reconstitution estimportante (Malanson & Trabaud 1988).

La reconstitution de la phytomasse estrapide (Trabaud & Papio 1987) : environ1 t ha-1 an-1.

L’architecture (structure horizontale etverticale, densité et distribution des tiges) decette garrigue est rapidement reconstituée(Sala et al. 1987).

La cicatrisation des landes et matorrals àLégumineuses dominantes suit un mêmemodèle. En Galice (NW Espagne), les landesdominées par Ulex europaeus sontrapidement recolonisées par les espècespréexistantes au feu, rejetant de souche(Casal 1985, 1987 ; Puentes et al. 1985 ;Casal et al. 1986, 1990).

Quelques rares espèces prennent del’importance grâce à leurs systèmes végétatifsde régénération, tandis que les espèces quine se reproduisent que par semences (parexemple Cistus spp.) deviennent moinsabondantes après l’incendie.

Il en est de même pour les espècesherbacées.

La structure horizontale et verticale changefortement : la hauteur des buissons, leurphytomasse et leur recouvrement changentavec le temps.

Les herbacées annuelles disparaissentrapidement au profit des pérennes.

Un processus identique a été décrit dansles garrigues de Genista scorpius et leslandes de Cytisus scoparius (Debussche et al.1980).

Dans la région du centre sud de l’Italie, lesrecherches ont porté sur la « macchia »dominée par Pistacia lentiscus, Myrtuscommunis et Ampelodesmos mauritanicus(De Lillis & Testi 1990 ; Mazzzoleni &Pizzolongo 1990).

Les changements observés montrèrent queles espèces pérennes de la communautéoriginelle prenaient le dessus des espèces« étrangères » envahissantes.

La diversité fut maximale pendant ladeuxième année après le feu, correspondantau maximum de la richesse floristique.



Malgré ce retour vers des communautésidentiques à celles qui préexistaient, lesconditions environnementales qui suivirent lesincendies amenèrent quelques modificationsentre l'abondance et la dominance relativeparmi les espèces.

En Grèce, la régénération après incendie aété étudiée plus particulièrement dans lesphryganes (formations buissonnantesbasses).

Comme dans les autres communautésincendiées, la recolonisation est assez rapide(Papanastasis 1977 a et b ; Arianoutsou &Margaris 1981 ; Arianoutsou 1984).

Les plantes se réinstallent soit par rejets àpartir des organes souterrains, soit pargerminations à partir des semences.

La cicatrisation prend environ 7 ans, lesespèces annuelles étant prédominantessurtout pendant la première année.

Ici aussi, les espèces qui reconstituent lesphryganes incendiées sont celles quipréexistaient au feu.

Il faut constater la grande importance etdominance des légumineuses au cours despremières années après incendie dans lesphryganes (Papanastasis 1977 b ;Papavassiliou & Arianoutsou 1993).

Sans donner de détails sur la compositionfloristique, ni la structure, ni le développementdes communautés, Naveh (1974, 1975) enIsraël, déclare que se sont les espèces quipréexistaient qui se réinstallent dans leszones incendiées.

Bien que constituant des communautésimportantes et caractéristiques du paysageméditerranéen, les cistaies n’ont pas étéparticulièrement étudiées en ce qui concerneleur dynamique.

Les recherches ont principalement portésur l’influence des températures déterminantla germination des semences de différentesespèces de Cistus et leurs modalités derégénération (Troumbis & Trabaud 1986,1987 ; Trabaud & Oustric 1989).

Pour chaque espèce étudiée, il existe unseuil variable de température qui permet ledéclenchement d’un maximum degerminations (généralement aux alentours de100°C).

Toutefois, plus que des « pyrophytes », lescistes se comportent en espèces« opportunistes » occupant les espaceslaissés libres après une perturbation et enabsence de compétiteurs agressifs.

En fait, la plupart des auteurs cités arriventaux mêmes conclusions.

Ce sont les espèces qui existaient avantl’incendie qui se réinstallent et reconstituentles communautés.

Elles apparaissent très tôt, pratiquement aucours des premières années qui suivent lefeu. Il n’y a pas renouvellement (succession)de communautés, dans le sens d’unecommunauté remplaçant (succédant à) uneautre, mais tout simplement« autosuccession » au sens de Hanes(1971) ; c’est-à-dire que les communautésincendiées se rétablissent identiques à elles-mêmes.

5.1.5 Conclusions

A la vue des résultats des recherchesréalisées ces dernières années, larégénération des systèmes écologiques aprèsle feu, dans la région méditerranéenne,montre qu’il n’y a aucune profondemodification des communautés actuellementen place : celles-ci, après le passage desincendies tendent vers une structure et unecomposition spécifique identiques à cellesd’origine.

La majorité des végétaux apparaissantaprès le feu proviennent d’organes de survie(rhizomes, souches, bulbes, graines, etc.)déjà présents dans le sol avant le passage dela flamme, ou apportés (semences)immédiatement après le feu par les plantes enplace ou situées à proximité.

Il n’y a pas d’éléments étrangers auxpeuplements initiaux qui soient capablesd’envahir en masse et de persister dans leszones incendiées.

Tous les végétaux qui se régénèrent parvoie végétative donnent des repousses aucours des premiers mois qui suivent le feuquelle que soit la saison.

Les communautés végétales faisant partiedes paysages du Bassin méditerranéenprésentent une grande tolérance au feu.

Faut-il appeler cette tolérance : résilience,stabilité, persistance, élasticité, inertie ?



Ces nombreux termes caractérisent bienla possibilité de récupération des organismeset des populations.

Le feu répété au cours des millénaires adétruit ou éliminé les individus les moinsrésistants, réduisant ainsi la compétitionpotentielle ; seules n’ont persisté que lesespèces et leurs populations adaptées aupassage répété des perturbations, le feu étantune d’entre elles.

La stabilité des systèmes écologiques duBassin méditerranéen serait caractérisé parune très grande élasticité associée à une forteinertie et une remarquable persistance.

Ce sont des systèmes « dynamiquementrobustes ».

Les usages anciens de défrichement, miseen culture, jachère et pâturage, ont fortementmodifié les paysages originels.

Il y a eu généralement abattage desarbres, puis incinération et arrachage dessouches et des racines, pour établir descultures ; ensuite abandon cultural, suivi ounon de pâturage ; les feux pastoraux venantse superposer aux feux culturaux ou post-culturaux (écobuages) ; les terres ont étésuccessivement abandonnées puis défrichéesà nouveau plusieurs fois au rythme desnécessités socio-économiques.

Ces usages ont entraîné une multiplicité decommunautés végétales aptes à survivre àces bouleversements, et ont façonné lespaysages actuels, leur donnant leurphysionomie en mosaïque.

Des cycles de feux répétés maintiennentles communautés à des niveaux relativementbas dans les séquences de végétation vers unclimax climatique.

En absence de feu, il peut y avoir retourvers des formations proches du climax.

En fait, le passage du feu maintient lescommunautés héritées du passé à un niveaumétastable en équilibre entre leur dynamiqueet la fréquence des incendies.

La fréquence du passage du feu estextrêmement importante pour comprendrecette relative stabilité des phytocénoses.

En effet, lorsque les incendies surviennenttrop fréquemment, des changements notablespeuvent advenir dans les populationsvégétales, certaines espèces peuvent mêmedisparaître.

L’évolution après le feu des communautésest caractérisée par une relative stabilité ainsiqu’une adaptation des espèces à supporterdes perturbations.

La longueur des intervalles entre des feuxsuccessifs détermine la permanence desespèces et des communautés.

En fait, les systèmes écologiques actuelsde la région méditerranéenne sont le résultatd’une action ancienne au cours de laquelle lesespèces ont acquis des mécanismes poursurmonter l’effet du feu, mais aussi pourrésister à d’autres contraintes del’environnement telles que les mauvaisespériodes climatiques (sécheresse et froid).

A la fois, le feu et les actions humaines,ainsi que le climat, ont favorisé unedifférenciation écologique et génétique qui aabouti à la constitution de la flore et de lavégétation actuelles.

Du fait des vicissitudes passées,actuellement un incendie occasionnel n’estpas réellement un facteur de changementdans les systèmes écologiques du Bassinméditerranéen.

Chaque espèce a développé descaractères de survie différents, apparemmentles mieux adaptés pour ses besoins qui luipermettent, à la fois, de survivre auxperturbations, de se perpétuer ainsi que demaintenir les communautés auxquelles elleparticipe.

5.2 LES NUTRIMENTS ET LE SOL

En brûlant la végétation et la litière quirecouvre le sol, le feu provoque des pertes ennutriments dans l’atmosphère et apporte ausol des cendres riches en élémentsminéralisés.

Il agit également directement sur le sol enl’échauffant.

Par suite des modifications induites sur lescaractéristiques du sol et de sonenvironnement, les répercussions du feu surle fonctionnement du sol durent bien au delàdu passage du feu.

L’amplitude de ces impacts dépend dumilieu et des caractéristiques du feu, cesdernières variant selon la quantité et lescaractéristiques du combustible, et selon lesconditions météorologiques ettopographiques.



L’impact du feu est essentiellementhétérogène, non seulement entre feuxagissant sur des écosystèmes différents, maiségalement dans l’espace et dans le temps aucours d’un même feu.

C’est une des raisons pour lesquelles ontrouve des résultats différents, voirecontradictoires, dans l’abondante littératureconcernant l’impact du feu sur les sols et leurfertilité.

5.2.1 Effets immédiats des feux

5.2.1.1 Pertes en nutriments au cours desfeux

La combustion de la végétation entraînedirectement une perte de nutriments dansl’atmosphère, par volatilisation sous formegazeuse ou par convection de fines particulesdans la fumée.

Les seules données connues surl’amplitude de ces pertes pour l’écosystèmeconcernent des feux contrôlés.

Par exemple, d’après les estimationspubliées, les pertes en azote au cours debrûlages dirigés en forêt s’échelonnent entre12 à 119 kg ha-1, ce qui représente entre 33 et70% de l’azote qui était contenu dans lavégétation du sous-bois et la litière (Gillon1990).

Les processus provoquant ces pertes sontmaintenant bien connus depuis les travaux deRaison et al. (1985 a et b).

On sait que la presque totalité de l’azotecontenu dans la matière organique qui brûlese volatilise.

Cette relation est précieuse car elle peutpermettre l’estimation des pertes en azote aucours d’un feu si on connaît la quantité decombustible brûlé et sa teneur initiale enazote.

A l’exception du soufre aussi volatil quel’azote, les pertes des autres nutriments sonttoujours plus faibles que celles d’azote; engénéral, exprimées en pourcentage desquantités initiales, les pertes en nutrimentsmajeurs sont dans l’ordre :

∗ N > K > P > Ca,∗ car les pertes en azote sont dues à la seule

volatilisation, celles de calcium uniquementau transport de particules et les pertes enK et P résultent des deux mécanismes à lafois.

Si on peut reconstituer le pourcentage depertes en calcium, on peut ainsi estimer letaux de pertes par convection de particulesdans les fumées.

Connaissant les taux de perte d’azote et decalcium, on a ainsi une bonne estimation del’ampleur des deux grands mécanismesresponsables des pertes immédiates denutriments au cours d’un feu.

Les nutriments perdus au cours desincendies de forêt peuvent en partie êtrerestitués; ainsi, la pluie et les apportsatmosphériques secs, collectés pendant lessept premiers jours après un incendie de forêtaux USA, avaient des teneurs en ions deuxfois plus élevées que ceux récoltés auxmêmes dates dans une région voisine (Lewis1974).

Cependant, les analyses des fuméesproduites au cours de la combustion dedifférents combustibles forestiers ont montréque la volatilisation de l’azote se faisaitessentiellement sous forme d’azote gazeux(N2), qui ne sera donc pas restitué à la forêtvia les précipitations, et très peu sous formenitrique ou ammoniacale (DeBell et Ralston1970) ; par contre le phosphore peut êtreredistribué localement avec les retombées decendres (Hingston et Galbraith 1989).

5.2.2 Apport de cendres au sol

S’il y a globalement des pertes ennutriments pour l’écosystème forestier, il y asimultanément enrichissement du sol avecl’apport de cendres provenant de lacombustion de la végétation et de la litière.

Ces cendres sont souvent encore riches enmatière organique; les cendres noires encontiennent plus de 90% et les cendres grisesencore 12 à 55% (Raison et al. 1985 a).

Elles concentrent jusqu’à 30 fois plus quela litière les nutriments peu volatils, comme lecalcium, le phosphore et le potassium, sousforme minérale ou facilement minéralisablepar les micro-organismes.



L’azote total est en général moinsabondant à la surface du sol après unincendie, mais un grand nombre d’études,comme celles de Carballas et al. (1993) ou deHernandez et al. (1997) en forêtsméditerranéennes espagnoles, montrent unnet accroissement d’azote minéral dans le solaprès le passage des feux, sous formeammoniacale essentiellement, dû à lapyrolyse des protéines (Raison 1979).

L’apport de cendres entraîne une élévationdu pH du sol et Raison et McGarity (1980) ontmontré que l’élévation du pH de 1 unitéprovoquait une augmentation de la solubilitédes composés organiques carbonés présentsdans le sol qui deviennent ainsi mobilisablespar les micro-organismes.

Les nutriments contenus dans les cendresdéposées sur le sol sont très vulnérables auxpertes par érosion (vent ou ruissellement) etpar drainage dans les couches profondes, audelà des systèmes racinaires.

Ces pertes seront minimisées si lavégétation repart rapidement après les feux etpeut ainsi protéger le sol et immobiliser cetafflux de nutriments.

C’est le rôle des espèces qui rejettent ougerment rapidement après les incendies.

5.2.3 Echauffement du sol au passage dufeu

L’échauffement du sol dépend d’abord dela quantité de chaleur reçue, qui varie avecl’intensité du feu et son temps de résidence.

Un feu lent, “ à la recule ” ou descendantpar exemple, provoque un échauffement dusol plus important qu’un feu rapide (DeBanoet al. 1979).

La chaleur transmise au sol est presqueentièrement due à la radiation et nereprésente qu’environ 5% de l’énergie totalelibérée par le feu (Raison et al. 1986 a).

Comme le sol est un très mauvaisconducteur, la température décroît rapidementen fonction de la profondeur, selon unecourbe exponentielle dont les paramètresvarient en fonction de la nature du sol et de sateneur en eau (Valette et al. 1994).

Selon Frandsen et Ryan (1986), un sol plushumide, bien que meilleur conducteur,s’échauffe moins qu’un sol sec en raison del’énergie consommée par la vaporisation del’eau.

On a quelques données concernant lestempératures atteintes dans le sol au coursd’un incendie dans le chaparral californien,une formation proche de nos maquisméditerranéens.

DeBano et al. (1979) ont mesuré destempératures maximales de 716°C en surfacedu sol, et les températures atteintes dans lesol ont essentiellement dépendu de la duréede l’échauffement du sol en surface.

Au cours du même incendie, l’élévationmaximale a été de 174°C à 2,5 cm deprofondeur, et de 66°C à 5 cm de profondeur.

Cependant, les températures n’étaient paspartout aussi élevées et une températuremaximale de 166°C a également été mesuréeen surface du sol dans un autre site au coursdu même incendie et des températuresbeaucoup plus faibles en profondeur, nedépassant pas 50°C.

A notre connaissance, aucune donnéen’existe sur les températures atteintes dans lesol au cours d’incendies en milieu forestier.

Les températures mesurées parthermocouples au cours de brûlages dirigésen forêt de pin d’Alep en Provence varientcouramment entre 400 et 600°C à la surfacedu sol, mais à 5 cm de profondeur, l’élévationde température est généralement à peineperceptible (Valette, communicationpersonnelle).

Cependant, au cours d’un brûlageparticulièrement intense, réalisé en ouverturedans un milieu très embroussaillé dans uneforêt de Pinus pinaster de l’Esterel, lestempératures mesurées ont atteint 900°C à lasurface du sol, et 100°C à 5 cm deprofondeur.

Des températures de plus de 800°C ont étéenregistrées sous des feux de piles de bois et,après plusieurs jours, le sol était stériliséjusqu’à une profondeur de 40 cm (Walker etal. 1983).

Des mesures effectuées au cours debrûlages dont l’intensité approchait cellesd’incendies sévères ont permis de mesurerdes températures de 220°C à 7 cm deprofondeur (Beadle 1940).

Les conséquences d’un incendie sur le solvont évidemment dépendre des températuresatteintes aux différentes profondeurs et de ladurée de l’échauffement.



D’un point de vue biologique, on sait quel’essentiel des modifications ont lieu jusqu’à125°C environ.

On admet qu’il y a stimulation maximumdes micro-organismes vers 37°C, début destérilisation vers 50°C liée aux pertes en eau,qu’à partir de 60°C les protéines commencentà se dégrader et qu’à 125°C (ou 70°Cpendant 10 minutes) il y a stérilisation du sol.

Quel que soit le feu, ce sont les couchessuperficielles du sol, les plus riches enmatière organique et en nutriments et les plusactives biologiquement, qui sont les plusexposées.

5.2.4 Modifications de la structure du sol

Sauf en cas de feux sévères, il n’y a pasd’altération immédiate des propriétésphysiques du sol.

Différentes expérimentations en laboratoireconsistant à échauffer des sols à différentestempératures montrent que, jusqu’à 170°C ou220°C selon les auteurs, les effets sontfaibles, mais qu’à partir de ces seuils lamatière organique du sol commence àdiminuer par distillation, et qu’à partir de300°C les composés carbonés commencent àbrûler (DeBano et al. 1979).

Or la matière organique conditionnel’agrégation et la structure du sol en liant entreelles les particules minérales et en créant despores qui permettent la pénétration de l’eau etde l’air.

L’étude de Imeson et al. (1992) réalisée enCatalogne montre très clairement, à partir decoupes de sol, le rôle joué par la matièreorganique dans la pénétration de l’eau dans lesol et l’effet d’un incendie sur la répartition dela matière organique et les processusd’infiltration.

Quand la matière organique est détruite, laplasticité du sol décroît, la fraction sableuseaugmente et la stabilité des agrégats estmodifiée; cette stabilité augmente jusqu’à uncertain seuil de température, puis diminue audelà de ce seuil qui dépend du type de sol(Giovannini et al. 1988, Soto et al. 1991).

Il a également été décrit une augmentationdu caractère hydrophobe de certains solsaprès incendie (DeBano et Rice 1973), due àdes modifications de la structure dessubstances humiques (Almendros et al. 1990,1992).

De nombreux auteurs ont en effet montréqu’au cours de la vaporisation de la matièreorganique des couches superficielles du sol, ily avait migration dans les couches sous-jacentes de substances hydrophobes, ce quidiminuerait le pouvoir d’infiltration du sol,faciliterait le ruissellement et donc lesprocessus d’érosion des couchessuperficielles (DeBano et al. 1970).

Cependant, les effets de l’incendie sur lecaractère hydrophobe des sols et la stabilitédes agrégats sont controversés car lesprocessus semblent dépendre de la nature etde la teneur en eau des sols, de la durée etde l’élévation de température auxquelles lessols ont été soumis au cours de l’incendie(DeBano et al. 1976, DeBano et al. 1979,Giovannini et Lucchesi 1983, Imeson et al.1992).

5.3 REPERCUSSIONS DES FEUX SURLES SOLS

5.3.1 Erosion

De nombreux auteurs ont observé etmesuré des augmentations des taux d’érosiondes sols après des incendies de forêt (Brown1972).

En effet, la réduction des différentes stratesvégétales qui ralentissent l’arrivée d’eau ausol et le protègent de l’impact direct desgouttes de pluie, et la modification descaractéristiques physico-chimiques des sols,entraînent une diminution des propriétésd’infiltration du sol.

Ceci favorise le ruissellement qui entraîneles débris incomplètement brûlés et lescendres laissées par le feu et même, dans lescas les plus sévères, les couchessuperficielles du sol (DeBano et al. 1979).

Soler et al. (1994) ont ainsi mesurépendant l’année après un incendie en forêt deQuercus ilex en Catalogne l’exportation de 15fois plus d’eau de surface, de 16 fois plus desédiments et de 12 fois plus de substancesdissoutes que dans la forêt témoin.

L’érosion est d’autant plus forte que lesfeux sont sévères et que les sols sont denature fragile, mais elle dépend également denombreux facteurs locaux comme la pente oula végétation.



Ainsi DeBano et al. (1979) ont mesuré,après un feu dans le chaparral californien, unruissellement ½ fois plus important et uneexportation de sédiments 3 fois plusimportante sur des pentes fortes que sur despentes faibles ; les nutriments exportés sousforme solide ou en solution dans les eaux deruissellement ont été ainsi 2 à 4 fois plusabondants sur les pentes fortes que sur lespentes faibles.

Autre exemple, Marqués et Mora (1992)ont mesuré des pertes par érosion de 2,2 kgm-2 au cours des 6 mois qui ont suivi un feusur une pente exposée au sud dans le nord-est de l’Espagne contre seulement 0,4 kg m-2

sur une pente de même amplitude exposéeau nord.

Ils ont attribué ces différences à lavégétation d’origine, beaucoup plusimportante sur le versant nord que sur leversant sud ; les restes de végétation plusabondants laissés par les feux et la repousseplus rapide sur le versant nord que sur leversant sud ont donc protégé de façonsignificative les sols de l’érosion.

Il y a quelques données disponibles sur lateneur en nutriments des sédiments exportésaprès les incendies grâce au suivi de lacomposition chimique des eaux de bassinsversants parcourus par un incendie.

Ainsi, Lavabre et al. (1991) ont mesuré uneaugmentation de 25% des quantités d’eauannuelles exportées d’un bassin versant dansle massif des Maures (Rimbaud) après unincendie sévère d’été.

Martin et Chevalier (1991) ont mesuré dansles eaux s’écoulant de ce bassin versant desaugmentations importantes sous formeminérale de Ca et K (x10), Mg et N (x4),S (x3), et P (x20) à la suite des premièresgrandes pluies d’automne.

Dans une étude similaire australienne,Mackay et Robinson (1987) ont montré queles concentrations en minéraux dans les eauxs’écoulant du bassin versant n’étaient pasmodifiées après l’incendie et quel’augmentation des exportations de nutrimentsétait principalement due à l’augmentation duruissellement.

Différentes études en régionméditerranéenne française ont montré quel’érosion avait surtout lieu au cours desgrandes pluies d’automne après un incendied’été, et qu’elle n’était plus perceptible ensuiteau cours des pluies du printemps suivant(Ballais 1993, Martin et Chevalier 1991).

De même, selon Diaz-Fierros et al. (1987)qui ont suivi l’érosion sur 29 sites incendiés enEspagne, 80% de l’érosion totale de l’année aeu lieu pendant les 6 premiers mois après lesincendies.

Enfin, d’après Giovannini et al. (1987), lescaractéristiques des sols sont entièrementrestaurées au bout de trois ans.

Cependant, après une étude de grandeenvergure dans des forêts de pinus pinasteret d’Eucalyptus globulus parcourues par desincendies au centre du Portugal, Shakesby etal. (1993) ont mesuré des pertes moyennesde 4 mm de sol au cours des deux premièressemaines après les incendies et, deux ansaprès, les pertes étaient encore 2 fois plusimportantes que dans les forêts matures nonbrûlées.

Les aménagements forestiers réalisésaprès un incendie ne sont pas sans incidencesur l’érosion. Shakesby et al. (1989), aprèsavoir mesuré l’érosion dans des zonessoumises à différents types d’aménagementaprès des incendies dans le centre duPortugal, donnent quelques conseils simplespour diminuer l’érosion, comme :∗ attendre, avant d’abattre les arbres

endommagés par le feu, que toutes lesfeuilles ou aiguilles roussies soienttombées au sol

∗ et étaler sur le sol les branches des arbrescoupés pour le protéger de l’érosionpendant la période sensible des premièressemaines après les incendies.Ils ont également montré que l’abattage

des arbres, suivi du travail du sol et del’installation de plants d’Eucalyptus, multipliaitgravement les taux d’érosion et que ceux-ciétaient beaucoup plus faibles lorsqu’onlaissait la végétation se réinstallerspontanément, même si on abat les arbresendommagés.



5.3.2 Microclimat

Les températures du sol mesurées en étéaprès un feu sont généralement plus élevéeset son humidité en surface plus faible enraison de la réduction de la canopée, lasuppression des couches protectrices quereprésentent la litière et la végétation du sous-bois et le noircissement du sol.

Raison et al. (1986 a) ont mesuré aprèsdes feux contrôlés en forêt d’eucalyptus uneélévation moyenne des températuresmaximales pendant l’été de 5 à 10°C à lasurface du sol, de 4 à 8°C à 2 et 5 cm deprofondeur et de 3 à 4°C à 10 cm.

Autre exemple, un an après un incendied’été dans une forêt mixte de chênes verts etde chênes blancs en Provence, Gillon et al.(1987) ont mesuré, à l’ombre de la végétation,une température maximale supérieure à cellemesurée dans le témoin non brûlé de 7°C à 2cm de profondeur, de 6°C à 5 cm deprofondeur et de 4°C à 10 cm de profondeur.

De plus dans la même forêt à la mêmedate, la teneur en eau du sol était de 4% ensurface de la zone incendiée contre 28% dansla zone témoin, et de 8% à 10 cm deprofondeur contre 12% dans le sol témoin.

Le sol brûlé montrait un gradient d’humiditécroissant avec la profondeur à l’inverse decelui observé dans la forêt témoin.

Cette inversion dans la zone incendiéeétait probablement due à une faibletranspiration de la canopée, réduite parl’incendie, et donc à un faible prélèvementd’eau dans le sol au niveau des racines.

Ceci a également été observé par d’autresauteurs (Rego et Botelho 1993).

5.3.3 Activité biologique

Les animaux du sol et la microflore sont lesmoteurs du fonctionnement du sol.

Ils sont obligatoirement touchés par lepassage d’un incendie, au moins ceux descouches superficielles du sol.

Ainsi, par exemple, immédiatement aprèsun incendie en forêt de Pinus pinaster enGalice, les micro-organismes avaient presquecomplètement disparu des couchessuperficielles du sol et étaient en nombresréduits dans les couches inférieures,probablement par l’effet direct de la chaleur(Prieto-Fernandez et al. 1998).

Au contraire, les quantités de carbone etd’azote extractables avaient augmenté dansles couches superficielles, en raisonprobablement de la lyse des microorganismeset de l’altération des composés organiques dusol causée par la chaleur.

Au cours des années suivantes, labiomasse microbienne du sol avaitrégulièrement augmenté, et avait retrouvé aubout de 4 ans les valeurs qu’elle avait avantl’incendie.

Dans le même temps, les quantités decarbone et d’azote extractables diminuaienten raison probablement de l’assimilationrapide ou la minéralisation par lesmicroorganismes alors en pleine phase decroissance et de recolonisation.

Des résultats analogues ont été trouvés àla suite d’incendies dans des forêts de pinméditerranéennes italiennes et espagnoles(Dumontet et al. 1996, Hernandez et al.1997).

En règle générale, il est admis que l’activitédes microorganismes est stimulée après lesfeux, en raison de l’augmentation du pH dusol dû à l’incorporation des cendres, àl’enrichissement du sol en matièresorganiques facilement minéralisables et auxmodifications des conditions microclimatiques.

Cette stimulation de l’activité des micro-organismes, qui immobilisent les élémentsminéraux libérés par le feu, est avec la reprisede la végétation un des mécanismes majeursde conservation des nutriments après les feux(Woodmansee et Wallach 1981).

Ainsi Schoch et Binkley (1986) ont observéune libération importante de nutriments dansles sols, d’azote minéral en particulier,pendant plusieurs mois après des feux enforêt de pin et l’ont attribué à une activitémicrobienne accrue.

Une expérience intéressante deChristensen (1987) a montré, par incubationde carottes de sol témoin et de sol brûlé dansdes sites témoin et brûlés, que les taux deminéralisation d’azote étaient en fait plusimportants dans les carottes de sol témoinque dans celles de sol brûlé lorsqu’ellesétaient incubées dans une même zone, doncsoumises aux mêmes conditions, mais queces taux étaient plus élevés dans les sitesbrûlés que dans les sites témoin en raison deconditions microclimatiques plus favorablesaux microorganismes.



La litière laissée sur le sol incomplètementbrûlée est généralement décomposéerapidement probablement en raison de ladiminution d’inhibiteurs comme les tannins oules polyphénols (Covington et Sackett 1984)et en raison de leur composition chimique plusfacilement biodégradable.

Ce sont en effet principalement lescouches superficielles de litière qui brûlent,laissant éventuellement les couchesinférieures plus riches en azote.

Certaines études, cependant, comme cellede White (1986), ont montré que les resteslaissés par les feux étaient plus résistants à ladécomposition, mais il s’agissaitgénéralement de restes ligneux.

Par ailleurs, certains auteurs ont mesuréun ralentissement de la décomposition desnouvelles litières qui se déposent pendant lesannées après les feux (O’Connel 1987,Raison et al. 1986 b), d’autant plus importantque l’incendie était plus récent (Weber 1987).

Cette altération après les incendies desprocessus de décomposition des litières,probablement due aux conditions climatiquesà la surface du sol plus arides qu’avant lesfeux, va se traduire par une rétention et uneimmobilisation de leurs nutriments et unralentissement de leur recyclage dansl’écosystème.

En revanche elle va favoriser lareconstitution de la couche protectrice du solque représente la litière.

5.4 CICATRISATION ETRECONSTITUTION DU SOL ET DESES NUTRIMENTS

Les pertes en éléments minéraux au coursd’un feu sont généralement faibles si on lescompare aux quantités stockées dans le sol etdans la biomasse aérienne qui ne brûle pas,mais tous ces éléments ne sont paségalement mobilisables.

Or les feux affectent plus spécialement lepool des éléments les plus mobiles del’écosystème forestier, ceux qui sont recyclésdans la litière pour être remis à la dispositionde la végétation. Les études des effets à longterme d’un incendie sur le capital d’élémentsminéraux du sol montrent que lesconséquences sont plus de caractèrefonctionnel que quantitatif.

Ainsi Wells (1971), après un bilan del’azote total contenu dans la litière et le sold’une forêt soumise depuis 20 ans à desrégimes de feux différents, ne constate pasd’appauvrissement par rapport à la forêttémoin, mais une répartition différente de cetazote entre le sol (0-10 cm) et la litière, enfaveur du sol dans les zones brûlées.

Vance et Henderson (1984), après 30 ansde brûlages périodiques sous chêne, ou Bellet Binkley (1989), après 25 ans de traitementssimilaires sous pin, ne constatent pas nonplus de diminution de l’azote total du sol, maisune réduction de son taux de minéralisationqu’ils attribuent à l’altération des qualités dusubstrat.

La reprise de la végétation après unincendie, issue principalement d’organessouterrains ou de graines enfouies dans lesol, est généralement rapide, favorisée par lalumière, des nutriments parfois en plus grandedisponibilité et une compétition plus faible.

Elle immobilise les nutriments remis encirculation par le feu et les restitue sous formede litière ; le cycle des nutriments est ainsipeu à peu remis en activité.

Cette couche de litière peu à peu protègele sol de l’impact des pluies et de l’érosion.

D’après plusieurs études réalisées aprèsdes incendies de forêt, les caractéristiquesdes sols et leur teneur en matière organiqueet en azote étaient reconstituées au bout de 2ans (Carballas et al. 1993).

Cependant, d’autres études montrent aucontraire que les effets d’un incendie sur labiomasse microbienne et la matière organiqued’un sol d’une forêt de pin d’Alep sontmesurables pendant plus de 10 ans(Dumontet et al. 1996).

A long terme, les pertes dues aux feuxpeuvent être compensées par de nombreuxmécanismes: apports atmosphériques,minéralisation et mobilisation des réservesorganiques résistantes du sol et, pour l’azote,fixation symbiotique et non symbiotique.

Ainsi par exemple, Jorgensen et Wells(1971) ont mesuré, dans les sols brûlés d’uneforêt de pin, des taux de fixation nonsymbiotique de l’azote atmosphériquesupérieurs à ceux d’une zone témoin nonbrûlée.




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