Méthodes expérimentales
Mode opératoire - Pour déterminer, expérimentalement, l'intensité du rayonnement, ou de la seule lumière, qui règne aux différents étages d'une station forestière, il faut installer des appareils appropriés, depuis la surface supérieure du peuplement, jusqu'au voisinage du sol. On utilise dans ce but,
comme supports, des perches, des mats,
des tourelles, par exemple ; les installations, permanentes, ou semi-permanentes,
sont réservées, en général, aux Stations de
recherches forestières, ou écologiques un peu importantes.
Mais, très souvent, en sylviculture
ou en écologie pratique, on se contente de déterminer le rapport
qui règne entre l'intensité du rayonnement (ou de la lumière)
reçu, au niveau du sol, dans une station forestière quelconque,
et l'intensité du rayonnement (ou de la lumière) qui règne
dans une station largement dégagée. Les rapports obtenus expriment,
selon les cas, la valeur du rayonnement relatif (Rr), ou de l'éclairement
relatif (Er) de la station en cause. Cette notion est très largement
utilisée en photologie forestière. Elle est simple, commode,
et peut se relier, visuellement, à la densité apparente du
couvert.
Cependant, certaines précautions
sont à prendre, suivant le type d'appareil utilisé :
- si l'on emploie des appareils enregistreurs,
ou totalisateurs (pyranomètres, luxmètres), il faut, bien
entendu, que les observations soient effectuées en permanence pendant
une année complète (ou bien pendant des périodes plus
courtes échelonnées tout au long d'une année). En effet,
surtout sous les peuplements feuillus, le rythme annuel de la feuillaison
détermine la valeur du Rr, ou de l'Er, au niveau
du sol. Une première simplification consiste à ne considérer
que la période de végétation la plus active (d'avril
à septembre par exemple) et cette indication peut être très
utile dans la pratique photologique.
- si l'on utilise des appareils à
lecture instantanée (et ce sont souvent des photopiles), il faut
multiplier les mesures relatives, par divers types de temps, sous bois et
en plein découvert. Souvent, et cette méthode peut se révéler
assez satisfaisante, on peut même ne faire que quelques mesures de
rayonnement, ou d'éclairement relatif, en n'opérant que par
un type de temps couvert et bien égal, avec nuages élevés
de préférence, et peu mobiles.
On peut aussi, de la même façon,
opérer par temps serein ensoleillé, mais, dans ce cas, les
mesures effectuées doivent être réparties sur une petite
surface (un carré de quelques mètres de côté,
ou bien un cercle, par exemple) car il importe que les valeurs obtenues
représentent une moyenne, pondérée, entre les plages
ensoleillées et les plages d'ombre ; divers chercheurs ont travaillé
avec ces méthodes instantanées, et les résultats qu'ils
ont trouvés ne sont pas très différents de ceux qui
résultent de mesures de longue durée. Il est à noter,
cependant, que les valeurs obtenues par temps ensoleillé sont en
général plus faibles que celles enregistrées par temps
couvert bien égal, surtout le matin et le soir.
Données Chiffrées - a) Variation de l'intensité du rayonnement transmis au sol. Ainsi qu'on peut le penser, il convient de distinguer
d'abord le cas des arbres conservant leurs aiguilles, ou leurs feuilles, pendant toute l'année (la majorité des arbres résineux, sauf les mélèzes), et le cas des arbres perdant leurs feuilles ou leurs aiguilles à l'automne (la majorité des arbres feuillus de l'Europe septentrionale). Sous les premiers, la diminution du rayonnement (ou de la seule lumière) est assez constante pendant toute l'année ; sous les seconds, on enregistre des valeurs très différentes selon que l'on opère avant, ou après la feuillaison (Fig. 14).
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FIG. 14 - Courbes de fréquence des éclairements
relatifs transmis au
soi, sous des peuplements de nature différente, au moment du
départ
annuel de la végétation (NAEGELI - 1940).
CAS DES PEUPLEMENTS RÉSINEUX - Le principal élément qui intervient ici, pour une espèce donnée, est probablement la densité de l'implantation des tiges. Dans les forêts de sapins et d'épicéas du Jura, l'auteur a proposé (1946) une formule simple, reliant le rayonnement relatif reçu au sol (Rr) au nombre des tiges par hectare (N) et à un coefficient caractéristique de l'espèce (K) :
Pour les espèces indiquées ci-dessus, K a été trouvé égal à 20. Ainsi, dans un haut perchis dense, comptant 2000 tiges par hectare, le Rr est voisin de 1 %.
Quand ce perchis vieillit, et devient une futaie, à 400 tiges par hectare, par exemple, le Rr passe à 5 %. D'autres auteurs, MILLER (1958), résumant de multiples observations de chercheurs américains, et ALEXEYEV (1963) en U.R.S.S. ont établi des relations analogues (Fig. 15). Les courbes obtenues ont l'allure générale d'une branche d'hyperbole.
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FIG. 15 - Relations entre la densité de divers
types de peuplements résineux et le rayonnement relatif transmis
au sol.
(Epicéas et sapins = ROUSSEL - 1946 à 1955, pins américains
divers = MILLER - 1958, pins sylvestres = ALEXEYEV - 1963).
Ces relations ne sont valables que pour des peuplements
en état d'équilibre, quelques années après
une éclaircie, quand les cimes, un moment disjointes, se sont
lentement étalées.
Une opération culturale, caractérisée par l'enlèvement d'un certain nombre de tiges du peuplement, se traduit par une brusque remontée du Rr transmis au sol. Ainsi, des observations continues (ROUSSEL - 1952), ont montré, par exemple, que si dans une futaie de sapins pectinés du Jura, assez dense (487 m3 par hectare), et où règne un Rr de 4,25 %. en été, on pratique une coupe enlevant 23,5 % du matériel, le Rr au sol, immédiatement après l'opération, est plus que quadruplé (1 8 %). Très lentement le couvert se referme,
et, au bout de quelques années,
le Rr se stabilise autour de 8 à 10 %. L'auteur ne possède
pas de chiffres se rapportant aux peuplements de mélèzes
: ils doivent se rapprocher de ceux obtenus sous les peuplements feuillus.
CAS DES PEUPLEMENTS FEUILLUS - Des observations de longue durée (4 années, pendant des périodes variables) effectuées dans des taillis sous-futaie de la moyenne vallée de la Saône, et de la Champagne humide (type chênaie-hêtraie à charme) montrent comment varie l'intensité du Rr au sol, tout au long de l'année. La figure 16 se rapporte à des observations effectuées en 1962 et 1963, dans 6 stations (dont une était située en plein découvert) d'un tel taillis sous-futaie (ROUSSEL - 1965). On remarque que, dans les stations situées sous un taillis de charme âgé de 25 ans, surmonté de futaies de chênes, de hêtres et de quelques arbres d'essences diverses, le Rr au sol, en été, est voisin de 3 % (station 6). En hiver, il atteint 30 %. La valeur du Rr est donc multipliée par 10 environ. Même en tenant compte du fait qu'en plein découvert, la valeur absolue du rayonnement naturel est plus élevée pendant la belle saison, qu'en automne et en hiver (voir figure 8), on enregistre, dans cette station, un rayonnement absolu plus élevé vers la fin de l'hiver (29 à 30 cal/cm2 /jour) qu'en été (13 à 14 cal/cm2/jour). Le microclimat lumineux de ce type de station est donc caractérisé par des jours longs, et un faible éclairement énergétique, en été, et par des jours plus courts, et un éclairement énergétique plus élevé vers la fin de l'hiver, et surtout au premier printemps. C'est l'inverse de ce qui se produit en général pour une station de plein découvert. On examinera plus loin les conséquences de ce microclimat spécial.
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FIG. 16 - Variations, au cours d'une année complète,
du rayonnement relatif
transmis au sol, dans une chênaie-hêtraie à charme
(type taillis sous futaie), dans
5 stations différentes (ROUSSEL 1965).
Par ailleurs, en admettant que les
troncs et que les branches, absolument opaques aux radiations, retiennent
la même proportion de rayonnement en été et en hiver
(et en supposant l'albédo peu modifié, ce qui est approximatif),
on peut déduire, de la figure 16, la proportion de rayonnement
absorbée par les feuillages d'un taillis sous-futaie, de mai
à septembre par exemple. Dès octobre, les feuilles jaunissent
et leur chlorophylle perd énormément de son activité.
Dans la station 6, la proportion de rayonnement absorbé par les
feuillages est de 30 % - 3 % = 27 % de ce qui est reçu en plein
découvert. Soit, approximativement, de 100 à 110 cal/cm2/jour.
Il est à noter que dans un travail
très documenté, établi au moyen des installations
écologiques perfectionnées de la chênaie-hêtraie
à charme de Virelles-Blaimont, en Belgique, A. GALOUX (1968)
avance un chiffre très voisin, soit 30 %, de mai à
septembre, pour le rayonnement absorbé par les feuillages.
La station 5 (figure 16) était
établie dans le même taillis sous-futaie que la station
6, mais le taillis avait été légèrement
éclairci (enlèvement de 10 %, des brins environ).
Le Rr, en été, était voisin de 4 %
- en hiver, il s'élevait à 33 % environ. La station 4
était du type défini en sylviculture comme une "
coupe d'abri ", laissant de 4 à 500 brins de taillis par
hectare, et toutes les futaies. Le Rr, en été,
atteignait 16 % environ, alors qu'en hiver il était à
peu près quadruplé. Les stations 3 et 2 correspondaient
à des trouées, sans aucun couvert supérieur, et
la réduction du Rr, en été, était uniquement
le fait des arbres voisins. En hiver, on constatait que le Rr était
peu majoré.
Dans les taillis sous-futaie classiques,
exploités normalement (coupe à peu près complète
des taillis et réserve approximative de 50% des grands arbres
de futaie), le Rr au sol atteint souvent, aussitôt après
les exploitations, des valeurs élevées (de 60 à
80% environ en été). Mais, au bout de quelques années,
4 ou 5 par exemple, on revient à 10 % environ, en été,
et au bout de 8 à 10 ans, on n'est pas très loin de l'état
initial. Cette évolution rapide est due, surtout, au développement
des rejets de souche, caractéristiques de ce mode de traitement
des forêts.
Les forêts composées d'arbres
qui conservent leurs feuillages en hiver (les taillis de chêne
vert du Midi de la France, par exemple) se comportent un peu comme celles
constituées de résineux à aiguilles persistantes.
b) Variation de la qualité
du rayonnement transmis au sol
CAS DES PEUPLEMENTS RÉSINEUX - Les aiguilles des résineux agissent comme des grilles qui modifient très peu la qualité du rayonnement reçu au sol. En Suisse, KNUCHEL (1914) l'avait signalé depuis longtemps, en ce qui
concerne la composition de la lumière verticale. En U.R.S.S., ALEXEYEV (1963) relève une légère différence : majoration de la proportion de rayons de grande longueur d'onde transmis, par temps ensoleillé, sous des peuplements de pin sylvestre. Au Canada, VEZINA & BOULTER (1966) trouvent aussi une petite modification dans la qualité de la lumière transmise sous des peuplements de pin rouge (Fig. 17 et 18).
L. ROUSSEL (1953), avec une cellule photoélectrique
munie de filtre gris neutre, puis de filtre K.W. n° 34 (Fig.
5), n'a trouvé, en été, mais par temps couvert, aucune
différence décelable entre la proportion de lumière "
visuelle" et celle de lumière " photosynthétique ",
transmise par les cimes des sapins et des épicéas.
D'une façon générale, on peut admettre que les changements de composition du rayonnement observés sous les peuplements résineux, en tenant compte de tous les types de temps, sont en réalité de peu d'importance.
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FIG. 17 - Modifications de la qualité de la lumière verticale, observée par temps serein, sous des peuplements de nature différente. Pour le repérage exact des couleurs (R = rouge, J = jaune, etc...) voir le texte ci-dessus = Les appareils. (d'après KNUCHEL 1914)
CAS DES PEUPLEMENTS FEUILLUS -Les feuilles agissent, partiellement, comme des filtres, et modifient un peu, surtout quand elles ne sont pas superposées, la qualité du rayonnement transmis au sol. KNUCHEL (1914) (Fig. 17) a observé des changements de notable importance dans la proportion des rayons verts, jaunes et rouges, transmis verticalement par les couverts forestiers. ALEXEYEV (Fig. 18), en 1963, a relevé que, par temps couvert, la modification du rayonnement transmis était peu importante, ceci pour sa composition. Par contre, par temps ensoleillé, il a observé de façon constante une légère majoration de la lumière verte, et une très forte majoration des infrarouges proches (à partir de 0,72 à 0,74µ).
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VEZINA & BOULTER (1966) ont également noté cette forte majoration du rayonnement infrarouge proche, par temps ensoleillé, sous des peuplements d'érable à sucre. Il est à noter que, si l'on considère la lumière venant de toutes les directions, non seulement transmise verticalement, mais aussi réfléchie sur les branches et sur les troncs, ROUSSEL (1953) n'a pas observé de grande modification par temps couvert. Mais, par temps ensoleillé, il a noté, surtout chez les peuplements jeunes au printemps, une réduction assez sensible de la lumière " photosynthétique " (diminution des rayons bleus et rouges absorbés en partie par les feuillages).
