Influence de la structure du peuplement forestier sur la distribution de l'éclairement sous couvert. Cas d'une forêt hétérogène feuillue sur plateau calcaire

Diplôme : Dr. Ing.

English. Light models simulate the distribution of understory lighting by explicitly taking the interception of incident radiation by the forest stand into account. In particular, they make it possible to analyse the influence of stand structure on the dynamics of forest regeneration. Unfortunately, a detailed characterisation of the trees and of their crown geometry is necessary to model heterogeneous stands, it is necessary to have. Our goal is to make these models more accessible by proposing to reduce the quantity of data required. In order to do so, we chose a heterogeneous broadleaved stand and measured the data set necessary to run a light model (tRAYci). An in-depth analysis of the crown geometry allowed us to establish relationships between the variables characteristic of the crown and the diameter of the trees at 1.30 m for each species encountered. It also revealed a high degree of plasticity of crown lateral extension. On this basis, we were able to develop an algorithm that allowed us to take competition between crowns for space occupation into account. It consists of reconstructing each crown by adapting its lateral extension to neighbour crowns, given only the species of the tree, its diameter at a height of 1.30 m and its position. We compared this reconstruction method (anisotropic) to a simpler method (isotropic), in relation to the simulation quality of the distribution of relative light intensity obtained with the reconstructed crowns. Only the anisotropic approach allowed us to obtain an unbiased simulation of lighting distribution at the level of the plot. We tested to see if it was possible to totally eliminate crown geometry data by proposing field measurement indices based on the spatial distribution of the stand basal area (the area of the horizontal section of the trunk at a height of 1.30 m). However, these indices proved incapable of predicting the light distribution in an unbiased way as a result of the structural heterogeneity of the stand. The establishment of relationships between crown characteristics and diameter at 1.30 m seems inevitable, but the anisotropic reconstruction method proposed makes it possible to limit crown characterisation to a maximum and to thus very significantly reduce the number of measurements necessary to run these light models. In the future, it would be interesting to combine this method with trunk spatial distribution modelling in order to arrive at an even more succinct characterisation of the stands, as well as to be able to model realistic heterogeneous stands.

French. Les modèles de lumière simulent la distribution de l’éclairement sous couvert, en prenant en compte explicitement l’interception du rayonnement incident par le peuplement forestier. En particulier, ils permettent l’analyse de l’influence de la structure du peuplement sur la dynamique de régénération forestière. Malheureusement, la modélisation de peuplements hétérogènes nécessite une caractérisation détaillée des arbres et de la géométrie de leur houppier. Notre but est de rendre ces modèles plus accessibles en proposant une réduction du jeu de données nécessaire. Pour cela nous avons choisi un peuplement feuillu hétérogène et mesuré l’ensemble les données nécessaires à l’alimentation d’un modèle de lumière (tRAYci). Une analyse approfondie de la géométrie des houppiers nous a permis d’établir des relations entre les variables caractéristiques du houppier et le diamètre à 1,30 m des arbres pour chaque essence rencontrée. Elle a également montré une forte plasticité de l’extension latérale des houppiers. Sur cette base, nous avons élaboré un algorithme permettant de prendre en compte la compétition entre houppiers pour l’occupation de l’espace. Cet algorithme consiste à reconstruire chaque houppier en adaptant son extension latérale aux houppiers voisins, en ne connaissant pour chaque arbre que son essence, son diamètre à 1,30 m et sa position. Nous avons comparé cette méthode de reconstruction (anisotrope) à une méthode plus simple (isotrope), en ce qui concerne la qualité de simulation de la distribution de l’éclairement relatif obtenue avec les houppiers reconstruits. Seule l’approche anisotrope a permis d’obtenir une simulation non biaisée de la distribution de l’éclairement à l’échelle de la parcelle. Nous avons testé s’il était possible de se passer complètement des données sur la géométrie des houppiers, en proposant des indices dendrométriques basés sur la distribution spatiale de la surface terrière (aire de la section horizontale du tronc à 1,30 m). Cependant ces indices se sont montrés incapables de prédire la distribution de l’éclairement de façon non biaisée, du fait de l’hétérogénéité structurelle du peuplement. L’établissement de relations entre caractéristiques du houppier et diamètre à 1,30 m semble inévitable, mais la méthode de reconstruction anisotrope proposée permet de limiter au maximum la caractérisation des houppiers et de réduire ainsi de façon très significative les mesures nécessaires à l’alimentation des modèles de lumière. Une perspective de ce travail consisterait à coupler cette méthode avec la modélisation de la distribution spatiale des troncs, pour envisager une caractérisation encore plus sommaire des peuplements, ainsi que la modélisation de peuplements hétérogènes réalistes.