Soutenance mémoire
Le changement climatique aux latitudes arctiques et subarctiques
D’après le dernier rapport du GIEC (WG1, 2014) « chacune des trois dernières décades aura été successivement plus chaude à la surface du globe que toutes les décades depuis 1850 ». Les régions arctiques et subarctiques sont les plus concernées par les effets locaux du réchauffement global des températures (Bokhorst et al., 2012). Il est connu que le réchauffement global actuel est plus prononcé pour les climats polaires, en particulier dans l’hémisphère nord et les régions arctiques et subarctiques (ACIA, 2004, Maynard et al. in Gutman & Reissel, 2011, IPCC, WG1, 2013). Pour la période 1901-2012, au-delà du cercle polaire en Scandinavie, le réchauffement observé des températures annuelles est supérieur à 1.25°C comparé aux normales (IPCC, WG1, 2013). Les moyennes annuelles de températures sont actuellement en augmentation, mensuellement dues des températures plus douces en hiver, et des températures maximales plus chaudes en été (AICA, 2004). Les températures supérieures à 0°C deviennent ainsi plus fréquentes, faisant diminuer les volumes glaciaires et la couverture neigeuse, donnant l’avantage à la couverture végétale (Fraser, Olthof et al., 2011). Les auteurs citent en particulier l’approfondissement de la couche active du pergélisol et les changements induits dans l’étendue et la magnitude de la fonte (Wrona, Johanson et al. 2016). Dans le nord de la Norvège et de la Suède, l’augmentation des précipitations au cours de la période 1951-2010 est comprise entre 5 et 50 mm par décade selon la région considérée (IPCC, 2013). On observe conjointement une transformation de leur nature, les cumuls de neige devenant de plus en plus des cumuls de précipitations. Le changement climatique actuel a des effets incontestables sur le système climatique global, et en particulier dans le nord de l’Europe (IPCC, 2013). Parmi les composantes du système climatique, les centres d’action atmosphériques et leurs modes de circulations sont ceux qui façonnent le plus le climat régional et local. Ces centres d’action et leur variabilité temporelle et géographique sont notamment observés à travers le concept de téléconnexion, qui indique le niveau de corrélation statistique entre les caractères climatiques donnés pour deux points du globe (Hurell, 1995). Parmi les téléconnexions rendant le mieux compte de la variabilité climatique européenne, on trouve l’oscillation nord-atlantique, l’oscillation estatlantique et l’oscillation scandinave. L’oscillation nord-atlantique (NAO), et sa variabilité dans l’espace et dans le temps se réfèrent à l’intensification des centres de pression atmosphérique entre les latitudes subtropicales et les latitudes polaires européennes (Scaife, Knight et al., 2005 ; Lu & Greatbatch, 2002). On calcule l’indice d’oscillation nord-atlantique (NAO) traditionnellement en prenant la différence normalisée des pressions de surface à Sktykkisholmur (Islande) et Lisbonne (Portugal), du fait de leur proximité aux centres d’action atmosphériques (dépressionnaire en Islande ; anticyclonique au Portugal, en particulier aux Açores).
Ecotone froid en Scandinavie: gradient de latitude et d’altitude
Le changement global touche particulièrement les écotones froids subarctiques, qui trouvent leur définition dans la transition biogéographique circumpolaire entre le biome de taïga et le biome de toundra. Un écotone est “une zone géographique [plus ou moins] étroite qui se caractérise par un mélange de caractéristiques floristiques et faunistiques entre deux communautés écologiques relativement homogènes, et différentes. Les écotones se manifestent souvent par des gradients entre deux physionomies de formations végétales” (traduit de l’anglais, Van der Maarel, 1990). De nombreuses expressions des biomes sont décrites dans la littérature, et en montrent la diversité selon l’échelle géographique et écosystémique considérée (Ozenda, 1964, Birot 1965, Elhaï, 1968, Le Cœur, Amat et al. 2008, Alexandre et Génin, 2012). Aux latitudes arctiques et subarctiques, ceux-ci se caractérisent par des contraintes bioclimatiques marquées (le froid), imputable à leur situation zonale à l’échelle de l’hémisphère nord (Wielgolaski, 1997, Andersson 2005). Cette forte relation entre la végétation (en termes de biomasse, de diversité, de thermophilie) et le climat est également utilisée pour améliorer les cartes du climat par grille de points (Nielsen et al. 2013 a et b, Joly et al. 2016). Ces gradients sont aussi observés en altitude. Les systèmes montagnards subarctiques fennoscandiens (Dahl in Sonesson, Wielgolaski et al., 1975) peuvent être divisés en quatre étages bioclimatiques, le long du gradient d’altitude, au sein de laquelle les formations végétales se succèdent. Un étage subalpin allant jusqu’à 1050 m, où les forêts de conifères, puis plus tard les forêts de bouleaux pubescents sont limitées par la contrainte thermique plus en altitude. Cet étage est borné par la limite de croissance des arbres (Pinus, Betula). Un étage bas alpin, dominé par landes à Betula nana, Juniperus communis, et Ericacées (Vaccinium myrtillus, Vaccinium vitis-idae) dont la physionomie générale se caractérise par leur faible hauteur, même si les pentes ensoleillées ou les versants bien irrigués peuvent être tachetés de fourrés de saules (Salix sp.). Selon l’altitude et la microtopographie, qui dépend de l’intensité de la cryoclastie et de la solifluxion induite par les eaux de fonte, on trouve également des graminées xérophiles, particulièrement appréciées par les rennes, ainsi que des dépressions tourbeuses. La limite de croissance de Vaccinium myrtillus délimite l’entrée dans l’étage moyen alpin, approximativement entre 1200 et 1400 mètres d’altitude (Dahl in Sonesson, Wilgolaski et al., 1975). Ces seuils d’altitude dépendent bien entendu de la latitude à laquelle sont réalisées les observations. Sur les sols stables, et plus en altitude, les prairies alpinesdeviennent plus fréquentes, représentées par la forte présence des poacées, des joncacées et des cypéracées (Juncus trifidus, Carex bigelowii, Festuca ovina). Sur les sommets, la végétation reste clairsemée, et dominée par les communautés de bryophytes (Dicranaceae, Hypnaceae, Polytrichaceae etc), et de lichens foliacées et terricoles (Cladonia, Peltigera, Stereocaulon sp.).
Effets du changement climatique sur les écosystèmes
A travers l’étude des concepts de boréalisation, de verdissement et de shrubification des paysages, le changement climatique anthropogénique actuel semblent ainsi profondément transformer la structure et les fonctions des écosystèmes arctiques et subarctiques, en particulier les forêts boréales et la toundra arbustive en Fennoscandie. Les effets qu’ont la variabilité atmosphérique et climatique dans le nord de l’Europe sur le fonctionnement des écosystèmes terrestres arctiques et subarctiques sont comparables à ceux étudiés dans le cas des écosystèmes pacifiques et l’Oscillation sud-Pacifique El Nino (ENSO ; Allan et al., 1996 in Ottersen, Planque et al., 2001). Le desserrement de la contrainte thermique dans les régions arctiques et subarctiques a également des conséquences sur les biotopes (la sphère pédologique (Grau, Ninot et al. 2012)), mais aussi les communautés animales des biocénoses : « Les changements dans l’écotone subarctique ne pouvaient simplement être prédits en ne prenant en compte que le changement des régimes de températures […] Ces interactions complexes avaient besoin d’être plus amplement examinées, pas uniquement du point de vue des strates arborées et arbustives, mais en considérant aussi les herbivores, ainsi que les interactions entre réchauffement et disponibilité pédologique en nutriments » (Grau, Ninot, 2012). La réponse biologique des composantes animales des écosystèmes du nord de l’Europe aux hausses des températures hivernales documenté dans la littérature concerne en particulier les stocks de plancton marin, de poissons, les populations d’amphibiens et d’oiseaux. Les auteurs dénotent en particulier de la précocité des périodes de ponte ou de reproduction fonction de la douceur de l’hiver et/ou du printemps (Myeni et al. 1997 ; Menzel et Fabian, 1999 ; Forchammer et al. 1988 ; in Ottersen, Planque et al., 2001). Les grands herbivores, et les effets du pâturage sur la biomasse de la végétation broutée sont également une des causes évoquées par Frazer, Olthof et al. (2011) pour expliquer l’augmentation du NDVI dans des parcs canadiens, associée au recrutement écologique des arbrisseaux. Dans leur étude, un déclin des hordes de caribous (Rangifer tarandus), passant de 800 000 animaux en 1993 à 75 000 en 2010 du Parc National de George-River pourrait être un facteur expliquant la régénération détectée en arbrisseaux, notamment les bouleaux (Betula) et les saules (Salix). Ceci souligne les fortes interactions existant entre la réponse de la biomasse végétale détectée et l’herbivorie dans le contexte du changement climatique. Kaarlejärvi et al. (2017) ont également montré, par des études expérimentales, l’atténuation des pertes de diversité végétale, associées au changement climatique, par l’action des herbivores. D’autres travaux suggèrent également que l’élevage extensif des rennes pourrait contribuer à modérer le changement climatique et ses conséquences (Väisänen, Ylänne et al, 2014, Post et Pedersen, 2008). Legagneux et al. (2014) dans leur étude comparative de sept cas de chaîne trophique montrent les effets du climat sur la production primaire de la toundra, les chaînes trophiques et l’intensité des interactions biotiques, en fonction de la taille des herbivores.
Les effets directs du changement climatique sur la démographie du renne
Ces différents constats concernant la sphère climatique peuvent être mis au regard de la migration saisonnière de Rangifer tarandus L. et de ses conséquences sur l’organisation du système pastoral saami. La forte variabilité interannuelle des températures et des précipitations de la saison hivernale, met en péril les cheptels de rennes : la qualité et la quantité de la couche neigeuse constitue un facteur de vulnérabilité prépondérant pour l’accessibilité des rennes aux lichens terricoles, ressource pastorale essentielle pour la survie des troupeaux (Roturier, Roué, 2009). Les processus de fonte-regel et de pluies verglaçantes, provoqués par un radoucissement brutal des températures hivernales, sont en effet souvent invoqués par les éleveurs de rennes comme étant délétères aux cheptels : la neige superficielle fond et se durcit, empêchant les rennes d’accéder aux lichens sous-jacents (notamment Cladonia rangiferina L.), le retard de croissance n’étant pas rattrapé en été. Une corrélation positive entre l’Oscillation Nord-Atlantique (NAO) de l’hiver précédant la naissance, et le poids des faons à l’automne, suggère au contraire un effet positif de ces conditions climatiques douces et humides sur les femelles gestantes (Coutirer, Côté, et al., 2009). En été, fuyant la chaleur et les moustiques, les rennes montent en altitude. Avec le réchauffement, cette montée pourrait être plus précoce, en décalage avec la phénologie de l’ongulé, le choix des espèces floristiques broutées, et par conséquent avec les calendriers pastoraux et la gestion du système pastoral. Plus généralement, les impacts directs du climat sur la biologie de Rangifer tarandus L. sont nombreux. Il est admis que des températures estivales anormalement chaudes fragilisent les faons nouvellement nés et augmentent les taux de mortalité l’hiver suivant (notamment dû aux températures estivales anormalement chaudes qui favorisent les moustiques, et la dispersion du cheptel et fatigue les jeunes et les biches allaitantes; Weladji & Holand, 2006), avec pour conséquence un rétrécissement de la pyramide des âges. Inversement, des mois printaniers et estivaux anormalement froids et pluvieux ralentissent la montée en alpage, modifient la sélection des habitats écologiques au cours de la migration et ainsi le stockage calorique des rennes (Tunon & Sjaggo, 2012). Toutefois, comme c’est le cas pour différents niveaux de la chaine trophique tel qu’exposé en première partie, les séries temporelles de climatologie locale expliquent mal les dynamiques de population des rennes, que ceux-ci soient sauvages ou semi-domestiques (Weladji, Klein et al., 2002; Aanes, Sæther et al., 2002). Du fait de l’imbrication des échelles d’espace et de temps dans les processus évolutifs des composants des (socio) écosystèmes, il n’y a pas de lien direct entre variabilité climatique locale et dynamique des populations d’une seule composante de cet écosystème, en l’occurrence le renne semi domestiqué. Il paraît donc plus efficace de modéliser et donc de prédire l’évolution d’une population de Rangifer tarandus L. par les indices atmosphériques régionaux. Les effets de l’indice NAO, et intrinsèquement la sévérité de l’hiver sur les populations d’ongulés peuvent toutefois être discordants, tout comme l’attribution du lien direct entre oscillation nord-atlantique et réponse biologique animale. Les paramètres biologiques étudiés sont principalement représentés par des variables démographiques, et des caractères ayant trait aux dynamiques des populations : notamment les taux de survie, la fécondité ou encore le poids corporel des faons. L’indice de NAO positif reste un facteur explicatif positivement corrélé avec les taux de croissance et le poids des faons in utero de la population de rennes sauvages de Østre Namdal (centre de la Norvège). Ceci dit, les anomalies positives de NAO semblent être délétères au poids et à la croissance des faons (sans distinction de sexe, Weladji & Holland, 2003). A contrario, les taux de croissance des faons sont négativement corrélés avec les cumuls de précipitations hivernales (notamment neige).
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
I – ETAT DES CONNAISSANCES : LE RENNE, ESPECE-SENTINELLE DES EFFETS DU CHANGEMENT GLOBAL DANS LE NORD DE L’EUROPE
Introduction
Le changement climatique et ses conséquences sur les écosystèmes et leur organisation spatiale
Le renne, espèce-clé des écosystèmes arctiques et subarctiques
Le renne, marqueur paysager des paysages de l’élevage semi-nomade en Laponie scandinave
Conclusion : enjeux méthodologiques et pistes de travail
PREMIERE PARTIE : QUANTIFIER LES EFFETS REGIONAUX DU CHANGEMENT GLOBAL SUR LES PAYSAGES CULTURELS DE L’ELEVAGE DE RENNES EN SCANDINAVIE
II – LA FRAGMENTATION DES PAYSAGES DE L’ELEVAGE DE RENNES : UNE ETUDE DE CAS EN LAPONIE SUEDOISE
Introduction
Région d’étude, matériel et méthodes
Résultats
Interprétation et discussion
Conclusion et perspectives
TRANSITION ENTRE LE CHAPITRE II ET CHAPITRE III
III – CYCLES, TENDANCES ET VARIABILITES DES CLIMATS SUBARCTIQUES, ET LEURS LIENS AVEC LA DEMOGRAPHIE DES CHEPTELS DE RENNES
Introduction
Matériel et méthodes
Résultats
Discussion et perspectives
TRANSITION ENTRE LE CHAPITRE III ET LE CHAPITRE IV
IV – IMPACT DE LA VARIABILITE CLIMATIQUE SUR LA DEMOGRAPHIE DES RENNES SEMI-DOMESTIQUES DU COMTE DU NORDBOTNIE : L’INTERET DU CALENDRIER PASTORAL
Introduction
Traitements géomatiques et statistiques : agrégation des séries chronologiques
Une description plus précise des variables bioclimatiques découpées selon le calendrier pastoral
Discussion
Conclusions et perspectives
TRANSITION ENTRE LA PREMIERE PARTIE ET LA DEUXIEME PARTIE
DEUXIEME PARTIE : DYNAMIQUES SPATIO-TEMPORELLES DES PAYSAGES VEGETAUX DE L’ECOTONE TAÏGA – TOUNDRA, UNE APPROCHE PAR LA TELEDETECTION
V – SUIVI DE LA VARIABILITE INTERANNUELLE ET DECENNALE DES FORMATIONS VEGETALES DE LA COMMUNAUTE D’ELEVEURS GABNA PAR IMAGERIE MODIS 13Q1 ET MISE EN LIEN AVEC LES DYNAMIQUES CLIMATIQUES ET DEMOGRAPHIQUES DES RENNES
Introduction
Matériel
Méthodes
Résultats
Discussion, perspectives et conclusion
TRANSITION ENTRE LE CHAPITRE V ET LE CHAPITRE VI
VI – SUIVI DIACHRONIQUE DE L’EVOLUTION DES DATES DE DEMARRAGE PHENOLOGIQUE DES PATURAGES SAISONNIERS DE LA COMMUNAUTE D’ELEVEURS DE RENNES SEMI-DOMESTIQUES GABNA (COMTE DU NORRBOTTEN, SUEDE)
Introduction
Matériel et méthodes
Résultats
Conclusions, discussions et perspectives
TRANSITION ENTRE LE CHAPITRE VI ET LE CHAPITRE VII
VII – SUIVI DIACHRONIQUE DE L’EVOLUTION DE LA VEGETATION PAR SATELLITE DE MOYENNE RESOLUTION SPATIALE (CAPTEUR LANDSAT) DE LA COMMUNAUTE D’ELEVEURS DE RENNES GABNA (COMTE DU NORRBOTTEN, SUEDE)
Introduction
Matériel et méthodes
Résultats
Discussion, conclusions et perspectives
TRANSITION ENTRE LA DEUXIEME PARTIE ET LA TROISIEME PARTIE
TROISIEME PARTIE : QUANTIFIER ET QUALIFIER LES PAYSAGES VEGETAUX DE L’ELEVAGE DE RENNES DU NORD DE LA SCANDINAVIE : PRESENT ET FUTUR
VIII – LE TERRAIN EN LAPONIE SUEDOISE : APPROCHE GENERALE, PROTOCOLE DES RELEVES FLORISTIQUES ET MISE EN PLACE DES DISCUSSIONS AVEC LES PARTIES-PRENANTES RENCONTREES
Stratégie d’échantillonnage des relevés floristiques : suivi temporel par satellite, diversité paysagère et ressources pastorales
Les protocoles de relevés floristiques et physionomiques, édaphiques, et radiométriques
Travailler en biogéographie sur une problématique environnementale nordique : discussions avec les parties – prenantes
TRANSITION ENTRE LE CHAPITRE VIII ET LE CHAPITRE IX
IX – PHYSIONOMIE ET DIVERSITE DES FORMATIONS VEGETALES DE LA COMMUNAUTE GABNA D’ELEVEURS DE DE RENNES (NORRBOTTEN, SUEDE)
Introduction
Physionomie et diversité des relevés floristiques: traitement de données
Résultats : représentativité spatiale et physionomie des relevés de végétation
Conclusion et discussion
TRANSITION ENTRE LE CHAPITRE IX ET LE CHAPITRE X
X – VALEUR PASTORALE ACTUELLE DES PAYSAGES VEGETAUX DE LA COMMUNAUTE D’ELEVEURS DE RENNES GABNA ET ESTIMATIONS DES CHANGEMENTS POUR LE FUTUR
Introduction
Construction des tableaux de valeurs pastorales saisonnières à l’aide des inventaires floristiques
Les valeurs pastorales saisonnières de la communauté d’éleveurs Gabna
Les températures attendues à l’horizon 2050 dans l’aire de vêlage des troupeaux de la communauté Gabna : variabilité écologique et altitudinale
Conclusions et discussion
TRANSITION ENTRE LA TROISIEME ET LA QUATRIEME PARTIE
QUATRIEME PARTIE : ECOLOGIE SPATIALE DU RENNE (RANGIFER TARANDUS) : SUIVI DES MIGRATIONS DES TROUPEAUX ET VARIABILITES BIOCLIMATIQUES
XI – STRUCTURE DES MIGRATIONS HIVERNALES DES RENNES SAUVAGES DU PLATEAU D’HARDANGERVIDDA DANS LE CONTEXTE DU CHANGEMENT CLIMATIQUE ACTUEL
Introduction
Présentation de la zone d’étude, démarche générale, matériel et méthodes
Méthodes
Résultats
Discussion, conclusion et perspectives
TRANSITION ENTRE LE CHAPITRE XI ET LE CHAPITRE XII
XII – VARIABILITE BIOCLIMATIQUE RECENTE ET MIGRATION DES RENNES SAUVAGES DU PLATEAU D’HARDANGERVIDDA (NORVEGE)
Introduction
Matériel et méthodes
Résultats
Discussion et conclusion
CONCLUSIONS GENERALES
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