Position de doctorat : QUEL RÔLE LE MICROCLIMAT JOUE-T-IL SUR LA SENSIBILITÉ DE LA PHÉNOLOGIE DES FEUILLES AU RÉCHAUFFEMENT ET LES CONSÉQUENCES SUR LA RÉSILIENCE DES FORÊTS ?

Vous serez accueilli dans l’unité Interactions Sol Plante ATmosphère (UMR 1391 ISPA, Bordeaux, France) pour un doctorat de 3 ans dans le cadre du projet ERC LEAFPACE : La phénologie des feuilles suivra-t-elle le réchauffement climatique ?

Description du projet:

La phénologie des feuilles, étude des moteurs et de la dynamique du débourrement, du déploiement, de la maturation et de la sénescence des feuilles, contrôle les échanges de carbone, d’eau et d’énergie entre les forêts et l’atmosphère. Les approches actuelles établissent un lien empirique entre la phénologie des feuilles et la température de l’air standardisée (le macroclimat), et ne parviennent pas à capturer les conditions réelles perçues par les arbres (le microclimat). Cela aboutit à une interprétation biaisée du rôle d’autres facteurs, comme la lumière, ainsi que de la réponse des arbres au réchauffement climatique, et conduit à des incertitudes majeures dans les projections de la dynamique et de la résilience des forêts.

L’objectif de ce projet de thèse est de combler cette lacune en quantifiant le rôle du microclimat sur la phénologie des feuilles. En combinant observations in situ, expériences contrôlées et modélisation, ce projet permettra 1) de quantifier le contrôle microclimatique de la phénologie foliaire et de démêler clairement les facteurs qui la régissent, 2) de développer de nouveaux modèles phénologiques basés sur la température des bourgeons et des feuilles et 3) de réévaluer la sensibilité. de la phénologie au climat passé et futur à toutes les échelles.

Contexte:

La phénologie des feuilles, c’est-à-dire leur développement, leur croissance et leur sénescence, a une influence directe sur la productivité et la biomasse forestière. Il influence également les conditions météorologiques locales et le climat à long terme à travers la transpiration, l’albédo et le stockage du carbone (Peñuelas et al. 2009). La rapidité du changement climatique actuel entraîne des perturbations majeures des cycles phénologiques à l’échelle mondiale, augmentant les risques (par exemple de gel ou de sécheresse printanière) auxquels sont confrontés les arbres adaptés aux conditions environnementales passées (Peaucelle et al. 2019). Malgré des siècles de recherche et d’observations, une compréhension fondamentale approfondie des facteurs environnementaux régissant la phénologie des feuilles fait encore défaut. La faible représentation de la phénologie dans les modèles de la biosphère terrestre est considérée comme l’une des principales incertitudes dans les estimations du cycle du carbone et les prévisions climatiques futures.

La température est reconnue comme le principal facteur déterminant de la phénologie des feuilles dans les écosystèmes extratropicaux. Pour cette raison, les modèles phénologiques s’appuient généralement sur des mesures basées sur la température de l’air précédant les événements phénologiques, souvent sous la forme d’une somme de degrés-jours. De nombreuses variantes de modèles phénologiques ont été proposées pour décrire le débourrement, la croissance et la sénescence des feuilles, y compris la durée d’ensoleillement ou la photopériode comme autre variable climatique, mais avec un succès souvent limité par rapport à un modèle basé uniquement sur les degrés-jours de croissance. L’une des raisons de ces limites est que le climat actuel évolue trop rapidement, de sorte que les modèles basés sur des conditions climatiques passées et relativement « stables » ne sont pas très efficaces pour prédire la phénologie de ces dernières années, qui ont connu un certain nombre de changements climatiques record. extrêmes. Une autre raison est que ces modèles s’appuient sur la température moyenne de l’air d’un lieu géographique, également appelée température « macro-climatique », ce qui ne permet pas de capter la variabilité spatio-temporelle du paysage des températures des organes (bourgeons, feuilles), et donc la phénologie.

Cette thèse vise à étudier plus en détail les processus biophysiques, et notamment les processus thermiques, qui contrôlent la phénologie des feuilles. Des études récentes ont mis en évidence le rôle clé du rayonnement solaire et des propriétés biophysiques telles que l’albédo des bourgeons et des feuilles dans la phénologie printanière (Vitasse et al., 2021 ; Peaucelle et al. 2022) ainsi que dans l’activité physiologique, cette dernière étant identifiée comme un potentiel facteur de sénescence des feuilles. Cela suggère que les conditions de température perçues par les bourgeons et les feuilles des arbres (c’est-à-dire le microclimat) sont d’une importance capitale pour comprendre et simuler avec précision la phénologie des feuilles et leur réponse aux conditions environnementales futures.

Objectifs:

L’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier le rôle du microclimat sur la phénologie foliaire des forêts. Plus spécifiquement, vous vous concentrerez sur les espèces de forêts de feuillus européennes pour lesquelles les processus microclimatiques dus à la fermeture saisonnière du couvert sont particulièrement prononcés (De Frenne et al. 2021), et vous chercherez à tester les deux hypothèses suivantes :

(H1) Le bilan énergétique des bourgeons ou des feuilles est essentiel pour démêler les effets de la température, du rayonnement et de la photopériode sur la phénologie des feuilles.

(H2) Les espèces à feuilles caduques sensibles à la photopériode perçoivent la lumière à travers les tissus photosynthétiques des bourgeons ou de l’écorce.

Méthode:

Pour atteindre ces objectifs, vous serez amené à développer une approche multidisciplinaire combinant expérimentations en conditions contrôlées, observations de terrain, analyse de données et modélisation de procédés à travers 3 tâches :

1) Analyser les relations entre la température des organes (bourgeons, feuilles), la phénologie et les conditions environnementales. Pour cette tâche, vous serez amené à réaliser plusieurs expériences contrôlées (ex. température, ensoleillement, irrigation, fertilisation) et à installer des capteurs (ex. caméras thermiques) et à prendre des mesures (ex. traits fonctionnels, photosynthèse) sur le terrain.

2) Développer et calibrer un modèle phénologique qui prend en compte la température des bourgeons et des feuilles ainsi que l’effet du microclimat. Cette tâche impliquera d’évaluer les modèles existants et de développer un nouveau modèle phénologique basé sur les résultats de la tâche 1.

3) Réévaluer la sensibilité de la phénologie des feuilles passées et futures aux conditions climatiques. Le but de cette tâche sera de réanalyser les données phénologiques passées et de faire des prédictions futures à plusieurs échelles spatiales et temporelles en utilisant le modèle phénologique développé dans la tâche 2. Ce nouveau modèle pourrait être couplé à d’autres processus afin de quantifier le rôle de la phénologie. sur les cycles biogéochimiques associés dans un contexte de changement global.

Les références:

De Frenne P, Lenoir J, Luoto M et al (2021) Microclimats forestiers et changement climatique : importance, facteurs déterminants et programme de recherche futur. Biologie du changement global 27 : 2279-2297. https://doi.org/10.1111/gcb.15569 .

Peaucelle M, Peñuelas J, Verbeeck H (2022) Des analyses phénologiques précises nécessitent des caractéristiques de bourgeons et des budgets énergétiques. Plantes naturelles 8 : 915-922. https://doi.org/10.1038/s41477-022-01209-8 .

Peaucelle M, Janssens IA, Stocker BD, Descals Ferrando A, Fu YH, Molowny-Horas R, Ciais P, Peñuelas J (2019) La variance spatiale de la phénologie printanière dans les forêts tempérées de feuillus est limitée par les conditions climatiques de fond. Communications naturelles, 10, 5388.

Peñuelas J, Rutishauser T, Filella I (2009) Écologie. Rétroactions de la phénologie sur le changement climatique. Science (New York, NY), 324, 887-888.

Vitasse Y, Baumgarten F, Zohner CM, et al (2021) Impact des conditions microclimatiques et de la disponibilité des ressources sur la phénologie printanière et automnale des semis d’arbres tempérés. Nouveau phytologue 232 : 537-550. https://doi.org/10.1111/nph.17606 .

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