Un nouveau système de surveillance de l’état des forêts montre des changements dynamiques dans les forêts résultant d’événements extrêmes de changement climatique

Selon le ministère fédéral allemand de l’Alimentation et de l’Agriculture (BMEL), de vastes zones forestières allemandes ont subi des dégâts accrus en raison de la période de sécheresse extrême qui a sévi ces dernières années en Allemagne. Cependant, il n’existe pratiquement aucune donnée permettant de saisir les changements spatio-temporels dynamiques du paysage forestier à grande échelle.

Dans une étude publié dans Télédétection de l’environnementune équipe de recherche coordonnée par le Centre Helmholtz de recherche environnementale (UFZ) décrit comment les données satellitaires peuvent être utilisées pour déduire l’état des paysages forestiers en Allemagne.

Ces informations servent de base au nouveau système de surveillance de l’état des forêts de l’UFZ, qui fournit des informations détaillées sur les caractéristiques des forêts sur des cartes avec une résolution spatiale de 20 mètres. Celles-ci indiquent une augmentation significative des surfaces forestières endommagées au cours de la période 2016-2022, en particulier dans les régions du centre de l’Allemagne telles que le Harz, le Sauerland et la Suisse saxonne.

Près d’un tiers de la superficie de l’Allemagne, soit environ 11 millions d’hectares, est recouvert de forêts. La répartition de ces forêts et les espèces d’arbres dominantes sont largement connues.

« Ce qui nous manque cependant à ce jour, ce sont des informations spécifiques sur les conditions forestières à grande échelle et à l’échelle d’une zone, qui incluent encore des aspects régionaux et [their] « La dynamique du changement », explique le Dr Daniel Doktor, spécialiste en télédétection à l’UFZ.

Le dispositif de surveillance de l’état des forêts UFZ doit désormais combler cette lacune : « Nous avons développé un indice représentant l’évolution dynamique de l’état des forêts allemandes. Cet indice est affiché sous forme de cartes saisonnières et annuelles dans notre dispositif de surveillance », explique-t-il.

Contrairement au rapport sur l’état des forêts du ministère fédéral allemand de l’Alimentation et de l’Agriculture (BMEL), qui vise à échantillonner statistiquement l’état moyen des forêts en Allemagne, le moniteur fournit des informations avec une résolution spatiale et temporelle plus élevée. Bien que le rapport du BMEL soit basé sur des inventaires forestiers très précis, il n’est spécifié que pour environ 400 parcelles forestières avec une résolution de 16 kilomètres dans toute l’Allemagne.

Les chercheurs de l’UFZ ont déduit l’état de la forêt à l’aide des données Sentinel-2 de l’Agence spatiale européenne (ESA).

« La lumière du soleil est réfléchie différemment par chaque espèce d’arbre au cours de l’année. Les satellites peuvent très bien capter ces informations, qui sont stockées sous forme de valeurs numériques. Elles décrivent les caractéristiques de la végétation, par exemple la teneur en pigments et en eau ou la structure de la canopée », explique le Dr Maximillian Lange, premier auteur de l’étude. « Plus ces valeurs s’écartent de la réflectivité moyenne, plus il est probable que la végétation soit stressée ou détruite. »

Les chercheurs ont extrait des séries chronologiques de réflectance représentatives de populations saines des quatre espèces d’arbres dominantes : le chêne (chêne sessile et pédonculé), le hêtre européen, l’épicéa commun et le pin sylvestre, au cours des années 2016 à 2022. Ces données ont ensuite servi de référence pour détecter des anomalies dans les conditions forestières. Les chercheurs ont ainsi pu déterminer un indice d’anomalie de l’état forestier. Il quantifie dans quelle mesure les réflectances respectives s’écartent de la référence, c’est-à-dire dans quelle mesure l’état réel de la forêt diffère de l’état attendu.

Cet indice est disponible pour toutes les zones forestières d’Allemagne avec une résolution spatiale de 20 mètres. Cependant, l’équipe doit encore relever des défis pour calibrer l’indice d’anomalie de l’état des forêts, quantifier les incertitudes et les minimiser.

La version en ligne du moniteur d’état des forêts de l’UFZ montre non seulement l’état de la forêt, mais aussi la distribution spatiale des quatre espèces d’arbres dominantes et leur phénologie respective, comme le débourrement et la coloration des feuilles. Elle fournit également plusieurs cartes d’indices de végétation qui mettent en évidence des propriétés végétales spécifiques. En outre, des cartes de distribution d’espèces d’arbres modélisées font partie de la plateforme. Elles sont basées sur trois scénarios climatiques différents (RCP 2.6, RCP 4.5 et RCP 8.5) définis par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat.

Cependant, l’objectif principal du moniteur d’état des forêts de l’UFZ réside dans les cartes d’anomalies de l’état des forêts, quantifiées par des valeurs comprises entre -1 et 1. Par exemple, les valeurs supérieures à 0 (représentées dans la visionneuse de cartes par différentes nuances de vert) indiquent une augmentation de la teneur en chlorophylle et en eau ou une augmentation du feuillage. Elles représentent donc un état forestier amélioré. En revanche, les valeurs inférieures à 0 (couleurs allant du jaune au violet foncé) indiquent des perturbations ou des dommages. Les valeurs inférieures à -0,15 sont généralement liées à de graves dommages forestiers, causés par des effets de sécheresse extrême, des vents violents, des incendies et des infestations d’insectes.

Les cartes montrent une augmentation substantielle des surfaces forestières endommagées en Allemagne centrale, comme dans la région du Harz, la forêt de Thuringe, le Sauerland ou la Suisse saxonne, en particulier après 2018. Selon le moniteur de l’état des forêts de l’UFZ, 52 % de la forêt dans son ensemble, et en particulier 76 % des conifères de la région du Harz, ont été gravement endommagés en 2022. En revanche, en 2017, seuls 9 % de la forêt et 8 % des conifères présentaient de graves dommages.

« La chaleur, la sécheresse et les insectes ainsi que leur interaction ont un impact négatif sur la forêt et entraînent des dommages ultérieurs tels que des chablis et un risque accru d’incendie », explique Anne Reichmuth, chercheuse à l’UFZ, en décrivant les facteurs sous-jacents. Les forêts des hautes terres du centre de l’Allemagne, où des épicéas ont été plantés après 1945, ont été particulièrement touchées.

Les pins, les hêtres et les chênes subissent également des pertes régionales importantes. La multiplication croissante d’insectes nuisibles est un facteur important de la mauvaise santé des conifères. Les feuillus sont particulièrement touchés par des maladies dites complexes qui affaiblissent le système immunitaire des arbres et donc leur capacité de défense.

L’observatoire de l’état des forêts de l’UFZ montre également que les régions peuvent être affectées à des degrés divers par des événements climatiques extrêmes. Par exemple, l’état des forêts dans les massifs montagneux de la Forêt-Noire et des Monts Métallifères ne s’est pas sensiblement dégradé entre 2016 et 2022. Le sapin blanc, commun dans la Forêt-Noire, est mieux adapté au changement climatique que l’épicéa commun.

Le centre et le nord-est de l’Allemagne ont également été plus touchés par la sécheresse, tandis que la région des Monts Métallifères a été moins touchée dans les régions plus élevées.

« Le suivi de l’état des forêts de l’UFZ vise en particulier à transmettre des connaissances aux autorités, comme les autorités fédérales des forêts et les autorités des parcs nationaux », explique le docteur. Les cartes permettent de montrer clairement les changements dynamiques de l’écosystème forestier causés par des événements climatiques extrêmes.