Dendrochronologie

Le Trésor de la Langue Française donne comme définition de la dendrochronologie : « Étude de l'âge des arbres d'après les couches concentriques repérables dans la coupe transversale des troncs ».

Terminologie

Le terme « dendrochronologie » est tiré du grec ancien δένδρον, dendron, « arbre », χρόνος, khronos, « temps » et -λογία, -logie, « discours ».

Présentation générale de la discipline

Note : ce paragraphe est repris de Wikipédia.

La dendrochronologie a été inventée et développée au cours du XX^e siècle par A.E. Douglass, le fondateur du Laboratory of Tree-Ring Research de l'Université d'Arizona. Plusieurs siècles auparavant Leonard de Vinci avait déjà décrit le principe des cernes de croissance et leurs variations en fonction des conditions climatiques. Edmund Schulman (1908-1958) et Fritz Schweingruber (1935-) ont également largement contribué au développement scientifique de la discipline.

Sous des latitudes moyennes, les arbres poussent en produisant du bois lorsque les conditions climatiques sont favorables (du début du printemps à la fin de l'été). Au printemps, les cernes sont clairs car les vaisseaux conduisant la sève sont plus larges, ce qui permet des flux plus importants.

L'analyse d'un échantillon de bois en repérant ses anneaux de croissance et en attribuant à chacun d'entre eux un millésime de formation, permet de déduire les conditions climatiques contemporaines à la vie de l'arbre.

En prenant des échantillons dans différents sites d'une même région et ayant poussé à des époques différentes mais se recoupant, il est possible de recomposer une séquence sur plusieurs siècles et de créer une chronologie de référence permettant de réaliser des études paléo-climatiques. L'idéal est bien sûr d'avoir une tranche d'arbre multi-centenaire. La comparaison du profil de croissance d'un morceau de bois d'une époque indéterminée avec cette chronologie de référence permet sa datation exacte à l'année près.

Cette propriété a permis d'établir des courbes de calibration pour corriger les résultats de la datation par le carbone 14, qui supposait une concentration de carbone 14 constante dans l'atmosphère au cours des siècles alors que celle-ci a varié. Depuis quelques décennies, les datations par le carbone 14 sont calibrées et donc plus précises.

Principes fondateurs

Note : le contenu de ce paragraphe est repris du manuel Principes et méthodes de la dendrochronologie, de François Lebourgeois.

Le principe d'uniformité

Les processus physiques et biologiques qui gouvernent la croissance des arbres poussant actuellement sont les mêmes que ceux du passé et ont le même type d’action. Le présent est la clé du passé. Dans le cadre des changements actuels de l’environnement, certains chercheurs ont modifié cette phrase en disant « le passé est la clé du futur », c'est-à-dire que la connaissance des conditions environnementales qui ont opéré dans le passé peut permettre de prédire ces conditions dans le futur.

Cependant, depuis le début des années 2000, certaines études montrent que la sensibilité et la réactivité des arbres aux facteurs environnementaux évoluent. Ainsi, les facteurs qui ont gouverné la croissance dans le passé ne seront peut-être pas les mêmes que ceux qui vont contrôler la croissance dans le futur. Ce problème est connu sous le nom de « Divergence » (Büntgen et al., 2008 ; D'Arrigo et al., 2008).

Le principe du facteur limitant

Ce principe énonce que la croissance des arbres et des peuplements ne peut dépasser le niveau permis par le facteur le plus limitant. Ainsi, dans un contexte montagnard de haute altitude, la croissance sera essentiellement limitée par les températures et la longueur de la saison de végétation. Dans les régions arides, ce sont les précipitations qui gouverneront la croissance des peuplements.

Le principe de l'amplitude écologique

Une espèce peut pousser, se reproduire et se propager à travers une gamme d’habitats importante ou restreinte. Elle sera plus sensible aux facteurs du milieu en limite de son aire.

Le modèle linéaire de croissance

Dans les régions où le climat impose à la végétation des saisons de croissance et des périodes de repos bien marquées, les arbres élaborent chaque année, dans leurs différents compartiments ligneux, un anneau de croissance ou cerne annuel, qui résulte de l'activité d'une assise génératrice de cellules, le cambium. La largeur est un des principaux paramètres utilisés pour décrire un cerne.

Celle-ci va dépendre d'un très grand nombre de facteurs liés à l'arbre lui-même (espèce, âge,concurrence intra- ou interspécifique...) ou à son environnement (type de station, climat, attaque parasitaire, interventions humaines...). Les largeurs de cernes sont donc des intégrateurs complexes des caractéristiques intrinsèques de l'arbre et de ses conditions environnementales de croissance.

Classiquement, le cerne élaboré au temps t est considéré comme la résultante d'une combinaison linéaire de plusieurs signaux :

Rt = At + Ct + D1t + D2t + Et

• Rt représente la largeur mesurée du cerne ;
• At correspond à l'effet de l'âge d'élaboration du cerne (=âge cambial) sur son accroissement. D'une manière générale, l'arbre élabore des cernes larges dans son jeune âge. Par la suite, ses accroissements sont plus fins puis se stabilisent jusqu'à sa mort ;
• Ct exprime les effets du climat régional ou local ;
• D1t correspond aux conditions stationnelles locales telles que la fertilité du milieu, la sylviculture, les attaques parasitaires, l'alimentation en eau... dont les effets ne sont pas obligatoirement identiques pour tous les arbres du même site (variations microstationnelles) ;
• D2t intègre les perturbations régionales qui affectent l'ensemble des arbres du peuplement. Ce signal reflète les effets à plus long terme des changements (relativement lents) des conditions environnementales de croissance des arbres. Il prend en compte des modifications du type pollutions atmosphériques (dépôts azotés, pluies acidifiantes, concentrations en ozone...), augmentation de la teneur en CO₂, évolution des pratiques sylvicoles... ;
• Et est le signal aléatoire caractérisant la variabilité propre à chaque arbre, ou celle non prise en compte par les autres signaux (potentiel génétique de l'arbre, erreurs de mesure...).

Le principe de la sélection des sites

La sélection des sites a pour objectif de maximiser le signal environnemental à étudier. Ainsi, si on s'intéresse au seul climat, on pourra échantillonner en limite altitudinale de la forêt afin d'amplifier le signal climatique des séries de cerne. Si on veut analyser les effets des paramètres écologiques (disponibilité en eau des sols, fertilité minérale…), on échantillonnera de préférence une gamme variée de milieux.

Le principe de réplication

Le signal étudié peut être amplifié et la somme des « bruits » minimisée en échantillonnant plus d’une carotte par arbre et plus d’un arbre par site.

Le principe de l'interdatation des profils de croissance

Connaissant la date de formation du dernier cerne sous l'écorce, attribuer une date à chaque cerne compté en direction de la moelle semble évident. Cependant, les choses ne sont pas aussi simples ! Il faut tenir compte des erreurs éventuelles lors de la saisie mais également d'anomalies de croissance ou anatomiques du type « faux cerne » ou « double cerne » (deux « bandes » de bois final formées la même année), « cerne manquant » (absence du cerne sur le secteur du tronc traversé par la carotte) ou plus simplement d'erreur lors de la mesure des cernes (oubli d'un cerne ou cerne compté deux fois).

L'interdatation est une étape essentielle qui permet de vérifier l'agencement synchrone des séries individuelles de croissance et ainsi d'attribuer à chaque cerne son année exacte d'élaboration.

Le principe fondamental de cette interdatation (ou synchronisation) repose sur l'existence « d'années caractéristiques » auxquelles correspondent des conditions de croissance remarquables. Ces années témoignent d'événements extrêmes survenus dans la vie de l'arbre, et plus généralement de l'action limitante ou stimulante des facteurs climatiques sur la croissance qui, selon leur intensité et leur durée, ont pour effet de générer des séries de cernes plus étroits ou plus larges que la moyenne. Pour des arbres soumis au même environnement, les fluctuations climatiques inter-annuelles vont entraîner des variations synchrones de la structure des cernes (croissance forte ou faible).

Ces cernes larges ou fins (pic ou creux sur le profil), constituent les véritables repères chronologiques communs appelés « années caractéristiques ».

Domaines d'application

Différentes communautés scientifiques travaillent et s'appuient sur la dendrochronologie en France, les principaux domaines d'applications sont :

• L'écologie (dendroécologie) : historique des feux (dendropyrochronologie) ; dépérissement des forêts ; croissance et dynamique des forêts
• La climatologie (dendroclimatologie) : périodes de froid, de sécheresse… ; reconstruction du climat passé ; analyse du climat présent
• L'hydrologie (dendrohydrologie) : phénomènes hydrologiques, régimes hydrologiques des cours d'eau, fluctuations du niveau des lacs, inondations
• La géologie (dendrogéomorphologie, dendroglaciologie) : éruptions volcaniques, glissements de terrains...
• L'anthropologie (dendroarchéologie) : datation des constructions anciennes, arbres fossiles, monuments historiques

Sur le réseau Wicri, un serveur d'investigation sur la dendrochronologie

• Un corpus issu des bases Pascal et Francis de l'INIST, de PubMed de la NLM, est en cours de traitement, voir la page interne : Wicri thématique bois:Dendrochronologie.

Voir aussi

Sur ce wiki 

• Voir la notice de l'article de la revue Géomorphologie : Validation d'une méthode de quantification des vitesses d'érosion sur marnes par dendrogéomorphologie (Draix, Alpes de Haute-Provence)

Dans le réseau Wicri

Voir les laboratoire en dendrochronologie :

• Le Tree-Ring Lab
• Le Laboratory of Tree-Ring Research

La dendrochronologie est citée sur les wikis suivants :

• Wicri/Wicri (page générale concernant la dendrochronologie)
• Wicri/Lorraine (sur lequel nous traitons des laboratoires utilisant la dendrochronologie en Lorraine)
• Wicri/Amérique et Wicri/Brésil (sur lesquels nous traitons de l'utilisation de la dendrochronologie au Brésil)
• Wicri/Archéologie (sur lequel nous traitons plus particulièrement de dendroarchéologie)
• Wicri/Terre (sur lequel nous traitons plus particulièrement de dendrogéomorphologie et de dendroglaciologie)

Liens externes 

• Le site The ultimate tree-ring web pages réalisé par le professeur Henri D. Grissino-Mayer de l'université du Tennessee (en anglais)
• Le site du Laboratoire d'expertise du bois et de datation par dendrochronologie (LEB2d) situé à Besançon

Ouvrages de référence:

• James H. Speer, Fundamentals of Tree-Ring Research, University of Arizona Press, Tucson (Arizona), 2010
  Introduction disponible sur le site des Presses de l'Université de l'Arizona
• Serge Payette, Louise Filion, La Dendroécologie. Principes, Méthodes et Applications, Presses de l'Université Laval, 2011
  Résumé et table des matières disponibles sur le site des Presses de l'Université de Laval
• Fritz H. Schweingruber, Tree Rings and Environment: Dendroecology, Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research, et Paul Haupt Verlag, 1996
• Michael G.L. Baillie, Tree-Ring Dating and Archaeology, The University of Chicago Press, 1982
  Ce livre n'est plus édité
• Edward R. Cook, Leonardas A. Kairiukstis, Methods of Dendrochronology - Applications in the Environmental Sciences, Dordrecht, The Netherlands : Kluwer Academic Publishers et International Institute for Applied Systems Analysis, 1994
  Extraits du livre disponibles sur google books
• Harold C. Fritts, Tree Rings and Climate, Academic Press (New York), 1976, Caldwell, New Jersey: Blackburn Press (réed.), 2001

Notes