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Journée CAQSIS – Nancy – 7-9 Avril 2015
RReShar
Regeneration and Resource Sharing
Nicolas Donès, Philippe Balandier, François de Coligny
Nicolas DONES
08 / 04 / 2015
Objectifs
Contexte
Contexte général :
• Alternatives aux énergies fossiles : augmentation des prélèvements en bois
• Changements climatiques : préconisation d’une diminution de la densité sur pied
• Phénomènes naturels (tempêtes) : trouées importantes
Peuplements plus ouverts
Conséquence : augmentation de la lumière à l’intérieur du peuplement
• Favorise la croissance des jeunes arbres (régénération)
• Favorise la croissance de la végétation de sous-bois
Compétition des espèces de sous bois (Eau et Lumière)
Nécessité de construire un modèle, structure/fonction, à l’échelle du peuplement qui
prenne en compte les interactions entre les différentes strates.
Simulation sur le long terme de la dynamique d’un peuplement forestier
.02
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Objets modélisés : choix de représentation
RReShar :
• Modèle structure fonction de peuplement forestier pour la régénération et le partage
des ressources (eau lumière)
3 composantes sur « une grille »:
•
arbres adultes (plusieurs espèces)
•
cohortes de régénération
•
végétation de sous-bois
.03
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés
Arbres adultes:
• Modèle individu centré spatialisé
• Plurispécifique
• Pas de temps annuel pour la croissance
• Croissance = f (stat et/ou mécaniste, eau, lumière)
• Actuellement : Chêne sessile – Pin Sylvestre
f(indiceCompétition) (OakPine -Thomas Perrot)
.04
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés
Végétation de sous bois:
• Échelle de la cellule : couche poreuse
• Caractérisée par : espèce, porosité, hauteur
• Pas de temps annuel pour la croissance
• Croissance = f (eau, lumière)
100
180
80
150
Height (cm)
Cover (%)
• Actuellement : Callune, Molinie, Fougère
(Gaudio, 2011)
60
40
120
90
60
20
30
0
0
0
10
20
30
40
50
Relative light (%)
60
0
10
20
30
40
50
60
Relative light (%)
.05
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés
Cohortes de régénération:
• Echelle de la cellule
• Classes de distributions (diamètre, hauteur)
• Pas de temps annuel pour la croissance
• Croissance = f (eau, lumière)
Relative growth rate (mm)
• Mortalité : f(lumière)
Gaudio et al. 2011
2
1,7
1,4
1,1
0,8
0,5
0
10
20
30
40
50
Relative light (%)
.06
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés : Partage de la lumière
Course du soleil
I0
SAMASARA (Courbaud et al. 2003)
interception of light rays by crowns
I’
.07
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Course du soleil
I0
Interception de la lumière par
les houppiers
I’
transmittance = exp-(k*surface terrière)
I’’
transmittance = exp-(k*%recouvrement)
I’’’
Objets et processus modélisés
Processus modélisés : Partage de la lumière
Course du soleil
Sonohat et al. 2004
I0
I’
transmittance = exp-(k*surfaceTerrière)
I’’
.09
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés : Partage de la lumière
Course du soleil
I0
Trnasmittance
1
C. vulgaris
P. aquilinum
M. caerulea
0,8
0,6
0,4
I’
0,2
0
Gaudio et al., 2011
0
20
40
60
80
100
I’’Vegetation cover (%)
transmittance = exp-(k*%cover)
I’’’
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés : Partage de l’eau
Echelle temps : jour
Apport d’eau (pluie)
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
Pertes en eau(evapotranspiration ET)
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés : Partage de l’eau
Echelle temps : jour
Apport d’eau (pluie)
Pertes en eau(evapotranspiration ET)
W
interception = f (W, gap fraction, espèce)
W’
interception = f (W’, basal area, species)
W’’
interception = f (W’’, cover, species)
Type de sol
Teneur en eau du sol SWC
08 / 04 / 2015
Objets et processus modélisés
Processus modélisés : Partage de l’eau
Echelle temps : jour
Apport d’eau (pluie)
Pertes en eau(evapotranspiration ET)
W
Predicted SWC (%)
46
36
26
16
interception = f (W, gap fraction, espèce)
6
-4
-14
0
W’
interception = f (W’, basal area, species)
10
20
30
40
50
Measured SWC (%)
ETR = f (light, T°, SWC, species)
W’’
interception = f (W’’, cover, species)
Type de sol
Teneur en eau du sol SWC
SWC journalier
Quelques résultats
Le modèle d’eau
.014
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Mise en œuvre technique
Plateforme CAPSIS
Kernel
46
36
26
16
6
Regeneration
Bibliothèques
SWC
-4
-14
0
10
20
30
40
50
SamsaraLight
0,5
0
0
10
20
30
40
50
I’’ / I’ = exp (-k*Gpins)
Modèles
OakPine
1
Modules
2
1,5
RReShar
Dincrement (cm)
2,5
PAR (%)
Dpins, H/Dpins = f(I’’’, SWC)
ETR = ETP* f -(espèce, SWC, %couvert)
.015
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Mise en œuvre technique
Plateforme CAPSIS
Capsis kernel
Regeneration library
SamsaraLight library
Generic Model
Cell
Tree
Cohort
Under Storey
…
Light Model
cell lighting
tree lighting
…
RReShar Model
RRSTree
RRSCohort
OakPine
RRSUnderStorey
RRSCell
lighting
…
.016
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Expérimentations associées
Paramétrisation des modèles (thèse Noémie Gaudio, Rémy Gobin)
Peuplement irrégulier chêne sessile(Quercus petraea) – pin sylvestre (Pinus sylvestris)
Forêt d’Orléans
.017
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Expérimentations associées
Paramétrisation des modèles (thèse Noémie Gaudio, Rémy Gobin)
Végétation de sous-bois
Fougère aigle
(Pteridium aquilinum)
Callune
(Calluna vulgaris)
Molinie bleue
(Molinia caerulea)
.018
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Quelques résultats
Analyse de sensibilité (stage Willem Palie 2014)
Variations de la densité de la végétation interférente en fonction de différents
niveaux d’éclairement
Vue aérienne
Molinie
Fougère
Visualisation 3D
Callune
.019
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Quelques résultats
Analyse de sensibilité (stage Willem Palie 2014)
Variations de la densité de la végétation interférente en fonction de différents
niveaux d’éclairement
Molinie
Fougère
Callune
Molinie
-
Fougère
Callune
Eclairement relatif (%)
Molinie
+
-
Fougère
Callune
Taux de recouvrement (%) +
.020
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Quelques résultats
Quelques simulations sur 40 ans …
.021
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Quelques résultats
Quelques simulations sur 40 ans … et en 3d
Année 140
10
20
30
.022
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Et maintenant…
Stage 2015 : le modèle hydrique
Actuellement
• Modèle eau basé sur des paramètres théoriques pour la strate de sous bois
Thèse de Rémy Gobin (IRSTEA Nogent/v – Philippe Balandier)
• Quantification de la consommation en eau (absorption évapotranspiration) de la
végétation de sous-bois
• Soutenu en décembre 2014
Implémentation sous RReShar
• Stage M2 : Willem Palie (avril → septembre 2015 )
.023
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Et maintenant…
Stage 2015 : le modèle hydrique
.024
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Conclusion
Modèle développé sous la Plateforme CAPSIS:
• Récupération du modèle de lumière
• Récupération du modèle d’arbre adulte
• Bénéfice de l’interface et des outils de CAPSIS (gestion des scénario, visu 2d/3d,
extraction des données etc…)
• Dynamisme de la « communauté CAPSIS », « CAQ », etc…
Réutilisation
• Réutilisation de la bibliothèque régénération sous Quergus (Gauthier Ligot Belgique)
• Utilisation de RReShar dans le projet Imprebio (ajout d’indicateurs de biodiversité)
• Projet de réutilisation et adaptation du modèle RReShar avec IRSTEA Aix-enProvence (thèse Jordane Gavinet – Bernard Prévosto)
• Recherche de financements pour poursuivre le développement du Modèle
Autres collaborations…
• La porte est ouverte : bienvenue !!
.025
Nicolas DONES / CAQSIS 2015
08 / 04 / 2015
Merci de votre attention
Journée CAQSIS – Nancy – 7-9 Avril 2015
RReShar
Regeneration and Resource Sharing
Nicolas Donès, Philippe Balandier, François de Coligny
Nicolas DONES
08 / 04 / 2015