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Dégâts dus à la tempête

Une modélisation inédite permet d’identifier les mécanismes de propagation des dégâts forestiers lors de tempêtes

Le vent est une source importante de perturbations pour les forêts européennes. Nos connaissances actuelles sur la propagation des dégâts dans les massifs forestiers lors de tempêtes reposent uniquement sur l'analyse des dégâts post-tempêtes. En simulant pour la première fois la propagation des dégâts dans une forêt de pins maritimes, des chercheurs Inra ont découvert les mécanismes qui y président. Leurs travaux, publiés dans Agricultural and Forest Meteorology le 4 septembre 2015, fournissent des indices importants pour améliorer les prédictions des modèles de risque des forêts au vent.

Mis à jour le 04/09/2015
Publié le 04/09/2015

Qui ne se souvient des tempêtes Lothar et Martin, puis Klaus, qui ont frappé la France en décembre 1999 et janvier 2009, engendrant des millions d’euros de dégâts tant pour la filière bois que pour les infrastructures du pays ? D’une manière générale, les dégâts liés au vent ont augmenté en Europe depuis le milieu du XXe siècle, essentiellement en rapport avec le changement des pratiques de gestion forestière. Des études récentes indiquent que cette tendance devrait se poursuivre, pouvant réduire le potentiel de stockage en carbone des forêts et conduire à une perte sévère de la valeur économique de ces dernières. Un verrou clé pour prédire et atténuer le risque de dégâts liés au vent consiste à comprendre les mécanismes par lesquels ils sont engendrés, puis se propagent, lors de tempêtes. Jusqu'à présent, ces mécanismes de propagation étaient mal connus en raison de la difficulté d'effectuer des mesures dans de telles conditions extrêmes et de prévoir la localisation des dégâts pour les observer quand ils se forment.

Un modèle numérique reproduit pour la première fois la propagation des dégâts lors de tempêtes

Des chercheurs de l’Inra ont développé une modélisation réaliste de l'interaction vent-arbre à l'échelle d’une forêt, prenant en compte la déflection et la rupture des arbres, ainsi que les modifications locales du champ de vent induites par la disparition des arbres qui tombent. Appliquées à une forêt adulte de pins maritimes typique de la région des Landes de Gascogne, les simulations montrent que la propagation des dégâts comporte deux étapes. Tout d'abord, les dégâts initiaux sont produits par l'impact de fortes rafales de vent descendantes, pénétrant dans le couvert. Les arbres se brisent préférentiellement à la fin du passage de ces rafales critiques, au moment où leur mouvement décélère. La deuxième étape commence une fois que les zones endommagées on atteint une taille d’environ cinq fois la hauteur moyenne des arbres dans la direction du vent dominant et une fois la hauteur des arbres dans la direction transversale. Dans les zones endommagées le vent accélère, induisant une charge moyenne suffisante sur les arbres situés en bordure des zones endommagées pour les briser. A partir de cette seconde étape, les dégâts augmentent fortement, indépendamment de l'état de mouvement des arbres et du type de rafale de vent. Dans certains cas peuvent ainsi être générés ces « couloirs de vent » parfois observés dans les forêts après le passage d’une tempête (voir figure). En raison de la nature aléatoire des rafales critiques lors de la première étape des dégâts, les simulations montrent aussi que dans des conditions semblables de tempêtes le niveau de dégât peut changer de manière significative entre deux forêts similaires.

Propagation de dégâts sur une forêt de pins maritimes à trois instants différents au cours d’une tempête. Les arbres individuels sont représentés par des tiges verticales dont la couleur indique l’amplitude de la déflection des arbres, en lien avec le passage de rafales de vent. Les tiges rouges correspondent aux arbres cassés, couchés au sol. On observe la création au cours du temps de plusieurs zones de dégâts, dont certaines se transforment en « couloirs de vent ».. © Inra
Propagation de dégâts sur une forêt de pins maritimes à trois instants différents au cours d’une tempête. Les arbres individuels sont représentés par des tiges verticales dont la couleur indique l’amplitude de la déflection des arbres, en lien avec le passage de rafales de vent. Les tiges rouges correspondent aux arbres cassés, couchés au sol. On observe la création au cours du temps de plusieurs zones de dégâts, dont certaines se transforment en « couloirs de vent ». © Inra

Vers une amélioration des modèles de prédiction des risques

En plus de démontrer la possibilité de simuler la propagation des dégâts au vent, ces résultats représentent une source potentielle d’amélioration des modèles de prédiction des risques. Au cours des trente dernières années, des modèles empiriques et semi-mécanistes de prédiction des risques ont été développés pour aider les gestionnaires forestiers à évaluer la stabilité de leurs forêts au vent, en fonction des caractéristiques des peuplements liées à l’âge des arbres et aux pratiques sylvicoles. Ces modèles négligent l’évolution de l’interaction vent-arbre au cours de la tempête, menant à la formation des zones endommagées. Ces nouveaux résultats démontrent l'importance de prendre en compte la durée de la tempête, le mouvement des arbres et la turbulence du vent pour la prédiction des dégâts. Ils encouragent notamment au développement de modèles probabilistes de prédiction des risques, plutôt que déterministes, en raison de la nature aléatoire des rafales critiques lors de la première étape des dégâts.

Référence
S. Dupont, D. Pivato, Y. Brunet. Wind damage propagation in forests. Agric. Forest Meteorol., 4 September 2015. doi:10.1016/j.agrformet.2015.07.010

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