Introduction à la dynamique des écosystèmes forestiers

Un écosystème se constitue d’un milieu physique, ou biotope, et de l’ensemble des êtres vivants qui le constituent, ou biocénose. Les forêts n’échappent pas à cette définition écologique. Dans cet article, nous allons ainsi présenter la dynamique des écosystèmes forestiers.

La forêt, un écosystème structuré

Lors d’une balade en forêt, il vous est déjà arrivé de constater que cet écosystème se structure de manière verticale. En effet, plusieurs niveaux sont discernables à partir du sol. Une première strate de mousses et champignons de quelques centimètres de haut cède rapidement le pas à une strate herbacée (jusqu’à 1 mètre de haut). Une strate arbustive (1 à 7 m) précède une strate arborée (au-dessus de 7 mètres).

De même, la forêt n’est pas homogène horizontalement. Elle se constitue d’une mosaïque de sous-ensembles diversifiés : buissons denses, friches, clairières, marais forestiers, arbres morts, lisières… Ces subdivisions sont autant de micro-écosystèmes présentant leurs propres caractéristiques au sein d’une forêt. De plus, ces sous-ensembles se délimitent le long de zones de rencontres entre micro-écosystèmes, appelées plus précisement écotones.

Bien entendu, l’écosystème forestier est dominé par ses peuplements d’arbres. Ils structurent l’écosystème tout entier et rythment sa dynamique. Pour cette raison, les arbres d’une forêt sont inclus aussi bien dans le biotope que la biocénose. En effet, les arbres modifient les paramètres abiotiques d’une forêt. Par exemple, ils jouent un rôle sur la chimie du sol, filtrent la diffusion de la lumière jusqu’au sol, régulent la température et modifient l’hygrométrie. Dans ces conditions, la répartition et le type d’arbres présents vont fortement impacter aussi bien les propriétés du milieu que la biodiversité présente.

Le fonctionnement de l’écosystème forestier

A la base du fonctionnement interne d’un écosystème forestier, deux notions importantes se rencontrent : les interactions entre organismes et les cycles biogéochimiques. Ces deux sujets d’étude ne relèvent pas forcément des mêmes disciplines scientifiques, mais leur compréhension en écologie permet d’interpréter les flux d’énergie et de matière.

Les interactions entre organismes

Les êtres vivants sont capables d’interagir entre-eux, organisant ainsi la biocénose de chaque écosystème. Pour rappel, ces interactions peuvent être positives, négatives ou neutres. Ainsi la compétition se manifeste entre deux individus intra- ou inter-spécifiques lorsqu’ils exploitent la même ressource ou le même habitat. Cette compétition influence la biodiversité. En effet, la compétition au sol pour la lumière provoque une réduction du nombre de jeunes arbres et favorise le développement d’espèces sciaphiles.

Le parasitisme est une autre forme d’interaction entre espèces, pour laquelle un être vivant se développe au détriment d’un autre. L’organisme parasité se voit spolié d’une partie de son énergie et de ses ressources en faveur du parasite. Il peut s’agir de galles d’insectes sur des végétaux, ou encore de tiques accrochées à la peau d’oiseaux ou de mammifères.

La prédation est une interaction suffisamment connue pour ne pas être définie ici en détails. Notez cependant qu’en écologie, ce terme inclut aussi les interactions entre herbivores et végétaux. Ces interactions sont parfois liées aux dynamiques de population selon des schémas cycliques de relation « proies-prédateurs ». Dans les écosystèmes forestiers, l’influence des grands herbivores est telle qu’ils sont capables de modifier les peuplements d’arbres et arbustes. Par conséquent, leur prédation peut entraîner une modification du biotope et donc des écosystèmes.

En outre, le commensalisme est une situation dans laquelle une espèce tire profit d’une autre sans nuire à cette dernière. De ces interactions considérées comme neutres pour la seconde espèce, citons par exemple les renards fréquentant les terriers creusés par des blaireaux. Quant à la symbiose, il s’agit d’une interaction mutuellement positive entre deux organismes. La plus connue est l’interaction symbiotique des champignons présents dans les racines des végétaux, ou mycorhizes. Mais il en existe une multitude d’exemples, dans les écosystèmes forestiers ou autres.

Les réseaux trophiques

Les interactions citées ci-dessus s’inscrivent elles-même dans des réseaux trophiques. Il s’agit de regrouper l’ensemble des relations alimentaires entre individus d’un écosystème. Ces cycles traduisent la circulation de matière et d’énergie au sein d’une biocénose. Nous pouvons ainsi définir les acteurs suivants :

  • Les producteurs primaires : végétaux chlorophylliens autotrophes utilisant les nutriments minéraux et la lumière solaire pour fabriquer leur propre matière organique.
  • Les consommateurs : organismes hétérotrophes se nourrissant d’organismes pour obtenir leur matière organique. Ils se subdivisent en niveaux de consommateurs allant de l’herbivore jusqu’au super-prédateur.
  • Les décomposeurs : consommateurs hétérotrophes particuliers qui recyclent la matière organique morte en matière minérale et achèvent ainsi de boucler le cycle trophique.
Les cycles biogéochimiques

L’ensemble de la biomasse des êtres vivants dans un écosystème définit ainsi un stock de matière organique disponible. Or, les différents compartiments d’un écosystème ne sont pas isolés entre-eux et échangent aussi bien énergie que matière. Il s’agit alors de représentations dynamiques sous la forme de flux.

Grâce à l’étude des flux de matière telle que le carbone, l’eau, ou encore l’azote, il est possible d’établir des bilans des écosystèmes. Les écologues parlent alors de cycles biogéochimiques. De tels cycles peuvent tout aussi bien se définir à l’échelle de la biosphère, d’un biome ou encore d’un écosystème. Dans le cas du cycle du carbone des écosystèmes forestiers, l’entrée dans le cycle correspond à la fixation du dioxyde de carbone par la photosynthèse. Tandis que la sortie du cycle reprend cette même molécule gazeuse, mais cette fois-ci émise par la respiration ou la décomposition des êtres vivants.

Le bilan d’un écosystème peut être équilibré ou déséquilibré. Dans le cas du cycle du carbone, un bilan d’émission négatif de CO2 indique que cet écosystème est un puits de carbone. A l’inverse, un bilan d’émission positif indique qu’il s’agit d’une source de carbone. Les forêts françaises fixent annuellement 3 à 4 tonnes de dioxyde de carbone à l’hectare.

Dynamique forestière, perturbation et résilience

Les écosystèmes sont des entités dynamiques, qui ne cessent d’évoluer vers un stade d’équilibre optimal appelé climax. Dans le cas d’un écosystème forestier, le stade optimal correspond à la mise en place de toutes les strates verticales. Avant d’atteindre cet état d’équilibre, le milieu va connaître une succession écologique. Il s’agit d’un processus naturel de développement de l’écosystème au travers d’un enchaînement de stades identifiables. Ce modèle de succession écologique par stades demeure un concept théorique. En effet, aucun stade n’est stabilisé durant cette évolution naturelle du milieu et une modification des facteurs biotiques ou abiotiques peut très bien détourner cette évolution.

Ces événements naturels (tempêtes, modification de la biocénose, incendies…) ou d’origine anthropique (destructions volontaires, pollutions, exploitation sylvicole), sont appelés perturbations. Elles impactent l’écosystème à différents degrés. Certaines sont réversibles et l’écosystème progressera de nouveau après latence vers son climax. D’autres sont irréversibles en raison de dommages trop importants. L’équilibre est alors rompu, et le milieu évolue vers un nouveau type d’écosystème. Ce processus peut néanmoins amener à former des écosystèmes d’intérêt patrimoniaux, comme les écosystèmes prairiaux, les bocages, les landes, etc…

La résilience d’un écosystème désigne sa capacité à résister à une perturbation et à regénérer son état initial. Cette propriété est liée à une biodiversité forte de l’écosystème sur tous les plans : biodiversité génique, biodiversité spécifique et biodiversité écosystémique. Dès lors, une bonne diversité fonctionnelle de l’écosystème forestier lui garantit une résilience renforcée en cas de perturbation. Les forêts sont des écosystèmes particulièrement riches et complexes qui montrent une résilience importante. En maintenant une complexité forte du réseau d’interaction dans le milieu, les chances de survie des écosystèmes forestiers s’en retrouvent augmentées.

Vers un nouveau modèle de gestion des espaces naturels : le rewilding

S’inspirant de la notion de résilience, le rewilding consiste en la restauration dans les écosystèmes d’espèces précédemment perdues. Cette méthode de gestion des milieux naturels s’appuie sur l’intérêt de réintroduire des espèces animales ou végétales autrefois présentes dans le milieu. Puis, de laisser les réseaux d’interaction de la biocénose se complexifier sans intervention humaine. Les milieux évoluent alors naturellement vers un nouveau climax tout en renforçant leur résilience. La méthode de « réensauvagement » peut ainsi avoir des influences en cascade sur l’ensemble de l’écosystème. Elle pourrait même atténuer le réchauffement climatique, selon certains chercheurs.

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