Les effets attendus du changement climatique sur l'arbre et la forêt

Le développement de l’arbre dépend principalement de l’énergie lumineuse, de la chaleur et de la disponibilité en eau et en nutriments. Avec l’augmentation des températures en France, les différentes phases de son cycle vital sont modifiées. En automne, l’entrée en sénescence des feuilles se produit plus tardivement, en moyenne d’un jour et demi par décennie ces cinquante dernières années^[6]. Cette sénescence tardive peut induire des problèmes de résistance au froid en hiver^[7]. Elle entraîne également une moindre remobilisation des réserves internes de l’arbre ce qui peut défavoriser la reprise de croissance l’année suivante^[8]. Au printemps, le débourrement et la floraison ont lieu plus tôt, en moyenne de trois jours par décennie ces cinquante dernières années^[6], augmentant la possible exposition des arbres aux gelées tardives, qui peuvent lui être préjudiciables. 

À noter que les changements dans le développement saisonnier de l’arbre peuvent aussi affecter positivement sa croissance, soit à travers l’allongement de la période photosynthétiquement active et l’augmentation du stockage des sucres en fin de saison - à la condition que l’arbre ait accès à suffisamment d’eau ; soit via une diminution des dégâts liés aux attaques d’insectes ou de pathogènes par asynchronisme de développement - les phases du développement foliaire ne correspondent plus aux exigences de reproduction des adultes ou d’émergence des larves phytophages.

Le réseau RENECOFOR réalise des observations phénologiques pour simuler l'influence du changement climatique sur le développement saisonnier des arbres⁹.

Les vagues de chaleur, les sécheresses prolongées et la modification du régime des précipitations affectent la disponibilité en eau en dégradant le bilan hydrique des sols. En particulier, dans les zones où la capacité de rétention de l'eau par les sols (réserve utile) est faible et dans les zones où le couvert du feuillage empêche une grande partie des précipitations d’atteindre le sol avant de s’évaporer.

Le modèle BILJOU© calcule les flux d'eau qui entrent et sortent de l'écosystème ; le bilan hydrique ainsi calculé permet de quantifier l'intensité des sécheresses en prenant en compte la capacité de rétention du sol, la transpiration et l’interception des précipitations par le couvert végétal.

Retrouvez plus d'informations sur le modèle BILJOU© sur le site internet dédié et sur notre page projet BILJOU©.

Lorsque le réservoir en eau du sol n’est plus rempli qu'à 40 %¹⁰ de sa capacité totale ou moins, l’arbre entre en stress hydrique et la vitesse de circulation de la sève ralentit ou s’arrête. Chaque espèce développe alors ses propres stratégies de protection avec une fermeture partielle ou totale de ses stomates (voir la vidéo "RMT AFORCE - Les impacts des changements climatiques sur la forêt"). Quand le stress dure trop longtemps, les espèces ayant totalement fermé leurs stomates ne sont plus capables de refroidir leurs feuilles par évapotranspiration. En cas de canicule, celles-ci s’échauffent et peuvent brûler, supprimant la capacité de photosynthèse de l’arbre. Quant aux espèces qui ne ferment leurs stomates que partiellement, du fait du manque d’eau dans le sol, des bulles d'air peuvent se former dans leurs vaisseaux empêchant définitivement la conduction de la sève : c’est la cavitation. Lorsque le stress hydrique se prolonge ou dure plusieurs années d’affilée, l’arbre puise dans ses réserves pour compenser son déficit de photosynthèse plus qu’il n'a l'occasion de les renouveler et ce jusqu’à leur épuisement, ce qui entraîne son dépérissement, puis dans le cas le plus extrême, sa mort.

Les arbres dépérissants ne sont pas toujours faciles à identifier. Inversement, certains sont visuellement très affectés mais peuvent malgré tout montrer des signes de résilience. La méthode ARCHI, une méthode de diagnostic visuel, basée sur l’analyse du développement architectural de l’arbre, permet ainsi d’évaluer l’état physiologique de ces derniers et leurs capacités potentielles de rétablissement.

Retrouvez plus d'informations sur la méthode ARCHI, sur le site internet du CNPF et sur notre page projet ARCHI.

Pour en savoir plus

^[6] L’ arbre et la forêt à l’épreuve d’un climat qui change, Onerc, 2015
^[7] Si les feuilles tombent plus tard et que l'arbre entre plus tardivement en repos végétatif, il peut être moins bien préparé à affronter les températures hivernales.
^[8] François LEBOURGEOIS, Jean-Claude PIERRAT, Vincent PEREZ, ,Nancy Sébastien CECCHIN,I Erwin ULRICH, Rallongement de la saison de végétation des hêtraies et des chênaies françaises dans les prochaines décennies Conséquences possibles sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers, RDV techniques n°33-34 - été-automne 2011 - ONF
^[9] https://www.onf.fr/renecofor/les-resultats-de-nos-mesures/les-reactions-de-la-foret-aux-evolutions-du-climat/+/1772::la-phenologie-et-le-climat.html
^[10] Granier, A., Bréda, N., Biron, P., & Villette, S. (1999). A lumped water balance model to evaluate duration and intensity of drought constraints in forest stands. Ecological Modelling, 116(2-3), 269-283. doi: 10.1016/S0304-3800(98)00205-1

Les arbres ont toujours coexisté avec des insectes ravageurs et des champignons pathogènes autochtones qui jouent un rôle essentiel dans les écosystèmes forestiers, contribuant à leur fonctionnement. Ils participent au renouvellement des forêts en éliminant les individus âgés ou vulnérables, favorisant ainsi le recyclage des éléments nutritifs et la croissance de nouvelles générations d'arbres. Cependant, le changement climatique aggrave aujourd’hui les dommages qu’ils causent pour deux raisons principales : 

• D’une part, le stress hydrique affaiblit les arbres et réduit leurs capacités de défense. Or, un grand nombre de bioagresseurs attaquent en priorité les individus les plus vulnérables, accélérant leur dépérissement. 
• D’autre part, l’adoucissement des hivers et la hausse des températures favorisent la prolifération de certains ravageurs et pathogènes indigènes ou d’origine exotiques.

Les scolytes, petits coléoptères de 4 à 6 mm qui creusent des galeries sous l’écorce pour pondre leurs œufs, voient par exemple leur cycle de reproduction s’accélérer : ils produisent désormais jusqu'à 2 à 3 générations par an, contre 1 à 2 auparavant. Ce phénomène a dévasté les forêts d’épicéas puis de sapins, avec une mortalité atteignant 37 millions de mètres cubes après la crise de 2018-2019. 
Avant la crise des scolytes, le châtaignier a longtemps été l'essence présentant le plus de mortalité (1,6 Mm3/an). En cause, la maladie de l’encre, provoquée par Phytophtora cinnamomi et P. cambivora, des pathogènes microscopiques s’attaquant au système racinaire. Les hivers et printemps doux et humides facilitent la propagation des spores d’arbre en arbre, en particulier dans les sols mal drainés. Lors des sécheresses qui suivent, la dégradation des racines limitant la capacité de l’arbre à puiser l’eau nécessaire à sa survie, il dépérit et peut même en mourir.
La chenille processionnaire du pin, originaire du sud-ouest et consommant les aiguilles, progresse quant à elle de 4 km/an vers le nord et l’est, colonisant des zones autrefois épargnées.

Ces proliférations ont des répercussions sur l’ensemble de la forêt. Un arbre malade devient une porte d’entrée pour les ravageurs, qui peut s’étendre ensuite aux arbres sains. C’est notamment le cas de certains scolytes : classiquement cantonnés aux arbres affaiblis, ils s’attaquent désormais aux arbres en bonne santé en lien avec des niveaux de populations qui ont beaucoup progressé, accélérant les dynamiques de dépérissement et fragmentant les massifs forestiers.

À l’instar des ravageurs et des pathogènes (aléa biotique), les feux (aléa abiotique) font partie de la dynamique des écosystèmes forestiers. Cependant, l’évolution des conditions climatiques avec notamment un allongement des périodes de canicule et de sécheresse, source de stress hydrique chez les arbres (--> voir plus haut), aggrave le danger d'incendie. Les arbres ont développé des stratégies pour s’en protéger. Certains, comme le chêne-liège, possèdent une écorce protectrice particulièrement résistante. D'autres, à l’image du pin d'Alep, ont développé une capacité de régénération rapide grâce à des cônes qui libèrent leurs graines après le passage du feu. 

Mais la fréquence et l’intensité de ces incendies augmentent. Les conditions météorologiques favorables à des feux extrêmes sont devenues cinquante fois plus probables sur la période 2008-2017 par rapport à 1960^[13].  Dans le futur, les modèles développés par le projet Vulnefeu prévoient une intensification des feux dans les zones déjà exposées, avec une augmentation des événements extrêmes ainsi qu’une extension spatiale du risque d'incendie vers de nouveaux territoires. Or, sans un intervalle d’au moins 20 ans entre deux feux, la forêt risque de ne plus être capable de se régénérer. Par ailleurs, les incendies représentent un danger croissant pour les populations humaines. Entre Nice et Perpignan, 500 000 habitations sont particulièrement exposées, un chiffre qui dépasse le million à l’échelle nationale. 

Du côté des tempêtes hivernales, si leur lien direct avec le changement climatique reste débattu, plusieurs études suggèrent que leur intensité pourrait augmenter. Deux paramètres sont à considérer : 

• Les précipitations qui, selon les modèles de Météo-France, pourraient devenir plus fréquentes en hiver et plus intenses, augmentant les risques de sols détrempés et facilitant ainsi la déstabilisation des arbres lors des forts coups de vent.
• La vitesse des vents, qui déracine ou casse les arbres, dès qu’il commence à dépasser les 120 km/h, risque accru quand les sols sont détrempés limitant la cohésion des sols et ainsi la résistance de l’ancrage racinaire des arbres au sol.

Ces événements extrêmes ne détruisent pas seulement les arbres : ils perturbent durablement la régénération et la dynamique des populations végétales et animales. Les espèces pionnières recolonisent plus vite, modifiant la composition des peuplements. L’ensemble de la biodiversité forestière est touchée avec la perte de l’habitat de certaines espèces animales et le déséquilibre des chaînes trophiques^[11]. Tandis que les sols, privés de couverture végétale, deviennent plus sensibles à l’érosion.

Pour en savoir plus

^[11] Ensemble des chaînes alimentaires d’un écosystème.

Les risques en forêt ne se limitent pas aux effets d’aléas isolés. Comme on peut déjà le remarquer ci-dessus, les perturbations s’accumulent et interagissent. Pour modéliser les phénomènes de dépérissement des arbres, l’outil BioClimSol prend par exemple en compte de nombreux facteurs biotiques (agents pathogènes, insectes ravageurs, …), sylvicoles (type de peuplement, structure, composition, capital sur pied...) et environnementaux (climat, sol, topographie) agissant à des échelles différentes dans le processus de dégradation des arbres.  Certaines des études conduites pour expertiser ces dépérissements ont d’ailleurs permis de constater que ces phénomènes pouvaient avoir une forte propension à s'exprimer au cœur même de la niche écologique des essences. Alors que les études ne prenant en compte que l’évolution des facteurs climatiques ont tendance à cibler les problèmes aux limites des aires de répartition/niches écologiques^[12]. 

Retrouvez plus d'informations sur l'outil BioClimSol sur le site internet du Centre National de la Propriété Forestière.

Outre le nombre important de facteurs à envisager pour modéliser un risque, les interactions entre risques eux-mêmes sont complexes et non linéaires. Leurs effets peuvent ainsi être amplifiés ou atténués par la présence d'autres risques. À l’échelle des écosystèmes, on observe même des risques en cascade. Celles-ci affectent l’ensemble des fonctions écologiques de l’écosystème et notamment la composition et la qualité des sols forestiers, les processus de décomposition ou encore les interactions biophysiques de la forêt avec l’atmosphère.

Ces enchaînements créent un cercle vicieux : plus les événements extrêmes se succèdent, plus l'écosystème forestier peine à retrouver son équilibre, augmentant ainsi sa vulnérabilité aux perturbations futures. L’adaptation des forêts est en effet un processus lent, jusqu’à dix fois moins rapide que la vitesse actuelle du changement climatique. C’est pourquoi il est essentiel de considérer ces systèmes relationnels complexes pour évaluer pleinement l’impact des risques et optimiser les actions visant à préserver la vitalité des forêts sur le long terme.

Pour en savoir plus

^[12] Lemaire, J., Vennetier, M., Prévosto, B. et al. Multiscale modelling of European beech decline: the role of interannual climate variability and local environmental factors. Eur J Forest Res 144, 421–441 (2025). https://doi.org/10.1007/s10342-025-01767-4