BILJOU©

BILJOU© (pour BILan hydrique JOUrnalier) est un site web et un modèle de bilan hydrique en ligne développé par l’UMR Silva et l’INRA à partir d’un modèle issus de la recherche et publié dans une revue internationale à comité de lecture (Granier et al., 1999). Le site web dédié à BILJOU© a été initié dans le cadre d’un projet du RMT AFORCE, puis enrichi de nouvelles fonctionnalités avec des soutiens financiers successifs du Ministère de l’Agriculture et de l’Alimentation et du Département Santé de la Forêt, du GIP ECOFOR, du Labex ARBRE et d’INRAE. La mise en ligne de la version 1 date de 2010.

Présentation

Trois services sont proposés sur le site web BILJOU©, un cours en ligne sur le bilan hydrique forestier, un outil de calcul en ligne du bilan hydrique des peuplements forestiers, des services de consultation de cartes de sécheresse pour les forêts en France métropolitaine. Tous les services et fonctionnalités sont disponibles en langue française et en langue anglaise.

 

Page d'accueil du site web BILJOU©.


1/ Le cours en ligne (consultation libre) comporte 10 pages web pédagogiques sur la définition, la mesure, les ordres de grandeur et la modélisation de chacun des grands flux d’eau des peuplements forestiers, les variables météorologiques clés (précipitation et évapotranspiration potentielle), le flux de drainage, ainsi que les paramètres des deux interfaces clés : sol – racine et couvert – atmosphère (phénologie). Une présentation de la notion de bilan hydrique, de sa modélisation et d’indicateurs pertinents pour quantifier, qualifier et comparer les déficits hydriques est également explicitée. Une page est enfin dédiée aux notions d’eau verte et d’eau bleue, car les flux de drainage issus des peuplements forestiers intéressent aussi les hydrologues et alimentent les travaux sur les services écosystémiques rendus par les forêts. Chaque page web offre également la possibilité de télécharger des articles scientifiques de référence, en français ou en anglais, pour approfondir chacun des thèmes.

Extrait d'une page web pédagogique concernant le bilan hydrique.


2/ L’outil de calcul en ligne BILJOU© (sur inscription et acceptation d’une licence d’utilisation) permet à l’utilisateur de déterminer l'évolution jour par jour et interannuelle de chaque flux d’eau du bilan et du contenu en eau du sol, pour un peuplement forestier d’intérêt. Le modèle requiert des données météorologiques journalières (précipitation, température et humidité relative de l’air, humidité relative ou déficit de saturation de l’air, vitesse du vent et rayonnement global) à fournir par l’utilisateur. Le peuplement d’intérêt doit être décrit par des paramètres caractérisant le sol et le peuplement (le type de couvert, les dates de débourrement et de chute des feuilles pour les décidus, l’indice foliaire maximal du couvert, les caractéristiques hydriques et physiques du sol et les fractions de racines fines dans chacune des couches de sol (2 ou 3)).

Page de simulation de l'outil de calcul en ligne BILJOU©.


Chaque jour le modèle calcule la transpiration des arbres, l’interception des précipitations et de la pluie sous couvert, l’évapotranspiration de la strate herbacée. La transpiration des arbres est une fonction de l’ETP Penman, de l’indice foliaire du couvert, et de la disponibilité en eau du sol, qui réduit la transpiration si le contenu en eau relatif du sol chute en dessous de 0.4. Le contenu en eau du sol est calculé jour par jour selon une équation de bilan entre les entrées (pluie au sol) et sorties d’eau du réservoir sol enraciné (transpiration des arbres, réévaporation de l’eau interceptée, évapotranspiration du sol et strate herbacée). La réserve en eau du sol est actualisée tous les jours, et exprimée en contenu en eau relatif (REW). C’est à partir du contenu en eau relatif que sont calculés trois indicateurs permettant de caractériser et quantifier la sécheresse édaphique : sa précocité, sa durée et son intensité. En effet, en mesurant conjointement le contenu en eau des sol et les flux d’eau voir de carbone des couverts forestiers, les recherches ont montré qu’il existe un seuil générique de contenu en eau du sol (fixé à 40% de la réserve utile) appelé seuil de déficit hydrique  en deçà duquel les arbres réduisent leurs échanges gazeux par fermeture stomatique, réduisant ainsi photosynthèse et transpiration.

L’outil BILJOU© offre diverses fonctionnalités graphiques permettant de visualiser en direct les sorties du calcul réalisé en ligne : des graphiques d’évolution intra-annuelle de contenu relatif en eau, de transpiration ou de drainage, et des graphiques de cumuls annuels de flux d’eau.

Résultats graphiques issus d'une simulation de l'outil de calcul en ligne BILJOU©.


 De plus, trois indicateurs caractéristiques de sécheresses (précocité, durée, intensité) sont présentés, d’une part sous forme de chroniques annuelles  d’autre part sous forme de classement des années selon l’une ou l’autre des caractéristiques du déficit hydrique pour la période de simulation, avec comparaison possible avec les valeurs moyennes ou médianes. Les résultats des simulations sont organisés sous la forme de 2 fichiers textes téléchargeables. Le premier récapitule annuellement les principaux flux d’eau, et les trois indicateurs de contrainte hydrique (sa durée, son intensité et sa précocité). Le second, au pas de temps journalier, permet de suivre l’évolution de l’ETP Penman, de l’ETR du peuplement, de la transpiration des arbres, du drainage, de la réserve en eau du sol (en absolu et en relatif).

 

Résultats en fichiers textes téléchargeables, au pas de temps annuel et journalier, issus d'une simulation de l'outil de calcul en ligne BILJOU© et permettant de suivre l’évolution de l’ETP Penman, de l’ETR du peuplement, de la transpiration des arbres, du drainage, de la réserve en eau du sol (en absolu et en relatif).


3/ Le service de consultation de cartes de sécheresse en climat passé et présent (mise en ligne prévue automne 2021) : des indicateurs pré-calculés de déficit hydrique ont été produits par l’équipe BILJOU© à partir de l’archive climatique SAFRAN (maille de 8 km, période disponible de 1959 à 2020) sur la France métropolitaine, pour 80 peuplements-types (combinaisons de type de couvert, LAI et réserve utile), stockés en base de données et couplés à une infrastructure de données spatiales. L’utilisateur peut créer une requête, en fonction du type de peuplement d’intérêt, de l’année et de l’indicateur de sécheresse qui l’intéresse (précocité, durée, intensité) générer sur l’interface BILJOU© des cartes de caractéristiques de sécheresse. Une fonctionnalité d’aide à la localisation permet d’afficher une infobulle de la valeur de l’indicateur pour la maille d’intérêt sur la carte de France. Les indicateurs sont disponibles en absolu ou en anomalie par rapport à une normale, au choix de l’utilisateur.

4/ Le service de consultation de cartes de sécheresse en climat futur (mise en ligne prévue fin 2021) Selon la même démarche des peuplements-types, les indicateurs pré-calculés de déficit hydrique ont été produits par l’équipe BILJOU© à partir du modèle ARPEGE de Météo France (maille de 8 km) pour les scénarios d’émission RCP 4.5 et RCP 8.5. Trois fenêtres temporelles sont proposées : référence (1976-2005), futur proche (autour de 2055), futur lointain (autour de 2085) sur la France métropolitaine. L’utilisateur choisit sont peuplement-type d’intérêt, le ou les RCP qu’il souhaite comparer ainsi que l’échéance temporelle. Différentes fonctionnalités aident l’utilisateur à localiser ses mailles d’intérêts. Les indicateurs sont comparés à la référence climatique. Le service « sécheresses du futur » sera progressivement enrichi d’autres modèles et scénarios.

Intérêts spécifiques

Le site permet l’appropriation et l'intégration progressive du fonctionnement hydrique des peuplements dans les raisonnements sylvicoles. L’outil permet la simulation de scénarios sylvicoles et / ou climatiques et la quantification de la consommation en eau des peuplements, de l'intensité et de la récurrence des sécheresses. L’outil quantifie l’influence majeure du type de couverts (décidu ou sempervirent) sur le cycle de l’eau (eau verte, eau bleue), sur l’intensité et la fréquence des épisodes de sécheresse ; ceci est un élément clé du raisonnement avant toute réflexion d’adaptation par substitution d’essences. BILJOU© prend en compte les mécanismes de régulations de la transpiration, notamment du fait de son pas de temps journalier. Cela le différencie d’autres modèles de bilan hydrique climatique utilisant des données décadaires ou mensuelles et qui ne représentent pas les processus écophysiologiques de régulation et de dynamique de l’eau dans le sol. Le modèle calcule une ETP Penman qui est un bon modèle d’évapotranspiration, intégrant le déficit de saturation de l’air et le rayonnement global, deux drivers majeurs de la transpiration. Enfin, le modèle nécessite un nombre volontairement limité de paramètres à fournir par l’utilisateur, par comparaison à d’autres modèles à bases écophysiologiques.

Limites spécifiques

Ce modèle nécessite de renseigner un certain nombre de paramètres (du peuplement et du sol) nécessitant un diagnostic soigneux des propriétés du sol. Il nécessite également l’accès à des bases de données météorologiques. C’est pour pallier ces contraintes que le service de cartes pré-calculées par la recherche a été développé.  Le modèle BILJOU© est à une dimension, ce qui signifie que les flux latéraux ne sont pas représentés. Il incombe donc à l’utilisateur de choisir une parcelle sans flux latéral ou dans laquelle les apports latéraux entrant et sortant sont équivalents. Enfin, le mélange décidu/sempervirent n’est pas pris en compte dans la version disponible sur le web.

Public cible

Les utilisateurs des services proposés sur BILJOU© sont majoritairement des aménagistes, des sylviculteurs, des hydrologues, des personnes chargées de développement et de surveillance de la santé de la forêt, des enseignants, des chercheurs et des étudiants.

Références

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