Offre de Stage M2 en Ecologie Forestière : Biodiversité & Microclimat Forestier

Contexte du stage : Ce stage concerne le projet IMPRINT (Impacts of Microclimatic Processes on foRest bIodiversity redistributioN under macroclimaTe warming), financé par l’outil JCJC “Jeunes Chercheuses Jeunes Chercheurs” de l’Agence National de la Recherche (ANR). Pour en savoir plus sur le projet, voir le site internet dédié. Les températures réellement ressenties par la biodiversité – microclimat – peuvent être très différentes du macroclimat régional, surtout au sein des écosystèmes forestiers. Les températures extrêmes y sont tamponnées, en moyenne de 4 à 5 °C pour les températures maximales. Face au réchauffement global déjà amorcé, la forêt peut ainsi jouer un rôle de refuge pour les espèces. Ce projet vise à quantifier et à modéliser les processus qui relient le microclimat au macroclimat, sur de grandes étendues spatiales et à une résolution spatiotemporelle fine. Ceci, afin de reconstruire le microclimat passé, à partir d’observations issues de postes météo permanents. L’objectif ultime du projet IMPRINT est d’utiliser cette reconstruction à long terme du microclimat sous-couvert forestier pour améliorer la prédiction de la distribution future des espèces, en lien avec le changement climatique. Ce projet est innovant par son approche méthodologique, qui combine des sources de données complémentaires pour modéliser le microclimat :

1. Capteurs de température et d’humidité du sol
2. Stations météorologiques
3. Télédétection par LiDAR aéroporté

Quelques références en libre-accès sur le sujet :

1. [Lenoir et al. 2017] : Climatic microrefugia under anthropogenic climate change: implications for species redistribution
2. [Lembrechts et al. 2019] : Incorporating microclimate into species distribution models

Objectif du stage : La flore et les arthropodes du sol sont des composantes majeures dans le fonctionnement de l’écosystème forestier, car ils jouent un rôle important sur le fonctionnement des cycles biogéochimiques et sur la provision de certains services écosystémiques. Ces deux groupes seront étudiés dans le cadre du projet IMPRIINT pour explorer le lien entre microclimat et diversité taxonomique et fonctionnelle. Au total, 180 placettes de suivi du microclimat ont été mises en place durant l’été 2020 dans trois forêts domaniales : Blois, Mormal et l’Aigoual. Sur chacune de ces placettes, un capteur de température a été placé à 1 m au-dessus du sol, et un second a été enterré à 8 cm dans le sol. Une importante phase de terrain aura lieu à la fin du printemps – début de l’été, afin de récupérer les données enregistrées par les capteurs, et de réaliser des inventaires de flore sur 400 m². La ou le stagiaire sera aussi sollicité(e) pour participer à une campagne d’inventaire de la faune du sol qui sera réalisé par piégeage (pose de pièges passifs de type Barber). L’accent sera mis pendant le stage sur la composante floristique, dont les données seront disponibles immédiatement pour analyse, contrairement aux inventaires d’arthropodes qui nécessitent de longs mois d’identification en laboratoire. Suite aux missions de terrain, la ou le stagiaire prospectera des relations univariées et multivariées entre les données de biodiversité et les autres données acquises dans le cadre du projet, entre autres des inventaires dendrométriques et des mesures de l’ouverture de la canopée, ainsi que les mesures du microclimat forestier (air et sol) dans les 180 placettes.

Profil recherché : Nous cherchons un(e) étudiant(e) curieux(se) et rigoureux(se), au profil master recherche et/ou ingénieur. Un fort intérêt pour l’écologie forestière, la botanique, la biostatistique et la programmation sous le logiciel libre R est demandé. Le ou la stagiaire devra être capable de faire un travail bibliographique, de comprendre et synthétiser des articles scientifiques en anglais. De bonnes bases en identification botanique seront appréciées, de même que des compétences dans un ou plusieurs des domaines mentionnés ci-dessus, compétences qui pourront être acquises ou renforcées au cours du stage. Une grande partie du stage se réalisant en forêt, le ou la candidate devra montrer un goût prononcé pour le terrain. En effet, de nombreux déplacements sur les sites, parfois éloignés et dans des conditions difficiles (relief, météo…), sont à prévoir.

Période de stage : Stage recherche/ingénieur de 6 mois pouvant démarrer dès Mars 2021.

Financement : Une gratification de stage de 577 EUR/mois est assurée dans le cadre du projet IMPRINT financé par l’ANR. A noter également que les remboursements des frais de mission (repas, frais kilométrique si utilisation d’un véhicule personnel) couvriront largement les dépenses à avancer. Les frais d’hébergement seront directement pris en charge par le CNRS.

Encadrement : Le candidat ou la candidate retenu(e) sera principalement encadré(e) par Fabien Spicher, Ronan Marrec et Eva Gril, en collaboration avec les autres membres de l’équipe IMPRINT : Jonathan Lenoir, Vincent Le Roux, Emilie Gallet-Moron et Boris Brasseur.

Institution d’accueil : EDYSAN, unité mixte de recherche (UMR 7058 CNRS-UPJV) située à Amiens

Candidature : Envoyez un CV et une lettre de motivation à Fabien Spicher (fabien.spicher@u-picardie.fr), Ronan Marrec (ronan.marrec@u-picardie.fr) et Eva Gril (eva.gril@u-picardie.fr).

Apport de la Technologie LiDAR dans la Modélisation du Microclimat Forestier

Le microclimat forestier, késako ? Tu (oui, toi lecteur/lectrice) t’es surement aventuré(e) en forêt au moins une fois dans ta vie. Rassures-moi, c’est bien le cas ? Sinon tu as vraiment raté(e) quelque chose. La plupart des gens qui se baladent en forêt de nos jours y vont pour y chercher (c’est plus marrant de chercher que de trouver, crois-moi, j’en sais quelque chose) le calme, l’inspiration, un contact avec Dame Nature [dès que l’aurore darde ses rayons d’argent à travers les écharpes de brume, ndlr], des sensations fortes (de nuit ça marche plutôt bien), des champignons (c’est bon ça) ou bien tout simplement de la fraicheur par une belle journée estivale. Nous y voilà, tu l’auras compris, quoi de mieux que l’ombre de nos grands arbres en été pour perdre quelques degré Celsius pendant la journée. Oui, mais par rapport à quoi ? Eh bien ! par rapport à la température dite extérieure (cf. température synoptique dans le jargon des climatologues et météorologues, attention ce ne sont pas forcément les mêmes). Pendant la nuit, c’est l’inverse, il fait plus frais à l’extérieure qu’à l’intérieure de la forêt, en été.

Ambiance forestière (Creuse de la Terre Rouge, Gercy, Aisne).

Bref, le microclimat forestier permet de “tamponner” les fluctuations de la température extérieure, que ce soit pendant la journée ou bien au fil des saisons. C’est un peu comme l’isolation d’une maison (quand ça marche bien), plus frais dedans que dehors en été/journée et plus chaud dedans que dehors en hiver/nuitée. Tu vas me dire “Ok, mais à quoi cela peut bien servir ?”. Eh bien ! outre le fait que nos forêts nous apportent l’oxygène pour respirer (tu seras d’accord avec moi pour dire que c’est plutôt utile comme fonction), tu comprends bien que ces îlots de verdure (parcs arborés en ville) jouent également un rôle important dans la régulation de la température ressentie localement. Donc, tu me vois venir avec mes gros sabots, si il est difficile d’agir directement sur le climat global pour inverser la courbe du réchauffement, ont peut néanmoins apprendre à mieux gérer la trame verte (bois, forêts, haies, parcs et jardins) et sa distribution au sein de nos paysages très anthropisés pour améliorer nos conditions de vie et celles des organismes vivants qui y trouvent refuge. Pour cela, encore faudrait-il que l’on soit capable de bien comprendre le microclimat forestier pour bien le modéliser.

Le microclimat en forêt est une chose étudiée depuis longue date (Chen et al., 1999) mais qui reste pourtant encore méconnue puisque nous ne sommes toujours pas capable de le modéliser. Tu vas me dire “Attends, il existe pourtant bien des modèles pour prévoir les conditions atmosphériques et les scénarios climatiques du futur ?”. Exact Watson, mais ces derniers, dits de circulation générale, modélisent la température dite synoptique à une résolution spatiale très grossière et pas les conditions microclimatiques observées sous couvert forestier. Pour cela, il est nécessaire d’avoir des informations très précises sur la densité d’arbre, la hauteur de ces derniers et la structure verticale du couvert. En gros, beaucoup de données biométriques. C’est là qu’intervient la technologie LiDAR. Je sais, je te vois venir “Mais qu’est ce que c’est que ce truc encore ?”. Le LiDAR pour “light detection and ranging” est une technologie de télédétection par laser qui est donc basée sur l’analyse, par un récepteur, des propriétés d’un faisceau de lumière renvoyé vers son émetteur. C’est le même principe que pour le radar ou le sonar mais basé sur des ondes lumineuses (spectre visible, infrarouge ou ultraviolet), plutôt que sur des ondes radio ou sonores. Ce genre de technologie est très utilisée aujourd’hui, de manière aéroporté ou en station totale au sol (voir la photo ci-dessous à titre d’exemple), pour constituer des modèles numériques en 3D du bâti, de la ressource bois (par exemple) ou bien même de scenes de crimes. C’est beau la technologie. Certains parlent de réalité augmenté.

Relevé sur le terrain (Creuse de le Terre Rouge, Gercy, Aisne) à l’aide d’un LiDAR terrestre. Relevé réalisé par Guillaume Caron, Emilie Gallet-Moron et Jonathan Lenoir.

Coupe transversale dans une image issue d’un scan de LiDAR terrestre réalisé au sein de la Creuse de la Terre Rouge (Gercy, Aisne). Voir photo précédente pour un exemple de relevé de LiDAR terrestre sur le terrain. Coupe réalisée par Guillaume Caron.

Au cours d’une étude récente en collaboration avec Tarek Hattab (post-doctorant au sein de notre équipe de recherche à l’Université de Picardie Jules Verne) et Guillaume Pierre (Professeur en Géographie à l’Université de Reims Champagne-Ardenne), nous avons proposé un cadre de modélisation du microclimat forestier permettant justement d’intégrer les informations issues d’images LiDAR, et notamment l’information de densité du couvert arboré. Nos travaux ont récemment été publié dans la revue Ecography et ont fait l’objet d’un prix (E4 Award) remis par les éditeurs de la revue. Bizarrement, ce sont ces mêmes travaux qui ont été primés que j’ai maintes et maintes fois essayés de vendre à plusieurs agences de financement pour la recherche, dans le cadre de réponse à des appels à projets de recherche. Malheureusement, aucune de ces agences et pas même l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) ne fût intéressée. Désolé pour cette petite parenthèse plaintive, mais c’est plus fort que moi.

Je ne rentrerais pas dans les détails techniques de ce cadre de modélisation, détails que tu trouveras ici dans l’article rédigé en anglais (hésites pas à me laisser un message si tu n’as pas accès au PDF de la revue et que cela t’intéresses), mais les intérêts sont multiples, notamment en écologie. Le principal atout étant de disposer de données plus précises sur les conditions microclimatiques locales pour ensuite mieux informer les modèles de redistribution du vivant qui se basent tous, pour l’instant, sur des simulations issues de modèles de circulation générale qui ne tiennent pas compte de la finesse du microclimat.

Langue de cerf ou Scolopendre officinale, une fougère typique des fonds de vallons frais tel que celui de la Creuse de la Terre Rouge (Gercy, Aisne).

PhD Opportunity on Biodiversity in Heterogeneous Environments under Contemporary Climate Change

WANTED: excellent candidates for a PhD position on “Biodiversity in heterogeneous environments“. Department of Biology at NTNU in Trondheim (Norway) can fund two PhD positions among 14 different topics. Together with Irja Ida Ratikainen (Behaviour and Evolution) and Bente Jessen Graae (Ecology), we would like to find an excellent and highly motivated candidate for going into the competition of the projects funded by the Department of Biology. Our project aims to test theories on how landscape topography with all its microclimatic variation affects species capacity to adapt or disperse in response to climate change. The approaches to study this topic will involve fieldwork, theoretical and/or macroecological methods. If this sounds interesting to you, please read more about the project here and here and then take contact with one of us before 22nd of January using the below email adresses:

Irja Ida Ratikainen: irja.i.ratikainen@ntnu.no
Jonathan Lenoir: jonathan.lenoir@u-picardie.fr
Bente Jessen Graae: bente.j.graae@ntnu.no