Cernes d’Arbres, Climat et Isotopes Stables (CACIS)

Version 2004

Mots clés

cellulose, isotopes stables, climat

Résumé

Les cernes d’arbres sont des objets d’étude exceptionnels qui permettent d’accéder à des séries continues, avec une résolution annuelle. Classiquement, on mesure l’épaisseur de ces cernes ou leur densité pour en extraire des informations climatiques. Les longues séries dendrochronologiques qui couvrent plusieurs centaines d’années sont construites par superposition des tronçons communs de séries successives. Les points de repères qui servent à effectuer des corrélations de série à série à des échelles régionales sont des cernes anormalement minces ou épais correspondant à des années qualifiées de « caractéristiques ». L’interprétation en termes climatiques de ces années caractéristiques n’est pas triviale car plusieurs facteurs peuvent engendrer un accroisement ou une diminution sensibles de la taille des cernes d’une année à l’autre. Par ailleurs, le vieillissement de l’arbre combiné à son augmentation de diamètre au cours du temps entraîne une diminution progressive de la taille des cernes qui n’est pas liée à des contraintes climatiques. Les corrections qui sont appliquées pour pallier cet inconvénient et corréler les séries entre elles tendent à lisser les variations à basse fréquence d’origine climatique. Des méthodes d’analyse de la composition isotopique (d18O, d13C, dH) de la cellulose des cernes d’arbres ont été mises au point ces dernières années. Les résultats obtenus sont encourageants. Cette méthode permet en particulier de s’affranchir des problèmes liés au vieillissement de l’arbre. Le développement de la méthode dans une perpective de reconstruction climatique suppose toutefois de calibrer les signaux isotopiques par comparaison entre différentes espèces et par rapport à d’autres traceurs climatiques. Plusieurs voies de recherche sont proposées ici pour exploiter de façon plus approfondie le potentiel très important des cernes d’arbres en tant qu’outils de reconstruction climatique. Tout d’abord, nous envisageons d’effectuer des comparaisons entre de séries dendrochronologiques et des séries de données climatologiques instrumentales, en utilisant des outils statistiques et des modèles d’analyse mathématique (ex : GEV). Nous souhaitons, par ailleurs, développer l’outil « composition isotopique de la cellulose ». Ce deuxième aspect de notre démarche peut lui-même être décomposé en trois volets. Nous proposons 1) d’effectuer des tests sur de nouvelles essences d’arbres (Larix, Abies, Polylepsis, Pinus koraienis,etc…) et sur des bois anciens pour augmenter le potentiel spatial et temporel de la méthode isotopique, 2) de comparer les résultats de l’analyse isotopique de séries datées à différents « proxies » climatiques (données instrumentales récentes et historiques, d18O des précipitations et des carbonates d’ostracodes lacustres, bilan de masse des glaciers, dates des vendanges) et d’apprécier, par cette approche multiproxies, la variabilité du signal climatique à différentes échelles de temps (interranuelle à centéniale) et enfin 3) de comparer les résultats de modélisations écophysiologiques à des données isotopiques acquises en quelques sites clés. A terme, nous souhaitons établir un cahier des charges pour la mise en œuvre d’une modélisation de la croissance et de la composition isotopique de cernes d’arbres qui puisse être intégrée aux modèles de climat de l’Institut Pierre Simon Laplace, ce qui permettrait de tester le réalisme de la variabilité climatique simulée pour les derniers siècles.

Keywords

cellulose, isotopes stables, climat

Abstract

Tree rings give a unique opportunity to study continuous series with an annual resolution. Climatic informations are extracted from the width and density of the rings. Data are assembled into long composite chronologies by cross-dating individual series. “Caracteristic years”, used as tie points, correspond to unusually wide or narrow rings. Extracting climatic informations from tree rings is not straithforward because 1) the limiting factor may be acted upon by nonclimatic factors, 2) a part of low frequency trends is due to the normal physiological aging process. The isotopic analyses (d18O, d13C, dH) of cellulose has recently been developed. The results are promising. It has been shown, in particular, that the isotopic composition of the cellulose of trees is less susceptible to the “age effect” than ring width. However, calibration of the « isotopic dendroclimatology » towards other climatic proxies is still needed. Dendrochronologists, statisticians, palaeoclimatologists and geochimists propose to combine efforts to obtain quantitative relationships between tree rings and climate. The climate-tree rings relationship will be investigated through the confrontation of the dendrochronological data bank with historical meteorological data banks. In particular, the “caracteristic years” will be compared to the results of the statistical analysis of climatic extremes. Some aspects of the “isotopic dendroclimatology” tool will be developped. It is proposed 1) to adapt the “isotopic procedure” to various tree species and perform pionner analyses of the composition of the cellulose of sub-fossil woods, 2) to compare the isotopic signal (d18O, d13C, dH) of tree cellulose to other proxies (meteorological parameters, d18O in precipitations and in lacustrine ostracod calcite, glaciers mass balance, date of grape harvest), 3) to compare the ecophysiological model outputs to the isotopic compositions of wood cellulose in some well defined forested area. Eventually, we want to make a state of the art of the relationship between tree growth and isotopes incorporation in cellulose. The aim is to constrain climate models such as the model of Pierre Simon Laplace Institut.

Données