Modelling the Long-Term Effects of Climate Change and Silvicultural Systems on Rockfall Protection: A Case Study from the Slovenian Alps

Haut dans les montagnes, les forêts font bien plus que simplement pousser ; elles agissent comme des boucliers vivants. Lorsque des roches se détachent de falaises abruptes, les arbres peuvent les arrêter, ralentissant leur chute ou les capturant entièrement avant qu'elles n'atteignent les villages et les routes en contrebas. Cette fonction de protection est un service critique fourni par les forêts de montagne, mais elle n'est pas permanente. Les arbres qui forment ces boucliers sont des êtres vivants qui croissent, vieillissent et meurent, et leur capacité à arrêter les chutes de pierres dépend du nombre d'arbres, de l'épaisseur de leurs troncs et de leurs espèces. Désormais, le changement climatique ajoute une nouvelle couche de complexité. Des conditions plus chaudes et plus sèches peuvent stresser certains arbres, tandis que les décisions humaines concernant la gestion de la forêt — que l'on coupe des arbres, la manière de les couper ou qu'on les laisse tranquilles — détermineront l'aspect de la forêt dans les décennies à venir. La question à laquelle les gestionnaires forestiers sont confrontés n'est pas seulement de savoir comment produire du bois d'œuvre, mais comment maintenir l'efficacité de ces barrières naturelles pour les siècles à venir, même lorsque le climat change et que les arbres eux-mêmes évoluent.

Dans les Alpes slovènes, une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de répondre à cette question en regardant deux cents ans vers l'avenir. Ils se sont concentrés sur une forêt de protection spécifique située au-dessus du col de Ljubelj, un passage de montagne vital entre la Slovénie et l'Autriche. Cette forêt, qui couvre environ 75 hectares, est actuellement dominée par des hêtres européens, avec une présence significative d'épicéas de Norvège. Les chercheurs voulaient voir comment cette forêt évoluerait selon trois styles de gestion différents : la laisser totalement à l'abandon, utiliser un système de sélection qui retire des arbres individuels pour maintenir une canopée continue, ou utiliser un système de régénération par trouées (shelterwood) qui dégage des sections de la forêt par étapes pour encourager la nouvelle croissance. Ils voulaient également voir comment ces résultats changeraient si le climat devenait plus chaud et plus sec, comme projeté pour la région. Pour ce faire, ils n'ont pas attendu deux siècles ; ils ont utilisé de puissants modèles informatiques pour simuler la croissance de la forêt et le mouvement des chutes de pierres sur toute cette période.

Les chercheurs ont d'abord utilisé un modèle de croissance forestière appelé ForClim pour simuler le développement des arbres. Ils ont alimenté le modèle avec des données provenant d'un inventaire forestier réel réalisé en 2022, incluant le nombre d'arbres, leurs tailles et les espèces présentes. Ils ont ensuite lancé la simulation vers l'avant sur 200 ans selon différents scénarios : un scénario où le climat reste exactement tel qu'il est aujourd'hui, et un autre suivant une trajectoire d'émissions élevées qui rend la région nettement plus chaude. À l'intérieur de chaque scénario climatique, ils ont appliqué les trois règles de gestion différentes. Le modèle a calculé comment la forêt changerait en termes de densité d'arbres, de taille de troncs et de mélange d'espèces. Par exemple, dans le scénario de « non-gestion », la forêt était laissée à son propre sort, croissant et mourant naturellement. Dans le scénario de « sélection », les gestionnaires retireraient périodiquement certains arbres pour maintenir une structure forestière diversifiée et continue. Dans le scénario de « régénération par trouées » (shelterwood), les gestionnaires dégageraient de plus grandes parcelles d'arbres de manière cyclique pour permettre aux nouveaux semis de pousser dans l'espace ouvert avant de retirer les anciens arbres.

Une fois que l'ordinateur a généré les forêts futures, les chercheurs ont transmis ces données à un second modèle appelé Rockyfor3D. Ce modèle simule la physique des chutes de pierres. Il prend en compte le terrain, le type de roche et la structure de la forêt — spécifiquement le nombre d'arbres et l'épaisseur de leurs troncs — et calcule l'énergie qu'une pierre aurait lorsqu'elle frappe le sol. Si une pierre frappe un arbre, elle perd de l'énergie ; si elle passe par une brèche, elle conserve sa vitesse. En comparant l'énergie des pierres dans les différents scénarios futurs, les chercheurs ont pu déterminer quel mode de gestion offrait la meilleure protection. Ils ont examiné la protection moyenne fournie par la forêt, mais aussi les zones les plus critiques où les pierres pourraient encore frapper avec une force élevée.

Les simulations ont révélé que le choix du mode de gestion importait plus que le changement climatique lui-même pour les 40 à 60 premières années. À court terme, la gestion de la forêt dictait l'aspect des arbres et leur capacité à arrêter les pierres. Cependant, sur le long terme, le climat a commencé à remodeler la composition de la forêt. Dans tous les scénarios, la quantité de bois de hêtre a diminué. L'épicéa de Norvège, sensible à la sécheresse, a réagi différemment selon la gestion. Dans la forêt non gérée, l'épicéa a en fait augmenté, probablement parce que les arbres plus âgés déjà présents ont continué à croître et à survivre pendant longtemps. Mais dans les forêts gérées, particulièrement sous un climat plus chaud, l'épicéa a nettement décliné. Au lieu de cela, les forêts gérées ont vu une augmentation des arbres aimant la lumière, tels que le mélèze et le pin, ainsi que d'autres espèces de feuillus qui prospèrent dans des conditions plus chaudes.

En ce qui concerne la protection de la route en contrebas, les résultats ont montré un arbitrage clair entre la protection moyenne et la constance. Le système de régénération par trouées, qui implique de dégager de larges parcelles de forêt, a produit la protection moyenne la plus forte après 200 ans. Cela s'explique par le fait que le modèle a montré que la forêt deviendrait finalement très dense avec de jeunes arbres. Cependant, ce système présente un défaut majeur : il crée des périodes de protection très faible. Pendant la phase de régénération, lorsque les anciens arbres sont retirés et que les nouveaux sont encore petits, la forêt n'offre presque aucune défense, laissant la route exposée à des pierres à haute énergie. L'approche de « non-gestion » a commencé fort mais a perdu progressivement son efficacité sur deux siècles à mesure que la forêt vieillissait et que la densité des arbres chutait. Les chercheurs ont noté que ce déclin pourrait être encore pire dans la réalité, car le modèle ne tient pas compte de catastrophes soudaines comme les tempêtes de vent ou les épidémies d'insectes qui pourraient anéantir de larges sections d'une forêt non gérée.

Le système de gestion par sélection est apparu comme la stratégie la plus équilibrée et la plus fiable. Bien qu'il n'ait pas offert la protection moyenne la plus élevée lors de la dernière année de la simulation, il a offert la protection la plus stable au fil du temps. Parce que cette méthode maintient une canopée continue et évite de dégager de larges zones, la forêt ne traverse jamais une phase où elle est dangereusement clairsemée. La protection reste constante, avec moins de pics extrêmes d'énergie de collision des pierres sur la route. L'étude a révélé que le changement climatique n'a pas modifié le classement de ces stratégies ; le système de sélection est resté l'option la plus stable, que le climat soit resté le même ou se soit réchauffé.

Les chercheurs ont conclu que pour les forêts de montagne dont l'objectif principal est de protéger les infrastructures contre les chutes de pierres, le système de sélection offre la meilleure solution à long terme. Il évite les vides dangereux créés par les autres méthodes et maintient un bouclier constant contre les chutes de pierres. Bien que le système de régénération par trouées puisse sembler excellent en moyenne après deux siècles, ses périodes de vulnérabilité le rendent risqué pour les infrastructures critiques. L'étude a également souligné que, si le changement climatique modifiera les essences d'arbres qui croissent le mieux, la manière dont les humains gèrent la forêt a un effet plus immédiat et plus puissant sur la structure de la forêt et sa capacité à nous protéger. En choisissant de gérer la forêt de manière à maintenir une couverture continue, les gestionnaires forestiers peuvent garantir que ces barrières naturelles restent efficaces pour les générations à venir, même lorsque le climat qui les entoure change.