Description générale
La réserve utile (RU, exprimée mm) est un indice issu du calcul du bilan hydrique des sols qui représente la quantité d’eau disponible pour les plantes pour une période donnée (Thornthwaite, 1955). Elle est principalement dépendante des apports en précipitations, de la capacité du sol à stocker l’eau, du couvert végétal et de l’évaporation du sol. Cette quantité d’eau disponible pour les plantes évolue au cours de l’année en fonction des apports et des départs, dans la limite de la réserve utile maximale du sol (RUM), qui représente la quantité maximale d’eau qu’une plante peut extraire d’un sol donné. Pour ce calcul, la formule de Thornthwaite a été utilisée (Thornthwaite and Mather, 1955). Le déficit d’évaporation (DE) a également été calculé. Il représente la quantité d’eau manquante dans le sol pour satisfaire les conditions d’évaporation et de transpiration. Il a été calculé par la différence entre l’ETP (évaporation et transpiration potentielle, estimée sans restriction d’alimentation en eau) et l’ETR (évaporation et transpiration réelle, calculée en fonction de la RU disponible). C’est un indice de stress hydrique. La réserve utile et le déficit d’évaporation en eau ont été calculés mensuellement depuis 1961, et ces donnée sont mises à disposition dans l’espace de téléchargement. Les valeurs moyennes de la période 1991-2020 sont visualisables dans l’interface dédiée.
Le calcul de la RU et du DE nécessitent de combiner pour chaque mois des données de températures et de rayonnement solaire afin de calculer des ETP avec la formule de Turc (Turc, 1961), ainsi que des précipitations et des valeurs de réserve en eau maximale des sols afin d’estimer le stock d’eau disponible. Les modèles de ces différentes données ont été élaborés au sein de l’UMR SILVA selon une méthodologie propre à chacune d’entre elles (Piedallu et al., 2007, 2011, 2013). Les modèles climatiques (pluie, température, rayonnement solaire) ont pour caractéristique d’essayer de prendre en compte au mieux les effets topographiques, y compris locaux. Le modèle de RUM intègre la profondeur du sol, la texture, et la charge en cailloux.
Principales limites d’utilisation
Le bilan en eau des sols est complexe à estimer et le modèle mis en œuvre pour la réalisation des cartes est une version très simplifiée. Les données de climat utilisées correspondent à celles observées au sommet de la canopée. La profondeur d’enracinement, les flux latéraux en eau, l’interception du couvert végétal ou les effets liés à la neige ne sont pas pris en compte bien que leur effet puisse être important. De même, l’approche au pas de temps mensuel et la prise en compte de la RUM dans le premier mètre de sol uniquement, constituent des limites certaines.
Les données mises à disposition ont été calculées à l’aide de modèles présentant des imprécisions non homogènes dans l’espace. Il n’est pas possible de valider les réserves utiles et les déficits d’évaporation, faute de mesures indépendantes. Par contre, chacune des composantes du modèle de bilan hydrique ont été validées séparément avec un jeu de données spécifiques, permettant de déterminer la qualité des prédictions des variables élémentaires à l’échelle de la France. Ces valeurs sont fournies dans les fiches du portail SILVAE correspondant aux composantes concernées. La capacité prédictive des indices de RU et de DE a été évaluée pour prédire différentes composantes de la dynamique forestière, et comparée à celle d’indices élémentaires (pluies, bilans hydriques climatiques, etc.). Les RU ou les DE ont ainsi de meilleures performances à prédire la distribution des espèces (Piedallu et al., 2013, 2016), la productivité des forêts (Piedallu et al., 2019), et la mortalité de certaines essences (Piedallu et al., 2022), démontrant la pertinence de ces indices.
La qualité de ces données a été estimée à l’échelle de la France, mais reste peu connue à des échelles plus fines, et n’a pas été déterminée hors forêt où elle est probablement moins bonne du fait de l’éloignement des points de mesure et des différences de sol. Il est possible que localement, les valeurs ne soient pas cohérentes avec la réalité, particulièrement du fait des RUM qui peuvent fortement varier localement. Pour une utilisation opérationnelle, il est ainsi recommandé de vérifier la cohérence locale des données sur le terrain.
Les références bibliographiques
Lebourgeois, F., Piedallu, C., 2005. Appréhender le niveau de sécheresse dans le cadre des études stationnelles et de la gestion forestière? Notion d’indices bioclimatiques, méthode d’estimation de l’évapotranspiration potentielle. Revue forestière française, 57 (4), pp.331-356.
Piedallu, C., Gégout, J.-C., Perez, V., Lebourgeois, F., 2013. Soil water balance performs better than climatic water variables in tree species distribution modelling. Global Ecology and Biogeography, 22 (4), pp.470-482
Thornthwaite, C.W. & Mather, J.R., 1955. The Water Balance. Publications in climatology, 8 (1), pp. 5-86.
Piedallu, C., Gégout, J.-C., Lebourgeois, F., Seynave, I., 2016. Soil aeration, water deficit, nitrogen availability, acidity and temperature all contribute to shaping tree species distribution in temperate forests. Journal of Vegetation Science, 27 (2), pp. 387-399
Piedallu, C., Dallery, D., Bresson C., Legay, M., Gégout, J.-C, Pierrat R., 2022. Spatial vulnerability assessment of silver fir and Norway spruce dieback driven by climate warming. Landscape Ecology, 38 (2), pp.341-361.
Piedallu, C., Cheret, V., Denux, J.-P., Perez, V., Azcona, J.-S., Seynave, I., Gégout, J.-C., 2019. Soil and climate differently impact NDVI patterns according to the season and the stand type. Science of the Total Environment, 651 (Part 2), pp.2874-2885.
Turc, L., 1955. Le bilan d’eau des sols : relations entre les précipitations l’évaporation et l’écoulement. Annales Agronomiques, 6, pp. 1-131.