FA 1.1 - Fluctuations passées de l'écotone forêt-savane

Justificatifs/enjeux
A la suite du programme ECOFIT coordonné par l’IRD en Afrique centrale dans les années 90, de nombreux projets de recherche ont permis de décrire l’histoire de la dynamique végétale du domaine forestier guinéo-congolais. Des phases de régression/expansion de la forêt sont mises en évidence au cours des derniers millénaires et montrent une grande sensibilité de cet écosystème aux changements climatiques. Toutefois de nombreuses questions comme la vulnérabilité de la biodiversité, la distinction entre l'impact de l'homme et du climat sur les paysages restent posées notamment sur les mécanismes et les couplages océan-atmosphère qui induisent les modifications des écosystèmes forestiers. Pour cela nous proposons de développer de nouvelles études sur un milieu plus sensible à la variabilité climatique, l'écotone forêt-savane, et de développer de nouveaux bio-indicateurs du climat. Trois secteurs clés localisés du Nord au Sud en bordure du massif forestier central atlantique seront privilégiés: le parc national du Mbam/Djerem au Cameroun, le parc national d’Odzala
en République du Congo et le parc national de la Lopé au Gabon. Ces sites localisés de part et d’autre de l’Equateur météorologique sont susceptibles de répondre aux forçages des 2 hémisphères (Ledru et al 2002). Nos focaliserons nos recherches sur les 5000 dernières années avec une résolution multi-décennale à séculaire.

Etat de l’art
Les programmes scientifiques (ECOFIT, ECOFAC, PALEOFORGA, PRIMUS, REGAB, IFORA, COFORCHANGE, C3A) ont permis d’améliorer nos connaissances sur l’histoire environnementale de l’Afrique centrale atlantique. Ils font apparaître que la forêt dense tropicale humide a subi de profondes modifications dans son expansion et dans sa composition floristique, pour l’essentiel liées à des changements climatiques. Il y a 6000 ans environ, la forêt occupait un espace plus important qu’actuellement. L’ouverture de la forêt s’est effectuée entre 4 000 et 2 500 BP selon les régions (Reynaud-Farrera et al., 1996 ; Alexandre et al., 1997 ; Nguetsop et al., 1998 ; Vincens et al, 1999 ; Schwartz et al., 2000a ). Cette phase sèche a favorisé l'expansion des savanes dans toute la zone de l’Afrique Centrale atlantique avec un maximum atteint vers 2300 BP (Ngomanda et al. 2009a). Elle a également contribué à une généralisation du peuplement humain et aux premières perturbations anthropiques (Oslisly 2001, Oslisly & White 2000). Depuis environ 1400 ans BP, des précipitations plus importantes ont permis à nouveau l’expansion de la forêt. L’optimum climatique de la période médiévale (~1100-800 BP) se caractérise par de nombreuses fluctuations des niveaux lacustres qui coïncident avec l’ouverture persistante de la canopée des forêts matures. Durant le petit âge glaciaire (~500-200 BP), les niveaux lacustres étaient bas et les forêts tropicales humides ont régressé et modifié leur composition floristique avec le passage d’une forêt sempervirente à une forêt décidue (Ngomanda et al. 2009b).

Objectifs
Notre projet consiste à définir les modalités et les mécanismes liés à la dynamique spatiale et temporelle de ces écotones forestiers. Nous proposons également de caractériser les changements sociétaux qu'ont pu induire ces modifications de l'environnement.

Démarches/méthodes
Notre démarche s'appuiera sur une analyse de terrain rigoureuse qui comprend un inventaire de la biodiversité, flore et insectes [notamment par la caractérisation de la biodiversité de groupes mal connus -faune du sol,  papillons de nuit- en utilisant le barcoding ADN (Rougerie et al. 2009) avec le soutien du Canadian Centre for DNA Barcoding], une phase de prospection des sites favorables aux analyses du passé, lacs ou marécages pour les carottes sédimentaires, profils de sols, repérage des feux de savanes, traces de l’occupation humaine, l'analyse de cartes, images satellites et photos aériennes, et la modélisation du paysage. Plus particulièrement nous caractériserons les écotones les plus dynamiques au cours des 60 dernières années qui nous servirons pour des tests référentiels et où des relevés botaniques, des études phénologiques et des relevés pédologiques sur transects et placettes seront effectués de façon systématique. Pour cela l’analyse des profils δ13C de la matière organique des sols sera essentielle et permettra de reconstituer la succession forêt et savane au cours du temps, grâce à la signature différente des plantes en C3 et des plantes en C4. Cette analyse géochimique sera associée aux datations 14C de la matière organique du sol ou de charbons, à l’étude sédimentologique et paléo-anthracologique in situ (traces de feux de savanes) ainsi qu'à l’analyse palynologique, L’intégration des processus locaux dans un modèle à l’échelle du paysage permettra en outre de tester différents scénarios des impacts climatiques et anthropiques au cours des 5000 dernières années. Site, instruments et outils Les sites d’étude seront localisés dans le parc national du Mbam et Ndjerem au Cameroun, le parc national d’Odzala en République du Congo et le parc national de la Lopé au Gabon. Les profils de sol seront effectués à la tarière pédologique ou à l’aide de fosses pédologiques ; Les marécages seront sondés à l’aide de carottiers adaptés. Le traitement chimique et les analyses seront effectués dans les laboratoires partenaires.

Résultats attendus

  • Détermination de l’âge des savanes et des différentes forêts sur la base de la biodiversité floristique, faunistique (invertébrés) et des datations au radiocarbone de profils de sols.
  • Evolution haute résolution des paléo-environnements des climats récents à partir de données palynologiques des séquences marécageuses
  • Evaluation de la vulnérabilité du contact forêt-savane Identification des relations entre le paysage, la biodiversité et l’homme au cours des derniers millénaires
  • Restitution des mécanismes et des modèles d’expansion des forêts sur les savanes pour une meilleure gestion de l’écotone forêt-savane dans le futur
  • Typologie des contacts et la caractérisation des lisières dynamiques
  • Modélisation des paysages et des écosystèmes
Coordinateurs fiche: 
Références fiche: 

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Axe: 
Axe 1 - Interactions, Paléo-environnements et peuplements humains anciens