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

Résumé:

L’enjeu majeur est d’apporter une connaissance sur les variations passées du climat et sur ses interactions avec le couvert végétal et les peuplements humains, en recueillant et en analysant des données écologiques et archéologiques relatives à l’Holocène et plus particulièrement aux derniers 5000 ans. Ces informations permettront de mettre en perspective les changements en cours, en termes de réponse de la végétation aux changements globaux et d’adaptabilité de l’Homme face à ces modifications.

Enjeux : Depuis le début des années 60, l’Afrique centrale montre des modifications de la distribution saisonnière des précipitations. Des efforts de recherche issus de différentes communautés scientifiques sur l’origine des facteurs contrôlant la variabilité de la Mousson Ouest Africaine semblent privilégier le rôle important des températures des eaux de surface océanique (TSO) dont les changements favoriseraient l’installation de phases longues plus humides ou plus sèches, et des « feedback » positifs de la surface continentale exacerbant ces changements (Giannini et al. 2003, Hegerl et al. 2007). Cependant comment peut-on déterminer si cette récente aridification est une anomalie très particulière dans le contexte de la variabilité climatique de l’Holocène Supérieur ? Pour cela des enregistrements suffisamment longs dans le passé avec une résolution temporelle fine sont nécessaires afin de détailler les profondes perturbations ayant affecté les forêts tropicales humides. Seraient-elles dues à des changements climatiques naturels ou alors d’origine anthropique ? L’enjeu majeur de cet axe thématique est d’apporter des éléments de réponse en recueillant et en analysant des données écologiques et archéologiques au cours de l’Holocène et plus particulièrement au cours des derniers 5000 ans. Ces informations nous permettent de dresser des scénarios pour traiter les questions notamment de la réponse de la végétation aux changements globaux et l’adaptabilité de l’homme face à ces modifications. Depuis 1992, les programmes scientifiques (ECOFIT, ECOFAC, PALEOFORGA, PNEDC PRIMUS, ECLIPSE-INSU REGAB, IFORA, COFORCHANGE) ont permis d’améliorer nos connaissances sur les paléoenvironnements d’Afrique centrale montrant d’importants changements au cours des derniers millénaires. La mousson Africaine, qui était forte à l’Holocène Inférieur et Moyen va décroitre et une sérieuse perturbation du massif forestier s’est produite il y a 3000 ans BP, attestée par de nombreuses données palynologiques et géologiques obtenues à partir des dépôts sédimentaires lacustres situés au Congo (Elenga et al. 1996, Vincens et al. 1998), au Gabon (Ngomanda et al.2007) et au Cameroun (Reynaud-Farrera et al. 1996, Maley et Brenac 1998, Wirrmann et Bertaux 2001, Ngomanda et al. 2009, Vincens et al. 2010, Assi-Kaudjhis 2011). Les profils polliniques montrent qu’entre 3000 et 2500 BP les arbres des forêts pluviales furent brutalement remplacés par des plantes héliophiles pionnières et herbacées, caractéristiques des milieux forestiers dégradés et de savanes. Cette fragmentation du massif forestier congolais, synchrone avec des variations importantes du niveau de nombreux lacs de cette région et contemporaine des changements significatifs des températures moyennes des eaux de surface reconstruites pour le Golfe de Guinée (Weldeab et al. 2005), a été interprétée comme la réponse de la végétation à une aridification générale de l’Afrique centrale (Vincens et al. 1999, Elenga et al. 2004) due à un affaiblissement de la mousson Atlantique. L’optimum climatique de la période médiévale de l’Hémisphère Nord (1100-800BP) se caractérise par des fluctuations décennales des niveaux lacustres coïncidant avec l’ouverture persistante de la canopée des forêts matures. Durant le petit âge glaciaire (500-200 BP), les niveaux lacustres sont bas, le couvert des forêts tropicales humides diminue et on constate un changement du type de végétation, passant d’une forêt sempervirente à une forêt décidue (Ngomanda et al. 2007). Parallèlement les observations archéologiques montrent qu’au moment de la déprise forestière dans la partie sud du Cameroun et au Gabon, la densité des sites archéologiques se trouve considérablement augmentée alors qu’au Nord du Cameroun, le nombre d’occupation humaine est limité et inversement pendant la phase de reprise forestière : on parle de « People crash » (1300-1000 BP) dans la région de la Lopé au Gabon(Oslisly 2001). On note également la mise en évidence de la culture du millet en forêt vers 2200 BP qui n’est possible qu’en contexte plus sec (Kahlheber et al. 2009).

Ces résultats de dégradation du massif forestier sous-tendent deux hypothèses:

H1) l’homme colonise les milieux pendant les phases de dégradation forestière (expansion des savanes au détriment des forêts denses humides) puis quitte le milieu lors de la reprise forestière ;

H2) des épidémies ont décimé ces populations (paludisme, trypanosomiase...) lors du changement climatique.

Objectif : L’objectif de cet axe thématique est de caractériser le changement environnemental (contraction/extension du massif forestier, biodiversité), d’en étudier les causes, climatiques ou liées à l’action de l‘Homme. Plus précisément, il s'agit :

  • de reconstruire par les outils géochimiques, anthracologiques, et palynologiques l’évolution des conditions environnementales et du couvert végétal en Afrique centrale pour tout l’Holocène en utilisant l’information pédologique, sédimentologique et géomorphologique ;
  • de reconstruire quantitativement les changements paléoclimatiques par l’utilisation de la fonction de transfert pollen-climat (méthode PFT) et par l’utilisation de marqueurs moléculaires, et de déterminer les paramètres climatiques à l’échelle infra-mensuelle par l’utilisation des isotopes stables du carbone et de l’oxygène des carbonates afin d’estimer la saisonnalité des précipitations des eaux de surface ;
  • d’assurer un volet calibration des proxies sur quatre sites au Cameroun et au Gabon. Ces calibrations concernent les marqueurs géochimiques en fonction de la végétation locale et des conditions hydrologiques, les marqueurs moléculaires en fonction du pH, température et précipitation et la dispersion des espèces ;
  • d’étudier la dynamique des communautés en relation avec le climat et les activités humaines à travers la modélisation et l’observation de situations actuelles pour améliorer les connaissances tirées des paléo-enregistrements (FORSAT) ;
  • de procéder à des simulations de végétations pour l’Holocène avec le modèle LPJ en effectuant des tests de scénarios de précipitations pour voir quels changements de précipitations et de températures sont nécessaires pour expliquer le changement de végétation déduit des proxies ;
  • de confronter ces changements paléo-environnementaux d’Afrique centrale aux données archéologiques (zones et périodes d’occupation des sites).

Activité : On se propose d’analyser l’écotone forêt-savane (Fiche Action 1) sous ses aspects biologiques (flore/faune) et d’identifier ses fluctuations dans le passé par l’intermédiaire de profils de sols dont la composition organique garde la mémoire des paysages passés. Les échelles de temps considérées par cette fiche recouvrent à la fois les derniers millénaires avec un focus particulier sur les dernières centaines d’années au cours desquelles le climat est considéré comme le forçage majeur du changement environnemental. L’hypothèse de départ place le climat comme paramètre forçant principal et suggère que l’Homme s’adapte aux changements environnementaux dont la culture de millet peut en témoigner dans une région forestière qui aujourd’hui ne le permet plus. Cela n’exclut pas le fait que l’Homme puisse modifier les paysages par l’agriculture sur brûlis en forêt et par les feux de savane en contexte mosaïque forêt/savane. La seconde hypothèse suggère que les hommes, tout au moins les agriculteurs Bantous, sont vulnérables et qu’ils subissent plus qu’ils n’agissent sur leur environnement. Ce point nécessite d’étroites collaborations avec des épidémiologistes (Fiche Action 2). Afin de répondre à ces questions, il faut séparer le signal anthropique du signal climatique en exploitant les archives climatiques et anthropiques : sédiments lacustres, tourbières, fosses pédologiques, spéléothèmes, sites archéologiques, tradition orale et textes historiques...

Chacune de ces archives permet de retracer les histoires environnementales à différentes résolutions temporelles décennales, séculaires et millénaires, (Fiche Action 3). Les analyses radiocarbones 14C datent les longues séquences et le 210Pb retrace les changements des derniers 200 ans. Les isotopes stables du carbone et de l’azote pour les matières organiques retraceront les variations du couvert végétal et du climat. Les isotopes stables du carbone et de l’oxygène sont des indicateurs du système carbonaté de l’eau (CO2) et des précipitations et/ou changements de température de l’eau. Les isotopes de l’hydrogène (D/H) des matières organiques permettent de quantifier les précipitations (Fiche Action 4). Les fouilles archéologiques renseignent sur les ruptures culturelles souvent liées aux changements climatiques ; les spécialistes de l’archéobotanique, pollens, phytolithes, micro-charbons, diatomées permettent de reconstituer les flores et leur dynamique, et les variations des niveaux des lacs. Les éléments traces et majeurs des bassins versants et ceux des archives sédimentaires sont analysés pour déterminer l’origine du matériel (autochtone, allochtone).

Webographie:

ECOFIT (Ecosystèmes et paléoécosystèmes des forêts intertropicales): http://www.globalsav.free.fr/Cameroun/Kandara/ecofit.htm ECOFAC (Ecosystèmes Forestiers d'Afrique Centrale): http://www.cf.chm-cbd.net/cooperation/programmes/projet-ecosystemes-fore... PALEOFORGA (Les PALEOenvironnements des FORêts du Gabon): http://www.at.yorku.ca/c/a/h/i/01.htm PNEDC PRIMUS: ECLIPSE-INSU REGAB: IFORA: http://www.agence-nationale-recherche.fr/projet-anr/?tx_lwmsuivibilan_pi... COFORCHANGE: http://www.coforchange.eu