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UTILISATION DES MODELES DE CROISSANCE ET DE QUALITÉ DU BOIS :

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UTILISATION DES MODELES DE CROISSANCE ET DE QUALITÉ DU BOIS :
UTILISATION DES MODELES
DE CROISSANCE ET DE QUALITÉ
DU BOIS :
LES ATTENTES DES FORESTIERS
P. DUPLAT
Le titre de cet article est probablement un peu abusif en faisant allusion aux attentes "des forestiers".
Je parle ici en mon nom, et en tant que membre d'un organisme chargé de la gestion à très long
terme de quelques millions d'hectares de forêts publiques. Les forestiers privés peuvent avoir un
point de vue tout différent.
Je me placerai en outre du point de vue de l'utilisateur à qui l'on propose un simulateur, en m'intéressant à ses entrées et à ses sorties et non aux modèles proprement dits que le simulateur emballe
et organise entre eux.
Je ferai référence en général à la futaie "régulière", à peu près monospécifique et équienne :
— une essence objectif,
— une révolution, avec un début et une fin, et une remise à zéro à chaque début de révolution,
— possibilité de consacrer 10 ou 20 % de la capacité de production des hommes et de la station
à autre chose que l'essence objectif, pour diverses raisons y compris de production intermédiaire ou
finale, mais sans remettre en cause le modèle de production et de gestion (travaux, produits) de l'essence objectif.
Mais je dirai aussi quelques mots au sujet de la forêt hétérogène.
DANS QUEL CADRE ET POUR QUOI FAIRE AVONS-NOUS BESOIN DE MODÈLES ?
Le cadre
C'est celui de la gestion d'un patrimoine, la forêt publique ; il montre une organisation des décisions
hiérarchisée de la façon suivante :
— Directives ou Orientations nationales de gestion (ONF),
— Orientations régionales forestières (toutes forêts),
— Directives ou Orientations locales d'aménagement (ONF)
avec "Guides de sylviculture"
— Aménagement des forêts (ONF)
avec "Programme d'action"
i
l -» PRÉVISIONS (travaux, récoltes)
J
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P. DUPLAT
C'est au niveau des directives et orientations locales d'aménagement, pour fabriquer de bons guides
de sylviculture, que nous avons vraiment besoin de modèles.
Pour quoi faire ?
Pour toute essence a priori intéressante dans un type de station donné, nous avons envie de pouvoir
simuler ce que donnerait l'application de n'importe quel guide de sylviculture imaginable par un forestier. L'ambition qui sous-tend cette envie est d'aboutir à des choix qui s'inscriront progressivement
dans les directives locales, sous la forme de "bons" guides de sylviculture : essence, façon de la
cultiver et produits attendus, pour chaque essence donnant de "bons" résultats sur la station considérée.
Ce qui est présenté ici comme une démarche empirique de recherche de bons scénarios pourrait être
remplacé, ou plutôt épaulé, par une démarche d'optimisation (recherche du scénario maximisant la
valeur d'une fonction donnée sous des contraintes données) ; les méthodes et logiciels le permettant
seront au point un jour ou l'autre. Ceci ne change rien à nos besoins : ce sont ces logiciels euxmêmes qui feront tourner les simulateurs de croissance et de qualité, mais ils ne pourront pas les
inventer.
En définitive, nous sommes demandeurs de modèles stratégiques décrivant l'évolution et les produits d'un peuplement régulier - type sur une révolution entière, dialoguant avec l'extérieur en un
langage opérationnel pour le forestier. Ils seront utilisés au niveau des directives locales d'aménagement.
Je ne pense pas en revanche que le forestier public ait besoin de faire des simulations à l'échelle
d'un peuplement réel en milieu de vie pour savoir ce qu'il deviendra si l'on fait ceci ou cela : il me
semble un peu vain, peut-être dangereux, voire contradictoire avec la démarche d'aménagement, de
chercher à optimiser la sylviculture de chaque peuplement indépendamment du reste de la forêt ou
de la région.
Plus généralement, n'oublions pas que les modèles sont aussi une façon de rassembler, résumer et
rendre opératoires les résultats de l'avancement des connaissances.
COUP D'ŒIL GÉNÉRAL SUR LE SIMULATEUR
L'intérieur
De l'intérieur du simulateur, je dirai seulement que, pour permettre une évolution au fil du progrès
des connaissances, il vaut mieux que ce ne soit pas un magma monolithique, mais plutôt un réseau
de modèles :
— ayant chacun une rationalité naturelle,
— ayant entre eux des communications claires et pertinentes ; ceci suppose une bonne coordination entre les fabricants des différents modèles.
S'il est normal que cette organisation interne soit complètement cachée pendant les simulations, il
est souhaitable que l'utilisateur la connaisse et la comprenne : le fournisseur du simulateur doit donc
en donner les éléments.
Les oreilles
Ces deux organes circulaires sur les côtés du simulateur sont les interfaces entre le réseau de
modèles d'une part, et les entrées et sorties qui sont spécifiées dans le langage de l'utilisateur
d'autre part.
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Introduction
Elles sont transparentes, quasi inexistantes, quand les modèles sont de même niveau (en gros :
modèle "peuplement") que le langage pratique du forestier.
En revanche, leur conception pose des problèmes, surtout en entrée, quand les modèles fonctionnent à un niveau plus fin que ce langage pratique. Par exemple, un modèle de type "arbre, dépendant des distances" demandera à chaque éclaircie qu'on lui désigne chaque arbre à enlever, alors
que nous décrirons les éclaircies dans les scénarios sylvicoles en termes de nombre de tiges, de
surface terrière, de critères qualitatifs... mais évidemment pas par une liste d'arbres. Il y a là un problème à résoudre par le constructeur du simulateur, et il est souhaitable que l'utilisateur connaisse
la solution adoptée. Notons que le même problème peut se poser entre modèles différents à l'intérieur du simulateur.
Les entrées et les sorties
Elles représentent ce que l'utilisateur fournit au simulateur (entrées) et ce qu'il en retirera (sorties).
C'est sur leur nature que vont s'exprimer les désirs du forestier, comme je vais maintenant le développer de mon point de vue. Je commence par les entrées, en suivant la logique du simulateur plutôt
que celle du désir qui privilégie évidemment les sorties.
SIMULATEUR
ENTREES
"forestières"
Évolution
du peuplement
Produits
Génétique
Station
Sylviculture
LES ENTREES DU SIMULATEUR
Elles touchent à trois domaines, qui sont les déterminants de la croissance et de la production forestière : la génétique, la station, la sylviculture.
Actuellement, la plupart des modèles résument la génétique et la station en un seul paramètre :
l'indice de fertilité, qui exprime le niveau plus ou moins élevé de la croissance en hauteur d'un peuplement régulier. Mais l'une comme l'autre peuvent avoir des effets propres sur la production indépendamment de la fertilité dont rend globalement compte l'indice en question : branchaison,
caractéristiques du bois (anatomie, couleur, molécules...), défauts (roulure, gélivure...), stabilité
mécanique du peuplement..., le tout à sylviculture donnée. En outre, le problème de la détermination
de l'indice de fertilité correspondant à une station pour une essence donnée n'est pas actuellement
bien résolu quand on ne dispose pas de références proches déjà installées : c'est en gros le problème des liaisons station-production, à ne pas occulter.
Il faut donc envisager d'expliciter en entrée du simulateur certains éléments concernant la
génétique et la station, autrement que par le simple moyen de l'indice de fertilité. Cela va avec un
développement corrélatif des modèles, déterminant quels sont les éléments pertinents et quels sont
leurs effets.
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La génétique
Implicitement, on se situe au moins au niveau de l'espèce (un modèle = une espèce) ; il est bon de
le rappeler, notamment dans le cas des chênes.
Au-delà, on ne sait pas grand-chose. Il faut chercher quelles sont les distinctions pertinentes, c'està-dire celles qui, à la fois, sont "praticables" et peuvent avoir une grosse influence sur la qualité des
produits. Ces distinctions pourront être faites sur une base génotypique (depuis l'appartenance à une
population... jusqu'à la présence de certains gènes ? ) ou phénotypique (valeurs moyennes de caractères bien héritables).
La tâche sera compliquée du fait que :
— il existe pour certaines essences une très forte variabilité phénotypique et génotypique individuelle à l'intérieur d'un même peuplement ;
— une partie de la sylviculture consiste à sélectionner phénotypiquement les arbres qui restent
après chaque éclaircie ;
— tout cela peut jouer fortement sur le produit final.
La station
Elle est à prendre ici au sens large, y compris le climat.
Il est souhaitable, puisque l'on parle des "attentes" des forestiers, que l'influence de la station sur la
croissance et la production, y compris ses aspects qualitatifs (la liaison station-production au sens
large), soit incluse dans le simulateur.
Ceci amènera donc, en entrée et dans le modèle, à caractériser la station de façon pertinente, c'està-dire accessible aux forestiers et rendant compte des facteurs influents. Pour ce faire, plusieurs
démarches sont envisageables :
— la démarche typologique ; les typologies existantes ne sont pas toujours satisfaisantes de ce
point de vue ; il faudra donc les améliorer pour qu'elles soient plus étroitement liées à la fertilité bien
sûr, mais aussi à la qualité, la stabilité... comme je l'ai dit plus haut ;
— la démarche factorielle, basée sur l'estimation quantitative de certains facteurs déterminants
pour la production et sa qualité ;
— une combinaison des deux.
La sylviculture
• Le langage
En entrée du simulateur, la sylviculture doit être définie en termes opérationnels pour le gestionnaire,
correspondant à des actions concrètement réalisables et quantifiables. On ne peut pas lui demander,
par exemple, d'enlever en éclaircie un tiers de la surface d'aubier du peuplement, ou de marteler
l'arbre n° 42... Ceci rejoint partiellement ce que j'ai déjà dit à propos des oreilles du simulateur.
Mais cela ne veut pas dire qu'il faut s'en tenir strictement au langage actuel : les forestiers sont prêts
à faire des progrès en utilisant des concepts nouveaux (comme celui de surface terrière en son
temps), s'ils sont accessibles et payants.
• Le point de départ
Les simulations doivent pouvoir démarrer à partir d'un état initial précoce, "avant sylviculture", et à un
âge connu car nous avons besoin d'un zéro explicite des âges pour parler de durée de la révolution.
Ceci pose problème. On peut imaginer des situations-type, du genre "régénération naturelle à la germination" ou "plantation juste exécutée avec 1 600 plants de 15 cm de haut par hectare". Mais on bute
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Introduction
alors sur l'explicitation dans le modèle des effets importants et parfois aléatoires des pratiques sylvicoles sur la régénération (dégagements, cloisonnement, abri...). Au moins dans un premier temps,
il serait peut-être plus sage de partir de situations-type un peu plus âgées, du genre "régénération
naturelle de 3 m de haut à 12 ans"...
Normalement, les situations de rattrapage (par exemple état à 50 ans d'un peuplement complètement
négligé) seront décrites par le simulateur lui-même, que l'on aura fait tourner sans aucune intervention à partir d'une situation-type de départ. Elles entrent donc dans le cadre général décrit ci-dessus.
Il est sage, néanmoins, d'envisager que le simulateur puisse tourner à partir de situations-type ou de
situations réelles quelconques, décrites dendrométriquement par l'utilisateur.
• Dépressages et éclaircies
La manière actuelle de les quantifier est probablement souvent pertinente : norme de densité, avec
date et type de chaque éclaircie, ou système équivalent. Le simulateur doit bien sûr vérifier que les
prélèvements correspondants sont compatibles avec l'état du peuplement.
Mais il faut envisager en entrée un certain nombre de précisions supplémentaires, que le simulateur
devra savoir utiliser jusqu'en ses sorties, par exemple :
— des indications plus explicites sur la sélection qualitative à réaliser,
— des spécifications concernant l'exploitation, pour leur effet sur l'évolution de la station,
— la possibilité de décrire une sylviculture très différenciée au profit d'une sous-population ; cela
ne concerne pas tant la désignation d'arbres-objectif en général que des situations comme celle du
"Protocole Chêne IDF" ou de l'élagage intensif d'une partie des arbres.
• Autres interventions
On peut penser notamment à la possibilité d'amendements ou de fertilisations.
LES SORTIES DU SIMULATEUR
Elles touchent à deux domaines, du moins les ai-je classées ainsi : l'évolution du peuplement et de
la station, la description des produits.
L'évolution du peuplement
II y a d'abord la caractérisation dendrométrique classique du peuplement à chaque instant, sans
oublier la mortalité ; ce sont, pour les habitués, les variables Ho, N, G, Dg, Do, Hg, V... On peut y
ajouter d'emblée la distribution des tiges en diamètre.
Nous voulons en outre certains renseignements sur l'évolution de la branchaison, au moins en
moyenne pour les dominants et pour les codominants :
— hauteur de la première branche vivante, abondance des gourmands, pour les feuillus,
— hauteur de la première branche vivante et de la première branche morte, pour les résineux,
— des indications sur la grosseur des branches vivantes, sous une forme à préciser.
Nous souhaitons aussi savoir si nos arbres dominants et codominants seront bien verticaux, ou plutôt
tordus et penchés.
Quand la sylviculture est fortement différenciée sur une sous-population, celle-ci doit être distinguée
dans tous les résultats ci-dessus.
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Nous avons enfin besoin de savoir quelle sera la stabilité mécanique du peuplement soumis au scénario sylvicole testé.
À ces renseignements de base, on peut envisager d'ajouter des informations concernant :
— la résistance du peuplement aux stress physiques normaux sur la station,
— la vigueur du sous-étage (et la prise en compte d'un effet possible sur la croissance des
arbres ? ),
— la facilité de la régénération naturelle,
— l'évolution de l'humus, des réserves minérales du sol...
Les produits
Nous avons évidemment envie de renseignements sur les produits de chaque coupe prévue par le
scénario sylvicole testé. Tant que les variations de dimension et de qualité entre les arbres prélevés
n'ont pas d'impact marqué sur la valeur unitaire en F/m3, on peut se contenter de renseignements
au niveau de l'arbre moyen de la coupe. Dans le cas contraire, il faut être plus fin : renseignements
par catégorie (d'arbres, de m 3 de bois...) avec, bien sûr, la ventilation du volume de la coupe en ces
diverses catégories.
À première vue, ces informations pourraient porter sur :
• Les dimensions et caractéristiques externes : diamètre, hauteur, volume, forme (défauts) de l'arbre,
de la "bille", de la "surbille".
• Les caractéristiques internes de la bille et de la surbille :
— largeur des cernes, et sa variabilité,
— l'épaisseur d'écorce, d'aubier,
— les caractéristiques mécaniques et technologiques intrinsèques, c'est-à-dire en l'absence de
défauts,
— l'histoire de la branchaison, se traduisant par l'abondance, la répartition, la grosseur des
nœuds,
— les défauts internes comme les pourritures et colorations du cœur, les fentes et roulures, la
fibre torse...
Tout ceci sonne un peu comme un catalogue de Prévert. C'est aussi probablement trop analytique
et difficilement utilisable tel quel. Il faudrait prévoir, en fin de circuit du simulateur, un module convertissant ces informations de base en volumes de diverses catégories normalisées et pertinentes visà-vis de la valeur du bois, pour autant que de telles catégories puissent être robustes à long terme.
Il est sage néanmoins de s'astreindre à passer par les renseignements de base qui ont, eux, un sens
robuste.
Il s'agit bien ici du produit de chaque coupe, et pas seulement de la récolte finale. À propos de celleci, notons d'ailleurs que l'histoire des arbres qui la compose n'est pas donnée par l'évolution de
"l'arbre moyen" du peuplement au fil de la révolution, qui n'est pas un arbre, mais une abstraction
(par exemple, l'évolution du diamètre moyen du peuplement ne décrit pas la croissance en grosseur
des arbres de la récolte finale).
DOMAINE DE VALIDITE ET PRECISION
Mon propos n'est pas de dire quels modèles (essence, région) nous voulons, et avec quelle précision ; je veux simplement rappeler que l'utilisateur d'un modèle ou d'un ensemble de modèles enclos
dans un simulateur doit connaître l'un et l'autre.
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Introduction
Le domaine de validité
Le domaine "couvert" par le simulateur doit être précisé avec chaque version, au fil des validations.
Ceci concerne les trois catégories d'entrées : génétique, station (y compris le climat), sylviculture.
Pour cette dernière, nous avons des attentes impérieuses : le domaine doit couvrir à peu près toutes
les sylvicultures imaginables, notamment du côté de la futaie claire avec pertes de production, et dès
le stade néo-natal.
Les validations sont bien sûr nécessaires, et demandent l'existence de réseaux de placettes de production permanentes bien conçus et bien suivis. Le Groupement d'intérêt scientifique "Coopérative
de données sur la croissance des peuplements forestiers", constitué des divers organismes forestiers
français, s'y emploie et l'ONF y participe activement.
La précision
L'utilisateur doit avoir une idée de la précision à laquelle il peut s'attendre sur les sorties du simulateur.
C'est un problème difficile vu la distance, en nombre de relations statistiques plus ou moins étroites,
qui sépare les entrées des sorties. Il est peut-être vain de vouloir expliciter et modéliser totalement
l'enchaînement des erreurs, mais il convient quand même d'essayer.
C'est surtout au fil des validations qu'on acquerra des informations pragmatiques sur cette question.
Les variations du climat
Les variations inter-annuelles du climat ne nous intéressent pas en tant que telles, mais seulement
par leur éventuel effet global sur la qualité (via l'irrégularité de la largeur des cernes, par exemple).
Je cite simplement pour mémoire les effets d'une variation tendancielle du climat au cours de la révolution.
ET LA FORET HETEROGENE ?
La forêt irrégulière mélangée pose de gros problèmes, au modélisateur comme au forestier qui veut
avoir une réflexion stratégique :
— les structures sont diverses, fluctuantes, difficiles à appréhender,
— le peuplement n'a pas d'âge ; il n'y a pas d'instants "début" et "fin", avec une remise à zéro
comme en futaie régulière,
— le nombre de degrés de liberté n'est pas limité par les contraintes découlant de l'équienneté
et de la monospécificité ; il est donc très grand...
Il y a quelques cas particuliers où le nombre de degrés de liberté est plus limité :
— peuplements que l'on contraint à rester dans un état stationnaire défini (composition en
essences et en dimensions...), du style futaie jardinée avec norme,
— peuplements mélangés mais équiennes (on régénère tout en même temps),
— taillis-sous-futaie classique, qui est un peu une combinaison des deux précédents.
Dans des cas comme ceux-là, je pense que l'on peut s'en sortir, et une bonne partie de ce que j'ai
dit à propos de la futaie régulière est transposable.
Dans le cas général, et sans parler des problèmes de modélisation, je ne conçois pas bien :
— ni ce que peut être une vision stratégique,
— ni comment on peut décrire une sylviculture de façon pertinente à la fois pour l'action et pour
la modélisation.
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Cela ne veut pas dire que la situation est sans espoir ; nous ferons des progrès. Mais mon sentiment
est que de réels progrès ne seront possibles qu'au prix de réelles innovations conceptuelles, comme
"l'invention" de la température en thermodynamique statistique : il nous faut découvrir des grandeurs
mesurables, qui aient un sens physique, et qui nous permettent d'appréhender un peuplement
hétérogène.
CONCLUSIONS
Nos interlocuteurs fabricants de modèles trouveront peut-être les attentes formulées un peu trop
copieuses. Mais, d'une part, les équipes de chercheurs ont sur le feu des produits qui vont dans le
bon sens et, d'autre part, je ne demande pas tout cela pour demain. Je termine en leur adressant
trois messages.
Tout d'abord, il ne faut pas attendre de tout savoir avant de produire un simulateur opérationnel : il
faut simplement limiter ses ambitions. S'il y a un maillon faible, plus ou moins hypothétique, dans la
chaîne, l'utilisateur doit en être informé explicitement.
Pour ce que l'on ne sait pas, il faut établir des priorités selon les enjeux et la faisabilité (existence
d'une variabilité importante que l'on préjuge explicable), sans rechercher une finesse illusoire aux
dépens de la robustesse. Les plans d'échantillonnage sont pour cela cruciaux. Les avancées successives seront intégrées au fur et à mesure dans les simulateurs, qui seront ainsi de vrais instruments de développement.
Enfin, nous, les forestiers, sommes ouverts au dialogue, et prêts à essayer d'intégrer dans notre
pratique des concepts nouveaux qui sembleraient pertinents.
P. DUPLAT
Département des Recherches techniques
OFFICE NATIONAL DES FORÊTS
Boulevard de Constance
F-77300 FONTAINEBLEAU
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