Dynamique spatio-temporelle de la forêt tropicale

Spatio-temporal dynamics of the tropical rain forest

¹ Service de Physique de l'État Condensé, CEN Saclay l'Orme des Merisiers, 91191 Gif-sur-Yvette, France.
² Department of Ecology and Evolutionary Biology, Guyot Hall, Princeton University, Princeton NJ 08544-1003, USA.
³ Laboratoire d'Écologie Terrestre, CNRS UMR 5552, 13 avenue du colonel Roche, 31029 Toulouse Cedex 4, France.

Résumé

Les mécanismes régissant la dynamique des écosystèmes forestiers sont complexes, de l'établissement des plantules à la pollinisation et la dispersion des graines, transportées par les animaux, l'eau ou le vent. Ces processus sont d'autant plus divers que l'écosystème abrite un large nombre d'espèces et de formes végétatives, comme c'est le cas dans les forêts tropicales humides. Leur prise en compte et la compréhension de leur importance relative doit passer par la définition de modèles. Je présente une revue des différents mécanismes fondamentaux dans la dynamique d'une forêt — photosynthèse, croissance des arbres, reproduction, mortalité — ainsi qu'une description du passé et de l'actuel des forêts tropicales humides. L'ensemble de ces informations est utilisé pour construire un modèle de dynamique forestière spatialement explicite, dont l'unité de description est l'arbre. Des modèles simplifiés sont déduits de celui-ci pour poser des problèmes plus spécifiques, comme la résilience de la forêt aux perturbations climatiques, ou la dynamique des interfaces forêt-savane. Le dernier aspect abordé est la description spatiale et temporelle de la biodiversité des plantes tropicales. Une introduction détaillée à la problématique est fournie, et les modèles permettant d'expliquer le maintien de la biodiversité sont comparés. Ces modèles incluent des approches non spatiales (marches aléatoires avec branchement-annihilation), ou spatiales (modèle des électeurs avec mutation).

Abstract

Mechanisms which drive the dynamics of forest ecosystems are complex, from seedling establishment to pollination, and seed dispersal by animals, running water or wind. These processes are more complex when the ecosystem shelters a large number of species and of vegetative forms, as it is the case in the tropical rainforest. To take them into account, we must develop and use models. I present a review of the fundamental mechanisms for the of a natural forest dynamics — photosynthesis, tree growth, recruitment and mortality — as well as a description of the past and of the present of tropical rainforests. This information is used to develop a spatially-explicit and individual-based forest model. Simplified models are deduced from it, and they serve to address more specific issues, such as the resilience of the forest to climate disturbances, or savanna-forest dynamics. The last topic is related to the spatio-temporal description of tropical plant biodiversity. A detailed introduction to the problem is provided, and models accounting for the maintenance of diversity are compared. These models include non spatial as well a spatial approaches (branching anihilating random walks and voter model with mutation).