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Etude dendroclimatologique

Les étapes pour mener à bien une étude dendroclimatologique... et les programmes à connaitre

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Vous pouvez télécharger ici les nouveaux scripts écrits en 2012 par Pierre Mérian sous le logiciel gratuit R. Ces scripts permettent de traiter un dossier dendroécologique de l'interdatation aux calculs des fonctions de réponse et de corrélations.

1. Prélèvement des échantillons (=carottes="cores")

Le problème est de trouver un bon compromis entre le nombre d'arbres à considérer et le nombre de carottes par arbre à prélever. Les arbres sont généralement carottés à une hauteur de 1.30 m ('at breast height') à l'aide d'une tarière de Pressler. La tarière de Pressler, du nom de son inventeur en 1867, s'apparente à un tire-bouchon creux. Elle permet de prélever un petit cylindre de bois d'axe perpendiculaire à l'axe de l'arbre sondé. La hauteur à 1.30 m est la hauteur de référence en dendrochronologie. A cette hauteur, le travail de carottage est grandement facilité. De plus, on diminue les effets sur la croissance de la concurrence initiale et de la forme de la base du tronc (empattement). La croissance observée ainsi que l'âge des arbres seront donc ceux de référence à 1.30 m. Pour avoir l'âge réel de l'arbre, il faut donc ajouter un "certain" nombre de cernes c'est-à-dire d'années ; nombre qui peut varier de 3-5 ans à plusieurs dizaines d'années ! Ce sont généralement les arbres dominants (ou codominants) qui sont carottés. Pour des arbres poussant dans des conditions écologiques comparables, on a montré qu'il fallait au moins de 7 arbres pour obtenir des relations cerne-climat fiables et représentatives du comportement des arbres dominants du peuplement (Mérian, 2008, 1.18 MB).

Sur une "placette" d'observation donnée, on préconise donc de carotter au moins 7 arbres (de 10 à 15 étant une gamme correcte). Généralement, plus le nombre total d'arbres échantillonnés sera élevé (de 500 à plus de 2000 dans les études dendroclimatologiques à large échelle spatiale) et plus on pourra réduire le nombre de carottes prélevées par arbre. Quand l'échantillonnage est important, on prélèvera généralement une carotte par arbre. Plus le nombre d'arbres sera réduit et plus le nombre de carottes augmentera (2 à 4 carottes par arbre). Les arbres étant rarement totalement circulaires, le prélèvement de plusieurs carottes permet d'avoir une idée beaucoup plus précise de la variabilité intra-arbre et une meilleure estimation de la croissance. On peut bien sûr travailler sur rondelle... le désavantage évident est que cela entraîne la mort de l'arbre ! Les échantillons sont prélevées à l'aide d'une tarière de Pressler. Les plus courantes mesurent de 50 à 80 cm de long et permettent donc d'obtenir des échantillons de 50 à 80 cm au maximum. Les trous sont rebouchés avec des tourillons (hêtre) traités avec un fongicide et les plaies de l'écorce recouvertes d'un baume cicatrisant. Il existe depuis quelques années des carotteuses thermiques qui facilitent grandement la phase de carottage (10 à 30 secondes pour une faire une carotte !).

carottage motorisé

Voir la vidéo du carottage (57 secondes)

2. Préparation des échantillons

Avant la mesure, les carottes doivent être préparées de façon à rendre plus visibles les limites des cernes. Les échantillons peuvent être planés (photos ci-dessous) ou poncés. Après la préparation, la carotte doit être parfaitement plane et les limites des cernes bien visibles. Le planage doit se faire perpendiculairement au fil du bois.

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Etapes carottage

carottes boites carton   carottage coeur large

Après planage, les carottes sèches sont stockées dans des boitiers cartons fabriqués sur mesure. 
La figure ci-contre présente une méthode d'estimation du nombre de cernes manquants quand la carotte ne passe pas à cœur. Pour connaître le nombre de cernes à ajouter on mesure d'abord la distance (d) entre le cœur théorique et le dernier cerne mesuré puis on calcule la largeur moyenne (l) des 5 derniers cernes mesurés. Le nombre de cernes à ajouter est donné par d/l.

3. Mesure des largeurs de cernes

Les systèmes de mesures des largeurs des cernes sont multiples : analyse d'images et scanner, machine Eklund, banc manuel LINTAB associé à un enregistreur automatique type TSAPWin, banc manuel TREES, système vidéo-informatisé type "Becker" (INRAE, Nancy, photos ci-dessous). La précision des mesures est de l'ordre du 1/100 ième de mm.  Pour les mesures faites à partir d'images scannées, le système WinDendro est l'un des systèmes les plus utilisés (voir le site internet de Regent Instruments INC). Il existe un autre logiciel nommé CooRecorder également très utilisé. Quelque soit le type de système utilisé, la mesure des largeurs est une étape essentielle qui nécessite rigueur et précision.

Téléchargement : Catalogue 2009 SCIEM (Scientific Engineering &Manufacturing ) 2,1MB

Table de mesure LINTAB et logiciel TSAPWIN
Table Lintab
logiciel TSAPWIN
Système de scanner associé au logiciel Windendro (scanner, porte carotte et images des limites de cerne)(F. Lebourgeois, 2010)
image scanner
image scanner dessus
image scannée
cerne grossi
logiciel Windendro
CooRecorder
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Système vidéo-informatisé type "Becker" (INRA-Nancy)
Machine Becker
Images cernes

4. Interdatation et standardisation

L'interdatation est une étape essentielle qui vise à vérifier l'agencement synchrone des séries chronologiques. C'est avant tout une méthode visuelle ! (voir artice sur les "Skeleton Plots").

Pour les mesures réalisées avec CooRecorder, le programme CDendro facilite l'interdatation (image ci-dessous). Il existe également un autre programme (open source) CORINA développé par Cornell Tree-Ring Laboratory. 
Le progamme COFECHA très utilisé permet de vérifier d'une façon statistique la qualité de l'interdatation. Il fournit donc un certain nombre de statistiques importantes pour la suite des analyses. L'interface graphique pour ce programme s'appelle COREM  (programme non indispensable).

image dendro-référence

Pour plus d'information sur ce programme et les statistiques des cernes :

Grissino-Mayer, H. D. 2001. Evaluating crossdating accuracy: A manual and tutorial for the computer program COFECHA. Tree-Ring Research 57(2): 205-221.

Holmes, R. L. 1983. Computer-assisted quality control in tree-ring dating and measurement. Tree-Ring Bulletin 43: 69-78.

Fritts, H. C. 1976. Tree Rings and Climate. Academic Press, New York, 567 pp.

Cofecha référence
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Concernant la standardisation, l'un des programmes les plus utilisés est le programme ARSTAN. Ce programme a de nombreuses options qui permettent, in fine, d'obtenir des séries stationnaires dans lesquelles les "perturbations" sont éliminées. Pour télécharger le manuel (en anglais), cliquez ici "Arstan Manual"

 Document de cours (pdf) sur la standardisation et la modélisation climatique en téléchargement ici PDF 1,2MB

Program ARSTAN

5. Calculs des corrélations et des fonctions de réponse

Là encore, les programmes pour le calcul des fonctions de réponse sont multiples. Parmi les plus utilisés, on peut citer le récent programme Dendroclim2002 de Biondi, F. & Waikul, K (voir image ci-dessous). C'est un programme très simple à utiliser permettant de calculer des corrélations et des fonctions de réponse "bootstrapped" mais également de tester la stabilité temporelle des relations. Le programme associé ClimGraph de Tom Levanic permet une réprésentation graphique plus simple des fichiers *.sig produits par Dendroclim dans le cas d'une analyse de la stabilité temporelle des corrélations (Moving Intervals Correlations) (programme non indispensable).
 
 Biondi, F. & Waikul, K. 2004. Dendroclim2002: a c++ program for statistical calibration of climate signals in tree-ring chronologies. Computers and Geosciences 30: 303-311 

Boostrap

Parmi les autres programmes, on peut évidemment citer le programme développé par Harold C. Fritts  PRECON 5.17. Il a été (et reste encore) un programme de référence. Pour télécharger le manuel, cliquez ici "Precon Manual"

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