Scaling from an individual-based to a distribution-based model of forest dynamics. Application to a tropical rain-forest in French Guiana
Passage d'un modèle individuel à un modèle de distribution de la dynamique forestière. Application à une forêt dense tropicale humide de Guyane française
Résumé
A model of forest dynamics, considered as tool for forest management, can rely on different levels of stand description: tree, distribution or stand level. An approach is sought to build a model at an intermediary level between tree and stand, using the data from the experimental site at Paracou in French Guiana. First, the possibility to build a gap model is investigated from two points of view: by assessing whether the interaction variable used in gap models permits to explain the diameter increments observed at Paracou, and by assessing, on the other hand, whether the forest stand can be divided into independent cells. In both cases, results do not validate the gap model approach. However an individual-based distance-dependent model, that depends only on tree competition for light is obtained. This model is able to reproduce the joint diameter and height distribution observed at Paracou, as well as the tree spatial pattern on small distances (< 10 m). In a second stage, methods to change the level of description are defined, following two approaches. The first one is a theoretical approach that transposes the equations of a tree model into a distribution-based model using techniques for physics (Liouville theorem, mean-field approximation, moment method). This method is applied to the tree model that was built in the first stage. It appears that space plays for this model a role that cannot be circumvented. In a second approach, a model that mixes the tree level and the distribution level is built, the shift from the distribution-based component to the individual-based component occurring at 40 cm diameter. This model highlights the stochastic variability bound to the demography of large trees.
Un modèle de dynamique forestière, considéré comme un outil d'aide à l'aménagement forestier, peut reposer sur différents niveaux de description du peuplement : arbre, distribution ou peuplement. Une approche est recherchée pour construire un modèle à un niveau de description intermédiaire entre l'arbre et le peuplement, en s'appuyant sur les données du dispositif sylvicole de Paracou en Guyane française. Dans un premier temps la possibilité de construire un modèle de trouées est évaluée sous deux angles : d'une part en regardant si la variable d'interaction des modèles de trouées permet d'expliquer les accroissements observés à Paracou, d'autre part en testant si le peuplement peut être découpé en placettes indépendantes. Dans les deux cas les résultats n'encouragent pas à la construction d'un modèle de trouées. Néanmoins un modèle arbre dépendant des distances, qui ne tient compte que de la compétition pour la lumière est obtenu ; ce modèle permet de reproduire les distributions diamétriques et en hauteur ainsi que la répartition spatiale à grande échelle (< 10 m) observées à Paracou. Dans un deuxième temps des méthodes pour changer de niveau de description sont établies, en suivant deux approches : la première est une approche méthodologique permettant de transposer les équations d'un modèle arbre en un modèle de distribution en utilisant des techniques issues de la physique (théorème de Liouville, approximation du champs moyen, méthode des moments). Cette methodologie est appliquée au modèle arbre construit dans la première partie. Il en ressort que l'espace joue dans ce modèle un rôle qui ne peut etre négligé. Dans une deuxième approche un modèle qui mélange le niveau individuel et le niveau distribution est construit, la transition de la composante distribution à la composante individuelle s'effectuant au diamètre de 40 cm. Ce modèle met en évidence la variabilité stochastique liée à la démographie des arbres de grande taille.
Mots clés
sylviculture forêt tropicale
Guyane francaise
aménagement forestier
dynamique végétation
variabilité spatiale
peuplement forestier
modèle mathematique
échelle spatiale
répartition spatiale
trouée végétation
distance interindividuelle
compétition interindividuelle
agrégation
forêt ombrophile tropicale