Reconstruction des surfaces brulées à partir des particules de microcharbon préservées dans le sédiment marin – BRAISE

Le projet BRAISE se concentre sur les sédiments marins à moins de 500 km des côtes sur un transect Nord-Sud de l'océan Atlantique Est (Europe du Nord à l'Afrique australe y compris l'éco-région méditerranéenne). Ce transect a été spécialement choisi parce qu'il offre un bon échantillonnage des différents types de climat et de végétation moderne (de la toundra au désert). Il fournit également un gradient dans le niveau de feu, car certaines régions sont aujourd'hui caractérisées par des niveaux élevés de feu et d'autres par des niveaux faibles. Ce transect devrait donc fournir une base raisonnable pour reconstruire des relations à grande échelle entre l’accumulation de charbon dans le domaine marin et le régime des incendies sur le continent. L’approche méthodologique de BRAISE repose sur la collecte de données et de métadonnées de charbon sur des échantillons marins récents et la création d’une base de données BRAISE; la compilation de données basées sur le système d'information géographique (SIG) continent-océan et de données sur le régime des feux à partir d'observations satellites ; des analyses exploratoires sur les relations quantitatives entre l'accumulation de charbon et les paramètres du régime des feux; la production de deux nouveaux enregistrements des paléofeux couvrant l'Holocène sur lesquels la calibration pourra être appliquée dans le futur.

L'abondance et la forme des microcharbons trouvés dans des échantillons de sédiments marins de surface, collectés au large de la Péninsule Ibérique (Genet et al. 2021) et de l'Afrique (Haliuc et al. 2023), ont été examinées et comparées aux données satellitaires concernant les incendies (nombre, taille, intensité) ainsi qu'aux types de végétation brûlée et aux conditions climatiques récentes. Une modélisation numérique utilisant le modèle de transport par les vents Hysplit (dépôt humide et sec) a montré que les microcharbons présents dans les sédiments marins reflètent l'activité des feux dans le bassin hydrographique le plus proche (Haliuc et al. 2023). Des incendies de grande intensité ont été identifiés par une forte présence de petits microcharbons allongés dans les sédiments marins au large des zones présentant une végétation mixte pour la Péninsule Ibérique (Genet et al. 2021) et des écosystèmes mixtes de graminoïdes en Afrique (Haliuc et al. 2023).

L'utilisation de cette calibration sur une archive sédimentaire prélevée en eaux profondes au large de la Péninsule Ibérique a révélé un changement dans le régime des feux à partir de 8000 ans, avec l'apparition de feux rares mais très intenses, liés à une dégradation progressive de la forêt méditerranéenne et à l'expansion des zones arbustives. L'application de cette calibration à une carotte marine prélevée au large de la Namibie a mis en évidence la récurrence d'incendies significatifs et intenses, en lien avec les variations climatiques à l'échelle orbitale, qui se sont propagés dans les savanes herbeuses ouvertes d'Afrique australe au cours des 190 000 dernières années (Daniau et al. 2023). Enfin, l'application de cette calibration à une archive sédimentaire marine du Golfe du Lion, couvrant les 8200 dernières années, a permis de reconstituer les évolutions des paléo-régimes de feux dans le sud-est de la France, mettant en lumière un contrôle constant des incendies par le vent dans cette région (Genet et al. 2025).

Les résultats sur la calibration de l'ensemble du bassin ouest de la Méditerranée viennent d'être présentés (Genet et al. soumis, Quaternary Science Reviews). Ce travail a prouvé que l'allongement moyen était un facteur solide pour identifier le type de végétation qui a brûlé.

En outre, une concentration plus élevée de microcharbons pour un même type de végétation brûlée indique une augmentation de la fréquence et de l'intensité des incendies.

L’abondance et la morphologie des microcharbons peuvent tracer l’intensité relative des incendies dans les domaines subtropicaux. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour interpréter les enregistrements des paléofeux : une variation dans la concentration de microcharbons signalera un changement dans le régime des feux pour un même type de végétation, tandis qu'une variation de concentration accompagnée d'un changement de végétation indiquera un changement dans le type de végétation brûlée (et non un changement dans le régime des feux). La synthèse des résultats de ces travaux soulèvent soulèvent plusieurs questionnements scientifiques:

- Peut-on aller plus loin et développer des relations quantitatives avec des variables climatiques pour reconstruire les précipitations annuelles ou saisonnières dans les domaines subtropicaux ?

- Peut-on aller plus loin et développer des relations quantitatives avec des variables du régime de feux pour reconstruire l’intensité et les surfaces brûlées dans le passé dans la perspective d’améliorer les comparaisons modèles-données des feux ?

Daniau A.-L., Loutre M.-F., Swingedouw D., Laepple T., Bassinot F., Malaizé B., Kageyama M., Charlier K., Carfantan H. (2023) Precession and obliquity forcing of the South African monsoon revealed by sub-tropical fires. Quaternary Science Reviews, 310, 108128, ISSN 0277-3791, doi.org/10.1016/j.quascirev.2023.108128

Haliuc A., Daniau A.-L., Mouillot F., Chen W., Leys B., David V., Hanquiez V., Dennielou B., Schefuß E., Bayon G., Crosta X. (2023) Microscopic charcoals in ocean sediments off Africa track past fire intensity from the continent. Communications Earth & Environment, 4, 133, 1-11 - www.nature.com/articles/s43247-023-00800-x

Genet M., Daniau A.-L., Mouillot F., Hanquiez V., Schmidt S., David V., Georget M., Abrantes F., Anschutz P., Bassinot F., Bonnin J., Dennielou B., Eynaud F., Hodell D. A., Mulder T., Naughton F., Rossignol L., Tzedakis P., Sanchez-Goni M.F. (2021) Modern relationships between microscopic charcoal in marine sediments and fire regimes on adjacent landmasses to refine the interpretation of marine paleofire records: An Iberian case study. Quaternary Science Reviews, 270, 107148, doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.107148

L’évolution de l’activité future des incendies reste très incertaine car le feu est un phénomène complexe à modéliser. Les modèles empiriques utilisés pour les projections futures de feu ne prennent pas en compte les interactions entre climat, végétation et feu. Les modèles intégrant un processus couplé du système végétation-feu permettent d’inclure ces interactions. Il reste nécessaire cependant d’évaluer la performance de ces modèles en dehors des conditions climatiques modernes. Les enregistrements des paleofeux dans les archives marines offrent cette possibilité car ils couvrent un éventail large de différents climats. Malheureusement, la comparaison modèle-donnée reste limitée puisqu’il n’existe pas encore d’unités communes entre ces deux types de données. Le but du projet BRAISE est de développer une calibration qui, appliquée aux paléoenregistrements des feux, devrait fournir un nouveau jeu de données régionales des surfaces brûlées, pour des périodes clés du passé.