Land use and land cover changes in South East Asia: The effects of land transformations on biophysical variables in Indonesia.
Thèse soutenue le 22-06-2018
Formation
Fonctions actuelles
Projet de thèse
Changements dans l’utilisation des terres et de la couverture terrestre en Asie du Sud-Est et leurs effets sur les flux de carbone et d’énergie dans l’atmosphère.
Laboratoires d'accueil
Unité de recherche: Ecologie fonctionnelle et biochimie des sols
Direction
Sous la direction de Prof. Dr. Alexander Knohl et Dr. Guerric Le Maire
Comité de pilotage
École doctorale
École doctorale GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau – n°584
Portée par l’Université de Montpellier
Résumé
Au cours des dernières décennies, l'Indonésie a connu des transformations spectaculaires des terres avec une expansion des plantations de palmiers à huile au détriment des forêts tropicales. L'Indonésie est actuellement l'une des régions ayant le plus haut taux de transformation de la surface terrestre dans le monde à cause de l'expansion des plantations de palmiers à huile et d'autres agricultures qui remplacent les forêts à grande échelle. Comme la végétation est un modificateur du climat près du sol, ces transformations à grande échelle ont des impacts majeurs sur les variables biophysiques de surface telles que la température de surface, l'albédo, les indices de végétation (NDVI), sur le bilan énergétique de surface et le partitionnement énergétique.
Ce travail de thèse vise à quantifier les impacts des changements d’usage des terres en Indonésie sur les variables biophysiques de surface. Pour évaluer ces changements à l'échelle régionale, des données de télédétection sont nécessaires.
Étant une variable clé de nombreuses fonctions écologiques, la température de surface (LST) est directement affectée par les changements de la couverture terrestre. Nous avons analysé la LST à partir de la bande thermique d'une image Landsat et produit une carte de température de surface avec une haute résolution (30m) pour les basses terres de la province de Jambi à Sumatra (Indonésie), une région qui a subi de grandes transformations au cours des dernières décennies. La comparaison des LST, albédo, NDVI et évapotranspiration (ET) entre sept différents types de couverture terrestre (forêts, zones urbaines, terres incultes, plantations de palmiers à huile jeunes et matures, plantations d'acacias et de caoutchouc) montre que les forêts ont des températures de surface inférieures à celles des autres types de couvert végétal, ce qui indique un effet de réchauffement local après la conversion des forêts vers des plantations. Les différences de LST atteignaient 10,1 ± 2,6 ºC (moyenne ± écart-type) entre les forêts et les terres déforestées. Les différences de températures de surface s'expliquent par un effet de refroidissement évaporatif des forêts, qui compense l'effet de réchauffement de l'albédo.
Basé sur des différences observées dans les variables biophysiques entre les plantations de palmiers à huile jeunes et matures, nous avons analysé trois images Landsat couvrant une chronoséquence de plantations de palmiers à huile pour étudier la dynamique des variables biophysiques de surface pendant le cycle de rotation de 20-25 ans des plantations de palmiers à huile.
Nos résultats montrent que les différences entre les plantations de palmiers à huile à différents stades du cycle de rotation du palmier à huile se reflètent dans les différences du bilan énergétique de surface, du partitionnement énergétique et des variables biophysiques. Au cours du cycle de rotation des plantations de palmiers à huile, les différences de température à la surface diminuent graduellement et se rapprochent de zéro autour du stade mature de la plantation de palmiers à huile de 10 ans. Parallèlement, le NDVI augmente et l'albédo diminue à proximité des valeurs typiques des forêts. Le bilan énergétique de surface et le partitionnement énergétique montrent des tendances de développement liés aux variables biophysiques et à l'âge des plantations de palmiers à huile. Les nouvelles plantations et les jeunes plantations (<5 ans) ont un rayonnement net plus faible que les plantations de palmiers à huile matures, mais ont des températures de surface plus élevées que les plantations de palmiers à huile matures.
Les changements dans les variables biophysiques, le bilan énergétique et la répartition de l'énergie au cours du cycle d’une rotation du palmier à huile peuvent s'expliquer par l'effet de refroidissement évaporatif précédemment identifié dans les forêts, qui compense l'effet de réchauffement de l'albédo. L'un des principaux déterminants de ce mécanisme est la couverture végétale au cours des différentes phases du cycle de rotation du palmier à huile. Le NDVI en tant qu'indicateur du couvert végétal a montré une relation inverse cohérente avec LST de différentes plantations de palmiers à huile âgés, une tendance qui est également observée pour différents types d'utilisation des terres dans cette étude.
Une analyse régionale et à plus long terme de la tendance LST entre 2000 et 2015 basée sur les données MODIS montre que dans la journée la température moyenne de Jambi a augmenté de 1,05 ºC, suivant la tendance des changements observés et dépassant les effets du réchauffement climatique.
Afin d'évaluer les effets de l'expansion du palmier à huile sur le climat, le bilan énergétique de surface, le partitionnement énergétique et les processus biophysiques jouent un rôle important et le cycle complet de rotation des plantations de palmiers à huile doit être envisagé. Basé sur nos résultats, nous construisons le cycle de rotation des plantations de palmiers à huile et les changements qui se produisent au cours du développement de la végétation de palmiers à huile.
Cette étude fournit des preuves que l'expansion des plantations de palmiers à huile et d'autres cultures commerciales entraîne des changements dans les variables biophysiques, réchauffant la surface du sol et augmentant ainsi l'augmentation de la température de l'air à cause du changement climatique. En utilisant des données Landsat à haute résolution, nous avons pu inclure les effets du changement d'utilisation des terres sur les variables biophysiques. Comprendre les effets du changement de la couverture terrestre sur les variables biophysiques peut soutenir des politiques concernant la conservation des forêts existantes, la planification et l'expansion des plantations de palmiers à huile et les mesures de boisement possibles. La connaissance des variables biophysiques, du bilan radiatif et de la répartition énergétique au cours du cycle de rotation du palmier à huile peut inclure de nouvelles pratiques de gestion susceptibles de réduire les conditions environnementales et microclimatiques extrêmes dans la phase initiale des plantations de palmiers à huile.
Soutenance
Devant le jury composé de :
- Prof. Dr. Alexander Knohl, Bioclimatology, University of Göttingen, Directeur de thèse
- Dr. Martial Bernoux, IRD Montpellier, Co-directeur de thèse
- Prof. Dr. Dirk Hölscher, University of Göttingen, Rapporteur
- Prof. Dr. Oleg Panferov, University of Bingen, Rapporteur
- Dr. Agnes Bégué, CIRAD UMR TETIS Montpellier, Examinateur
- Dr. Guerric LeMaire, CIRAD Montpellier, Invité
- Dr. Olivier Roupsard, UMR Eco&Sols CIRAD Sénégal, Invité
