Bioclimatologie
Concepts et applications
S. de Parcevaux/L. Huber
Éditions Quae
Avant-propos
1
Introduction
3
Définition et place de la bioclimatologie3
Domaine et particularités de la bioclimatologie4
Constitution et organisation de l'espace5
Homogénéité et hétérogénéité de l'espace5
Organisation spatio-temporelle5
Quantité et qualité : énergie et information7
Systèmes et interfaces7
Structure, évolution et fonctionnement des systèmes8
Réflexions épistémologiques9
Laboratoire ou conditions naturelles9
Globalisme et réductionnisme10
Régime permanent, variable et transitoire11
Stratégies et tactiques adaptatives11
Modélisation12
1. Transferts d'énergie par rayonnement
Généralités15
Nature et qualité du rayonnement15
Interaction des rayonnements et de la matière17
Phénomènes élémentaires17
Réflexion : albédo, couleur17
Transmission : transparence, opacité, diffusion19
Absorption et émission : lois du rayonnement23
Hyperfréquences ou micro-ondes28
Quelques définitions concernant le rayonnement28
Mesure du rayonnement30
Principes et appareils30
Détecteurs thermiques30
Détecteurs quantiques34
Détecteurs hyperfréquences34
Unités34
Unités énergétiques35
Unités photométriques35
Unités photoniques36
Résultats37
Constante solaire37
Causes des fluctuations du rayonnement solaire reçu au sol37
Causes astronomiques : distance terre-soleil,
Déclinaison et équation du temps37
Causes atmosphériques : extinction et ennuagement37
Fluctuations du rayonnement solaire et de la durée d'insolation42
Variations des rayonnements de grandes longueurs d'onde42
Bilan du rayonnement : effet de serre46
Rayonnement net46
Bilan général47
Effet de serre47
Importance biologique et agronomique du rayonnement49
Interactions du rayonnement et des systèmes vivants50
Rayonnement et feuille50
Rayonnement et couvert végétal51
Effets des brise-vent sur le rayonnement54
Pénétration du rayonnement dans le pelage56
Importance écologique de l'éclairement et adaptation à l'ombrage56
Phototropisme57
Photopériodisme58
Lumière et différenciation des stomates60
Éclairage artificiel et croissance des plantes61
Applications agronomiques de la télédétection62
Signification des mesures62
Indices de végétation : biomasse et rendement64
Hyperfréquences, végétation et sol65
Conclusion66
Exercices67
2. Transferts dans l'air : vent
Généralités69
Circulation atmosphérique69
Caractéristiques et composition de l'atmosphère69
Pression atmosphérique : cyclone et anticyclone72
Forces s'exerçant sur une particule d'air73
Structure de l'atmosphère : couches limites76
Nature de l'écoulement au voisinage d'une surface79
Convection83
Processus des transferts atmosphériques86
Transferts en air calme par diffusion des constituants87
Transferts turbulents de la surface à l'atmosphère93
Mesure98
Mesure de la pression98
Mesure de la direction et de la vitesse du vent100
Les anémomètres soniques101
Les anémomètres thermiques102
Les anémomètres laser à effet Doppler102
Les anémomètres à pression dynamique103
Les anémomètres dont le capteur utilise l'énergie cinétique de l'air103
Mesure des flux turbulents au-dessus d'un couvert végétal104
Mesure des fluctuations104
Mesure des gradients106
Variations de la vitesse du vent dans la biosphère107
Échelle locale107
Profils107
Turbulence109
Échelle du paysage111
Échelle régionale113
Importance agronomique114
Dégâts dus au vent114
Érosion éolienne114
Effets sur les végétaux119
Transport des particules d'origine biologique (graines, spores, pollens)123
Généralités123
Dispersion atmosphérique des bioaérosols à l'échelle locale
(1 m-1 km)124
Dispersion des spores par éclaboussement de gouttes de pluie
(échelle : 1 cm-1 m)126
Dynamique et impact de polluants gazeux à l'interface biosphère-atmosphère127
Brise-vent et bocage130
Effets-d'un brise-vent isolé130
Effets d'un réseau de brise-vent (bocage)132
Conclusion133
Exercices134
3. Transferts de chaleur : température
Généralités135
Température et chaleur135
Rôle du bilan radiatif : effet de serre137
Propagation de la chaleur : conduction138
Notion de moyenne, d'amplitude, de normale139
Mesure (repérage)140
Principales méthodes de détermination de la température140
Mesures par contact140
Mesures à distance143
Indice actinothermique144
Résultats145
Variations en un même lieu dans le temps et l'espace145
Variations d'un lieu à un autre : climat et microclimat150
Évolution historique du climat151
Température et plantes : importance agronomique153
Action sur la croissance durant une phase de différenciation154
Somme des températures (cas où la variation est linéaire)155
Notion de Q10 : cas où la variation est exponentielle157
Action sur la différenciation157
Thermopériodisme158
Accidents dus aux températures extrêmes et concernant les plantes158
Par le froid159
Par le chaud (échaudage physiologique)166
Modifications du microclimat thermique167
Brise-vent et bocage167
Serre168
Conclusion169
Exercices171
4. Transferts d'eau et d'énergie
Généralités173
Propriétés et structure de l'eau : la liaison hydrogène173
Eau à l'état statique : eau libre, eau liée, eau de constitution177
Eau libre177
Eau liée182
Dynamique de l'eau190
Résistance, conductance190
Conductivité hydraulique191
Stomates192
Cycle de l'eau193
Apports au niveau du sol193
Pertes d'eau au niveau du sol : évaporation197
Mesure201
Teneur en eau, humidité201
Mesure de l'humidité du sol202
Mesure de l'humidité de l'air202
Mesure de l'humidité des végétaux204
Potentiel hydrique204
Potentiel hydrique des végétaux204
Potentiel hydrique du sol205
Précipitations206
Évaporation, évapotranspiration : bilan d'énergie208
Mesure de l'évaporation et de l'évapotranspiration208
Calcul de l'évapotranspiration210
Résultats211
Pluie211
Tension de vapeur d'eau dans l'air212
Potentiel213
Évaporation, évapotranspiration213
«Demande» climatique213
Déficit théorique214
Importance biologique et agronomique de l'eau216
Contraintes dues à l'eau216
Grêle216
Excès d'eau217
Persistance d'eau liquide sur la végétation220
Insuffisance d'eau : aridité221
Offre en eau du sol222
Infiltration223
Réserve en eau du sol (RU)224
Foisonnement du sol228
Demande : évapotranspiration, advection229
Eau dans la plante : point de vue dynamique232
Estimation de l'équilibre offre-demande : flux de sève233
Transpiration : réponse à la demande234
Absorption235
Plantes isohydriques et anisohydriques238
Modifications possibles à l'échelle agronomique de l'équilibre
offre-demande239
Importance de la durée du jour sur la demande instantanée243
Périodes sensibles, périodes critiques, coefficient cultural244
Adaptation à la sécheresse : esquive, évitement, tolérance246
Conclusion247
Exercices248
5. Transferts de gaz carbonique : métabolisme
Généralités251
Propriétés : diffusion, thermodiffusion252
Cycle du carbone253
Gaz carbonique et climat : effet de serre de l'atmosphère254
Métabolisme : respiration et photosynthèse254
Sources et puits. Respirations de croissance et d'entretien255
Mesure260
Résultats261
Bilan et évolution du gaz carbonique au niveau du globe261
Variations de la teneur en gaz carbonique dans une culture263
Importance agronomique263
Photosynthèse : facteurs limitants263
Photosynthèse et lumière264
Photosynthèse et température264
Photosynthèse et gaz carbonique265
Photosynthèse et eau267
Photosynthèse et azote267
Photosynthèse et indice foliaire268
Respiration269
Rôle et comportement des stomates en fonction des facteurs
du milieu270
Ordre de grandeur des résistances271
Régulation stomatique271
Effets de la sécheresse273
Efficience274
Efficience de conversion de l'énergie solaire274
Efficience de l'eau : importance de la diversité275
Production de biomasse, rendement, modélisation285
Influence du gaz carbonique atmosphérique sur la température
et les plantes287
Effet sur la photosynthèse d'une augmentation de la concentration
en gaz carbonique288
Effet sur l'efficience de l'eau289
Conclusion289
Exercices290
Conclusion
Quelques caractéristiques de la recherche en bioclimatologie291
Agrométéorologie292
Zonage agro-pédoclimatique294
Réflexions sur l'aménagement du territoire et l'utilisation de l'espace295
Fonctionnement des écosystèmes295
Exemples de changements souhaitables298
Villes nouvelles298
Bocages298
Écosystèmes et aménagement du territoire299
Possibilités de recherches en bioclimatologie300
Annexes
303
Références bibliographiques
307
Index
315