Intro Chapitre 1
Intro Chapitre 1
Intro Chapitre 1
COURS DE BIOCLIMATOLOGIE
LMD
2021/2022
Plan du cours
Généralité
Chapitre 1: Le Rayonnement et la production
Chapitre 2: La Température et la production
Chapitre 3: L’eau et la production
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Généralité
Définitions
Météorologie: Meteor = particules en suspension dans l’atmosphère
Logos = discours, connaissance
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Caractéristiques de quelques domaines bio-climatiques
Domaine Climats Végétations caractéristiques
bioclimatique
Domaine polaire Froid toute l’année (Tmoyenne du Absence de végétation ou tendra
mois le plus chaud < 10 °C) (végétation basse composé de mousse
et d’arbuste)
Domaine méditerranéen Hivers doux, Végétation buissonnante: maquis,
Orages parfois violents en automnes garrigue
Domaine tropical Chaud toute l’année/ Savane: végétation formée de hautes
Deux saisons nettes: une saison des herbes, d’arbuste et de quelques
pluies et une saison sèche arbres
Domaine équatorial Il fait chaud et les pluies sont Foret dense humide, toujours verte
abondante toutes l’année
Domaine aride Les P sont très rares, les T varient Steppe: végétation basse formée de
selon les désert: toujours dans les touffes d’herbes espacées. Lorsque
déserts du Sahara, des hivers froids c’est trop sec, absence de végétation
dans les déserts d’Asie centrale 6
Quotient pluviométrique d’Emberger
Le quotient d’Emberger est destiné à caractériser le climat méditerranéen et ses
nuances. IL sert à définir les cinq différents types de climats méditerranéens, depuis le
plus aride (Saharien), jusqu'à Humide. Le quotient pluviométrique d’Emberger (1952)
nous permet de déterminer l’étage bioclimatique selon la formule suivante
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Combinaison entre Quotient pluviométrique d’Emberger avec m
(Abaque de Sauvage)
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Application 1:
mois J F M A M J J A S O N D
T
11,33 11,7 13,55 15,185 18,665 22,645 25,2 26,59 24,13 20,325 15,22 13,005
moyenne
P (mm) 92,2 74,5 45,2 64,1 46,3 7,3 2 16,5 24,7 43,3 93,1 87,4
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Correction
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Application 2:
Tableau: Les températures et précipitations des dix dernières années.
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
M(°C) 31,8 35,1 32,9 31 31,5 32 33,3 33,8 33,2 33,8 34,8 33,7
m(°C) 2,7 5,7 5,6 7 4 5,5 4,9 2,1 3,6 3,6 5,4 5,7
P(mm) 489,8 450,8 555 808 545 610 807 280 441 488 736 704
M =33,07°C ; m = 4,65°C
P = 576,21 mm
Q = 69,4
65 < Q < 130 Climat sub_humide à hiver tempéré
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Météorologie
Climatologie
Décrit et explique les relations entre les
Bioclimatologie facteurs climatiques et les êtres vivants ou
leurs communautés.
Climatologie Biogéographie
Rayonnement et production
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1. Atmosphère: composition et stratification thermique
1.1. Composition de l’atmosphère
L’atmosphère est une couche d’air d’environ 800 km d’épaisseur qui entoure le
globe terrestre.
L’air atmosphérique est un mélange d’air sec et de vapeur d’eau
L’air sec est composé de plusieurs gaz dont les proportions sont:
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2. Rayonnement et production
Le rayonnement solaire, est la principale source d’énergie pour le système constitué par
la Terre et son atmosphère.
Il représente la base des processus de la production végétale.
Il joue un rôle important aussi bien sur le plan énergétique (échauffement,
refroidissement) que biologique (photosynthèse, croissance, développement…).
L’ensemble des réactions qui utilisent l’énergie lumineuse pour la fixation de carbone
du CO2 atmosphérique sous forme de glucides s’appelle photosynthèse, l’énergie
lumineuse est alors transformée en énergie chimique.
2.1 Rayonnement électromagnétique (Lois générales)
Le rayonnement c’est un terme général désignant toute forme d’énergie en déplacement
(lumière, son, …).
Quand le transfert d’énergie s’effectue à travers des oscillations de champ
électromagnétique il s’agit d’un rayonnement électromagnétique. C’est le rayonnement
émis par tout corps physique.
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Ces oscillations correspondent à des ondes caractérisées par leur longueur d’onde où
leur fréquence.
Toutes ces ondes électromagnétiques se déplacent à la même vitesse de lumière, soit
C=3*108 m/s dans le vide et également dans l’air.
Le domaine dans lequel peuvent varier la fréquence ou la longueur d’onde des ondes
électromagnétiques est très vaste et correspond à ce que l’on appelle le spectre du
rayonnement électromagnétique
Avec n: durée d’insolation réelle (h); N durée maximale du jour (h); Ra: rayonnement
extraterrestre (MJ m-2 j-1), a et b varient en fonction des conditions atmosphériques
(humidité, poussière…) et du rayonnement solaire (latitude, mois).
En Tunisie, les valeurs de a et b sont : a= 0,16 et b= 0,59
Dans l’absence des coefficients déterminés par calibration, les valeurs de a=0,25 et b=0,5
sont recommandées.
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2.2.2. Rayonnement terrestre
Etant donnée que la surface terrestre se comporte comme un corps noir, le rayonnement
absorbé réchauffe le sol et devient ensuite une source pour l’atmosphère.
Comme on peut déjà le remarquer la plupart des surfaces naturelles ont des émissivités
de l'ordre de 0,9.
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2.2.3. Rayonnement de l’atmosphère
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Ce processus, complexe, se perpétue jusqu'à ce que la teneur en vapeur d'eau dans
l'atmosphère devienne très faible - au niveau de la stratosphère - là, enfin de compte
la majorité de l'énergie émise vers le haut peut s'échapper vers l'espace extraterrestre.
Effet de serre
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Les principaux polluants gazeux sont le dioxyde de carbone (CO2), le méthane
(CH4), et le protoxyde d'azote (N2O), du dioxyde de soufre (SO2), les composés
organiques volatils (COV), le monoxyde de carbone (CO) et l’ozone
troposphérique issu des réactions photochimiques des NOx avec les COV.
La contribution approximative à l'effet de serre des principaux gaz :
- vapeur d'eau : 60 %
- dioxyde de carbone : 26 %
- ozone : 8 %
- méthane : 2 %
- oxyde nitreux : 2 %
L'énergie IR reçue par la surface de la terre en provenance de l'atmosphère (I) est de:
𝑰 ↓= 𝝈𝑻𝒂𝒕𝒎𝟒
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2.2.4. Rayonnement net : bilan radiatif
Le bilan radiatif est la résultante des densités des flux des rayonnements électromagnétiques
descendants (+) et ascendants (-) par unité de surface.
La quantité d'énergie solaire reçue peut varier, par exemple à cause de la variation
de l'angle d'inclinaison de l'axe terrestre.
La fraction d'énergie réfléchie (albédo) peut varier si les caractéristiques des nuages
ou de la surface terrestre changent, comme par exemple la surface recouverte par les
glaces, les océans, la forêt ... Par exemple, un climat plus froid engendrerait une
augmentation des glaces aux pôles, et donc une augmentation de l'albédo moyen, ce
qui renforcerait la baisse de la température globale. C'est ce qu'on appelle une
rétroaction positive.
La quantité d'énergie reçu par la Terre peut varier si l'effet de serre est modifié.
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2.3. Effets de la radiation sur la végétation
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Le tableau suivant récapitule les principales actions présentées dans les parties
précédentes et qui sont:
Les symboles utilisés indiquent respectivement des effets importants (++), modérés (+) et
négligeables (γ)
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L’absorption des ondes
électromagnétiques par les organes
végétaux chlorophylliens est
importante dans le domaine du
visible, mais deux bandes
d’absorption existent aussi dans le
moyen infra-rouge.
On distingue trois types d'éléments qui interviennent dans les propriétés optiques des feuilles:
la teneur en pigments; l'anatomie des feuilles et leur structure cellulaire; la teneur en eau
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Les propriétés optiques des feuilles dans le visible sont liées à celles des pigments
végétaux, en particulier à celles des chlorophylles qui présentent deux bandes
d’absorption principales, l’une à 450 nm dans le bleu, l’autre à 650 nm dans le rouge.
Dans le proche infra-rouge (PIR) les ondes
électromagnétiques sont pour l’essentiel transmises
ou réfléchies. La partie réfléchie, dépend de la
structure des tissus végétaux, en particulier de
celle du parenchyme lacuneux
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Dans le moyen infra-rouge se retrouvent les bandes d’absorption correspondant
à l’eau de constitution des tissus végétaux
La teneur en eau des feuilles est également un facteur qui influence la signature
spectrale de la végétation, dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen.
Plus la teneur en eau est forte, plus la réflectance de la végétation diminue, en
particulier aux longueurs d'onde 1450 nm et 1900 nm qui correspondent aux
bandes d'absorption de l'eau.
Ce domaine de longueur d'onde (1450 nm et 1900 nm) est très utile en
télédétection des couverts végétaux. Il permet notamment de détecter les plantes
en état de stress hydrique
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2.4. Rayonnement solaire et photosynthèse
2.4.1. Les rayonnements utiles à la photosynthèse (PAR)
Le rayonnement solaire est le facteur du milieu le plus important pour la production
végétale.
La photosynthèse se réalise en présence de lumière.
Toutes les radiations du spectre solaire ne
peuvent être utilisées par les organes chlorophylliens.
Pour un couvert végétal, chaque feuille est soumise à un environnement lumineux un peu
différent.
Le PAR intercepté varie en fonction la surface foliaire traversée par le rayonnement
incident.
La méthode la plus simple permettant de décrire le régime radiatif à l'intérieur d'un
couvert végétal homogène et couvrant a été développée à partir de la loi de Beer-Lambert
(ou loi de Bouger).
PAR = PARo e-vLAI
Avec: PAR: radiation photosynthétiquement active à un niveau donné de la végétation
PARo: la radiation incidente sur le couvert végétal
v: coefficient d'extinction de la radiation. Il varie entre 0.3 et 0.9. Il dépend surtout
des propriétés optiques et géométriques du couvert végétal.
LAI: représente l'indice foliaire au-dessus du niveau considéré
LAI: est le rapport entre la surface de l’ensemble des feuilles d’un couvert et la
surface de sol correspondante
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2.6. Impact de l’architecture du couvert sur la production
La structure détermine la pénétration et la répartition du rayonnement et elle
conditionne la quantité et la qualité de l’énergie reçue par chaque feuille.
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Pour un couvert planophylle (2) , la productivité de matière sèche atteint rapidement un
plateau, correspondant à une limite fonction des conditions du couvert. La fraction
d'énergie transmise par les feuilles influe peu sur l'assimilation photosynthétique des
feuilles de la base du couvert du fait de sa modification spectrale.
La productivité de matière sèche produite par un couvert érectophylle (1), est plus
importante que précédemment. La pénétration de l'énergie dans le couvert est favorisée
principalement lors du passage du soleil à son zénith pour ce type d'architecture foliaire,
les feuilles de la base peuvent photosynthétiser.
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2.5. Les rayonnements solaire et la morphogenèse des plantes
Les rayonnements solaires fournissent, par la photosynthèse, la biomasse nécessaire
pour la croissance, ils interviennent également sur d'autres phénomènes de régulation
du développement de la plante dont les plus importants sont : le photopériodisme et la
photomorphogenèse
2.5.1. Le photopériodisme
Le changement saisonnier de durée du jour (rythme diurne jour/nuit), est utilisé par
beaucoup de plantes comme un signal pour passer d'un stade végétatif à un stade
reproducteur;
La dormance estivale des bourgeons, la formation des bulbes la floraison, des plantes…
dépendent du photopériodisme
Selon les espèces, et les génotypes d'une même espèce, il est possible de classer les
plantes en plantes non-photopériodiques ou en plantes différant par leur sensibilité
photopériodique
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Plantes de jours courts: la vitesse de floraison est ralentie par les jours longs et qui donc
fleuriront plus vite en jours courts (exp: maïs, riz, soja, café, coton, canne à sucre,...)
Plantes de jours longs : ne fleurissent que pour une durée du jour supérieur à un seuil
propre à chaque espèce (la floraison sera plus rapide en jours longs) (exp: épinard (13 à
14h), avoine, orge, betterave,...)
D’autres espèces comme la tomate, le pois… sont indifférentes à la photopériode ou
photo-apériodique
Certaines plantes plus rares présentent à la fois deux seuils critiques, un seuil inférieur
et un seuil supérieur: elles sont amphipériodique.
2.5.2. La photomorphogénèse
C’est l’effet produit par la lumière sur la morphologie des plantes. II s'agit des
modifications de structure des plantes créées par les variations de composition
spectrale, en particulier par le déséquilibre rouge/infrarouge.
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L’application d’un enrichissement en proche infrarouge à une situation de zone
ombragée dans une culture, engendre globalement des modifications des tailles de
différents organes végétaux: un accroissement de l'élongation des feuilles, tiges,
pétioles, et une réduction du nombre de talles et de ramifications.
Le choix de type de lampe dépend du but poursuivi. (Exp: les lampes a incandescence
ne conviennent pas pour la photosynthèse car leur maximum d’émission se trouve
dans le rouge et PIR
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Contrairement à la composition spectrale des rayonnements solaires, les
différentes sources de lumière utilisées pour la culture des plantes en conditions
contrôlées (chambres de croissance, phytotrons, serres avec apport lumineux de
complément) n’est pas stable. Ces différences de composition spectrale sont très
importantes à prendre en compte pour juger:
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2.6. Efficience énergétique d'un couvert végétal
Efficience globale
Etant donné que la photosynthèse réalise la conversion d'une énergie radiante en énergie
potentielle chimique, la productivité d'un couvert végétal peut être exprimée par un
rendement énergétique
𝑴𝑺
𝑬𝒈 =
𝑹𝒈
(Eg) exprime l'efficience de conversion du rayonnement global (Rg) en matière sèche (MS).
L'efficacité d’utilisation du rayonnement global par le couvert végétal peut être analysée selon le
chemin suivant:
49
2.6.3. Efficience de conversion (Eb)
50