Le paysage emblématique du parc national de Yellowstone est caractérisé par de vastes forêts qui n'ont pas été touchées par l'homme mais qui sont menacées par un nombre croissant d'incendies de forêt en raison du changement climatique. Crédit :R. Seidl / TUM
Les feux de forêt sont déjà une menace mondiale. « Mais compte tenu de la progression du changement climatique, nous ne sommes probablement qu'au début d'un avenir qui verra de plus en plus d'incendies de forêt, " explique Rupert Seidl, Professeur de dynamique des écosystèmes et de gestion forestière dans les paysages de montagne à la TUM.
Dans de nombreux endroits, le feu fait partie du milieu naturel, et de nombreuses espèces d'arbres se sont naturellement adaptées aux incendies récurrents. Ces adaptations vont de l'écorce particulièrement épaisse, qui protège le cambium sensible dans le coffre du feu, aux cônes de certains types de pin, qui ne s'ouvrent qu'à cause de la chaleur du feu, permettant une régénération et une récupération rapides des forêts affectées.
L'IA accélère les modèles d'écosystème
« L'interaction entre le climat, feux de forêt, et d'autres processus dans l'écosystème forestier est très complexe, et des modèles de simulation sophistiqués basés sur les processus sont nécessaires pour prendre en compte les différentes interactions de manière appropriée, " explique le professeur Seidl. Une méthode qui a été développée au TUM utilise l'intelligence artificielle pour élargir considérablement le champ d'utilisation de ces modèles complexes.
Cette méthode implique l'apprentissage d'un réseau de neurones profonds afin d'imiter le plus efficacement possible le comportement d'un modèle de simulation complexe. Le réseau de neurones apprend sur la base de la façon dont l'écosystème réagit aux différentes influences environnementales, mais le fait en utilisant seulement une fraction de la puissance de calcul qui serait autrement nécessaire pour les modèles de simulation à grande échelle. « Cela nous permet de réaliser des simulations spatialement à haute résolution de zones forestières qui s'étendent sur plusieurs millions d'hectares, " explique le scientifique Dr Werner Rammer.
La façon dont le nombre croissant d'incendies de forêt modifie le paysage à long terme est étudiée avec l'utilisation de l'IA. Crédit :R. Seidl / TUM
Prévisions pour les forêts du parc national de Yellowstone
Les simulations réalisées par l'équipe de scientifiques comprennent des simulations pour le « Grand écosystème de Yellowstone », qui a le célèbre parc national de Yellowstone en son cœur. Cette zone, qui a une superficie d'environ 8 millions d'hectares, est situé dans les montagnes Rocheuses et est en grande partie intact. Les chercheurs du TUM ont travaillé avec des collègues américains pour déterminer comment différents scénarios climatiques pourraient affecter la fréquence des incendies de forêt dans cette région au 21e siècle, et quelles zones de forêt ne peuvent pas se régénérer avec succès après un incendie de forêt.
Selon le scénario de changement climatique, l'étude a révélé qu'à la fin du siècle, la couverture forestière actuelle aura disparu dans 28 à 59 pour cent de la région. Les forêts de la zone subalpine près de la limite des arbres ont été particulièrement touchées, où les essences d'arbres sont naturellement moins adaptées au feu, et les zones du plateau de Yellowstone, où la topographie relativement plate est la plupart du temps incapable d'arrêter la propagation du feu.
Le changement climatique provoque des changements importants dans les écosystèmes forestiers
La régénération de la forêt dans la région étudiée est menacée pour plusieurs raisons :Si les incendies s'agrandissent et que les distances entre les arbres survivants augmentent également, trop peu de graines feront leur chemin sur le sol. Si le climat devient plus chaud et plus sec à l'avenir, les jeunes arbres vulnérables ne survivront pas, et s'il y a trop de feux, les arbres n'atteindront pas l'âge auquel ils donnent eux-mêmes des graines.
« En 2100, l'écosystème du Grand Yellowstone devrait avoir changé plus qu'il ne l'a fait au cours des 10 derniers, 000 ans, et sera donc sensiblement différente de ce qu'elle est aujourd'hui, " explique Rammer. " La perte de la végétation forestière actuelle entraîne une réduction du carbone qui est stocké dans l'écosystème, et aura également un impact profond sur la biodiversité et la valeur récréative de ce paysage emblématique. »
Les tendances de développement potentielles identifiées dans l'étude visent également à aider les visiteurs du parc national à comprendre les conséquences du changement climatique et l'urgence des mesures de protection du climat. A l'étape suivante, l'équipe de recherche utilisera l'IA pour estimer l'impact à long terme des problèmes causés par le changement climatique dans les forêts d'Europe.
