Dendrochronologie

Foret utilisé pour le prélèvement d'échantillons.

La dendrochronologie a été inventée et développée au cours du XX^e siècle par A.E. Douglass, le fondateur du Laboratory of Tree-Ring Research de l’Université de l'Arizona. Plusieurs siècles auparavant Léonard de Vinci avait déjà décrit le principe des cernes de croissance et leurs variations en fonction des conditions climatiques. L'Américain Edmund Schulman (1908-1958)[2] et le Suisse Fritz Schweingruber (en) (1935-2020) ont également largement contribué au développement scientifique de la discipline.

Sous des latitudes moyennes, les arbres poussent en produisant du bois lorsque les conditions climatiques sont favorables (du début du printemps à la fin de l'été). Au printemps, les cernes sont clairs car les vaisseaux conduisant la sève sont plus larges, ce qui permet des flux plus importants. L'analyse d'un échantillon de bois en repérant ses anneaux de croissance et en attribuant à chacun d'entre eux un millésime de formation, permet de déduire les conditions climatiques contemporaines à la vie de l'arbre.

En prenant des échantillons dans différents sites d'une même région et ayant poussé à des époques différentes mais se recoupant, il est possible de recomposer une séquence sur plusieurs siècles et de créer une chronologie de référence permettant de réaliser des études paléo-climatiques. L'idéal est bien sûr d'avoir une tranche d'arbre multi-centenaire. La comparaison du profil de croissance d'un morceau de bois d'une époque indéterminée avec cette chronologie de référence permet sa datation exacte à l'année près.

Cette propriété a permis d'établir des courbes de calibrage pour corriger les résultats de la datation par le carbone 14, qui supposait une concentration de carbone 14 constante dans l'atmosphère au cours des siècles alors que celle-ci a varié. Depuis quelques décennies, les datations par le carbone 14 sont calibrées et donc plus précises.

La dendrochronologie est une des meilleures méthodes de datation absolue utilisées en archéologie pour les périodes remontant jusqu'au Mésolithique (env. 7000 ans av. J.-C.), qui permet de dater des objets ou des sites (à Charavines, en Isère, dès 1974, un habitat néolithique fut le site français pionnier dans cette discipline[3]). Elle permet une datation très précise, à l'année près, mais nécessite que des éléments en bois de taille suffisante soient conservés et qu'il n'y ait pas de cernes manquants ou surnuméraires[4].

En effet, le comptage des cernes est une procédure rudimentaire qui est souvent à l'origine d'une sous-estimation. En effet, chez de nombreuses espèces, l'arbre peut, certaines années, ne pas former de bois sur tout ou partie de sa circonférence (d'où un cerne partiellement ou totalement absent), en raison d'un hiver rigoureux, combiné ou non à un printemps tardif, ou consécutivement à une défoliation sévère. Plus rarement, l’arbre peut fabriquer plusieurs cernes (cernes doubles ou faux cernes) dans une année, par exemple à la suite de l'installation précoce de la sécheresse estivale (cas de la région méditerranéenne), lorsque le cambium élabore des éléments de bois final, puis, à la faveur d'une amélioration des conditions météorologiques estivales, produire à nouveau des éléments de bois initial, avant de produire en fin de saison de croissance le bois final normal. De plus, le premier cerne formé par chaque arbre se trouve généralement au niveau du collet racinaire de l'arbre, sous le niveau du sol. Pour identifier ces cernes manquants ou surnuméraires, afin d'obtenir un âge exact, les dendrochronologues utilisent l'interdatation (appelée aussi synchronisation), « qui consiste à dater précisément chaque cerne. Elle nécessite de mesurer leur largeur, au lieu de simplement les compter. On compare ensuite la série des largeurs mesurées à une série de références que l’on sait complète, sans cernes manquants, établie pour la même espèce et dans la même région »[5].

Section de tronc d'un chêne pédonculé (Quercus robur) apparemment âgé de 21 ans.

Des analyses microchimiques de chaque cerne permettent de déterminer les concentrations de certains polluants dans l'environnement (plomb par exemple) pour les années et décennies antérieures (tant que le bois reste en bon état et qu'il n'a pas subi de contamination secondaire).

L'analyse dendrochronologique apporte également des indices sur la pluviométrie et la température qu'il faisait au moment où l'arbre produisait un cerne. Les données sont pondérées par l'analyse de nombreux arbres pour gommer certains artefacts, par exemple liés à des attaques de certains insectes défoliateurs (qui peuvent stopper la croissance d'un arbre jusqu'à 5 ans durant par des attaques répétées). Ce principe est à la base d'une sous-discipline de la dendrochronologie, la dendroclimatologie. De même en présence de certains mammifères (bisons, cervidés) qui écorcent partiellement les arbres, la croissance des cernes peut être provisoirement modifiée le temps de la cicatrisation.

La compréhension des évolutions passées — face aux changements climatiques notamment — peut éclairer le présent et le futur des forêts. Ainsi les satellites montrent un allongement de la saison de végétation dans le nord de l'hémisphère Nord, mais l'étude des cernes de l'épinette blanche en Alaska et des teneurs du bois en isotopes du carbone montrent (sur 90 ans) que la croissance radiale des arbres a — dans cette région — été ralentie quand il faisait plus chaud (et trop sec ?), ce qui est contraire à ce qu'attendaient nombre d'experts, et qui doit faire réviser les théories sur la capacité de la forêt boréale à stocker plus de carbone si le réchauffement se poursuit[6].

La dendrochronologie a pu montrer qu'un plan d'alchémille des alpes peut au moins vivre jusqu'à 40 ans.

Les herbacées dicotylédones peuvent vivre jusqu'à plusieurs décennies et leurs racines (ou tiges quand elles sont pérennes) sont également porteuses de cernes de croissance parce que les vaisseaux de sève sont plus épais au printemps qu’en fin d'été[1].

Des essais récents réalisés dans des champs en Suisse[7] ont montré qu’il s’agit bien de véritables cernes annuels, même s'ils sont plus fins que ceux des arbres et plus difficiles à observer car ne mesurant que de 0,04 à 0,5 millimètre de large. L'étude[8] par Fritz Schweingruber de sections de racines pivotantes de saxifrages faux aïzoons (Saxifraga aizoides) a permis de trouver des individus de 22 ans[1]. Un âge de 19 ans a été démontré pour une campanule à feuilles de cranson (Campanula cochleariifolia). Des pieds-de-chat étaient âgés de dix ans (Antennaria dioica) alors que certaines bruyères (Erica carnea) avaient atteint les 70 ans[1].

La dendrochronologie des herbacées pourra aider à mieux comprendre rétrospectivement la dynamique des populations de communautés végétales et l'âge de certaines plantes qu'on ignorait jusqu'ici, notamment pour des espèces menacées ou au contraire invasives. Dater l'apparition et l’expansion d’une espèce invasive dans différents types d'habitat peut permettre d'affiner des scénarios de progression future.

La largeur des cernes est également un indicateur jugé fiable des conditions locales et temporelles de bonne ou mauvaise croissance de la végétation, les plantes réagissant de manière plus marquée à la plupart des aléas que les arbres dont les racines plongent plus profondément dans le sol[1].