Article de méthode

Utilisation des cernes des arbres pour reconstituer l’histoire des incendies dans les zones forestières

DOI :

10.3791/61698

22 octobre 2020

Dans cet article

Résumé

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Ce travail explique les techniques et les méthodes les plus appropriées pour mener une étude de l’historique des incendies, du début de la sélection du site à l’analyse finale de la relation entre le feu et le climat.

Résumé

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Les cernes annuels des arbres sont une source d’information écologique et environnementale, y compris l’histoire des incendies dans les zones forestières. L’historique des incendies basé sur les cernes des arbres comprend trois phases fondamentales : la collecte sur le terrain, les méthodes de laboratoire (préparation et datation) et l’analyse des données. Nous vous présentons ici des instructions étape par étape et des questions à prendre en compte, y compris le processus de sélection de la zone d’étude, les sites d’échantillonnage, ainsi que la façon dont les arbres marqués par le feu doivent être échantillonnés et lesquels. De plus, nous décrivons la préparation et la datation des échantillons de cicatrices de feu qui sont effectuées en laboratoire. Enfin, nous décrivons l’analyse de base et les résultats pertinents, y compris des exemples d’études qui ont reconstitué les modèles d’histoire des incendies. Ces études nous permettent de comprendre la fréquence historique des incendies, les changements de ces fréquences liés aux facteurs anthropiques et d’analyser comment le climat influence l’apparition des incendies au fil du temps. La description de ces méthodes et techniques devrait permettre une meilleure compréhension des études de l’histoire des incendies, ce qui profitera aux chercheurs, aux éducateurs, aux techniciens et aux étudiants intéressés par ce domaine. Ces méthodes détaillées permettront aux nouveaux chercheurs de ce domaine, une ressource pour commencer leurs propres travaux et obtenir plus de succès. Cette ressource permettra une meilleure intégration des aspects liés aux cernes des arbres dans d’autres études et mènera à une meilleure compréhension des processus naturels avec les écosystèmes forestiers.

Introduction

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Les feux de forêt, déclenchés par des causes naturelles ou anthropiques, sont considérés comme l’un des facteurs de perturbation écologique les plus courants qui influencent les écosystèmes terrestres1. Par exemple, le feu, et plus particulièrement les régimes d’incendie, influencent la composition et la structure des espèces végétales2. Le feu est également un processus fondamental qui relie les cycles biogéochimiques et la variabilité climatique 3,4. Dans certaines régions, le feu contribue à la dégradation et à la déforestation, tandis que dans d’autres, le feu est fondamental pour la régénération et le maintien des structures forestières ouvertes 5,6. Par conséquent, il est essentiel de comprendre le rôle écologique des feux de forêt dans les programmes de gestion et de conservation.

Les régimes d’incendie sont définis comme le modèle d’incendies au fil du temps caractérisé par la fréquence et la variabilité de leur type, de leur étendue, de leur intensité, de leur saisonnalité et de leur gravité 7,8. Les régimes des feux de forêt peuvent être étudiés par l’observation directe, les rapports, les images satellites, l’histoire orale, la structure par âge et la composition des espèces, et par l’utilisation de méthodes dendrochronologiques9. La dendrochronologie utilise les cernes des arbres, datés avec une précision annuelle, pour étudier les événements climatiques et écologiques10. L’une des branches de la dendrochronologie est la reconstitution de l’histoire des incendies ou la dendropyrochronologie, qui utilise les cernes des arbres pour déterminer les modèles spatiaux et temporels des incendies passés et contemporains, reconstruisant ainsi le régime des incendies dans une zone d’étude11,12. Les méthodes dendrochronologiques, offrent des avantages de précision et de résolution par rapport aux autres méthodes de datation, car elles permettent de dater les événements écologiques, avec une précision annuelle à intra-annuelle (c’est-à-dire saisonnière), à de longues échelles temporelles, parfois jusqu’à plusieurs milliers d’années13,14.

Les reconstitutions de l’histoire des incendies sont également essentielles pour comprendre comment les modèles généraux de circulation climatique à l’échelle régionale ont influencé la propagation des incendies. Ces analyses de la relation climat-feu sont nouvelles car elles donnent un aperçu de la façon dont le climat influence la fréquence des incendies sur de longues périodes, ce qui n’est pas possible avec les enregistrements climatiques instrumentaux modernes4. Afin de faciliter la reconstitution de l’histoire des incendies, nous fournissons un protocole de terrain et de laboratoire qui décrit des méthodes et des techniques dendrochronologiques qui permettront aux chercheurs, aux enseignants, aux techniciens et aux étudiants intéressés par ce domaine d’étude d’initier leurs propres projets et études.

Dans ce protocole, nous fournissons les outils pour développer une meilleure compréhension et des réponses à différentes questions écologiques dans le domaine de l’écologie forestière telles que : 1) Qu’est-ce que le régime des incendies ? 2) Les régimes d’incendie ont-ils changé au cours des dernières décennies ou la fréquence des incendies a-t-elle continué sans changement significatif ? ou 3) Y a-t-il eu des changements attribués à l’influence anthropique ? 4) Comment les modèles de fréquence des incendies sont-ils liés à la variabilité du climat ?

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Protocole

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1. Stratégie d’échantillonnage

  1. Détermination de la zone d’étude
    1. Généralement, les zones forestières sont vastes (centaines ou milliers d’hectares), par conséquent, choisissez une zone d’étude qui répondra aux objectifs, qui dans ce cas, est de déterminer l’historique des incendies et leur variabilité dans le temps (Figure 1). Limitez la zone d’étude aux zones où se trouvent des arbres marqués par le feu, qui constitueront l’unité d’échantillonnage. La reconnaissance de la zone d’étude peut souvent être facilitée à l’aide de drones et de technologies vidéo, qui fournissent des vues du paysage plus vaste, ce qui permet d’économiser du temps et de l’argent.
    2. À l’intérieur d’une zone d’étude, identifiez des sites d’échantillonnage potentiels qui sont idéalement de taille similaire, afin de faciliter les comparaisons. La taille des sites d’échantillonnage peut varier, allant de grandes surfaces (>50 ha) à des sites plus petits (5 à 50 ha) ou à des parcelles (<5 ha) en fonction de la zone d’étude, de la disponibilité d’arbres marqués par le feu et des objectifs de l’étude. Le nombre de sites dépendra bien sûr de la variabilité, mais en général, plus d’un site est suggéré. La topographie et le type de forêt de chaque site doivent être représentatifs d’un écosystème plus vaste pour permettre l’extrapolation des résultats9.

Écosystème montagnard ; paysage de forêt de pins ; comparaison de la végétation ; étude écologique.
Figure 1 : Forêts de Pinus hartwegii(A) Variabilité topographique du site en termes de pente, de couvert forestier, de barrières orographiques, de combustible, entre autres. (B) Une perspective plus large du paysage sur le terrain et les conditions forestières, les variables qui influencent le comportement du feu et le choix des sites d’étude. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

  1. Stratégie d’échantillonnage (sélection d’un site dans une zone d’étude)
    1. Dans la zone d’étude, sélectionnez un site d’échantillonnage par méthode, soit un échantillonnage aléatoire, systématique ou sélectif15. Cela dépendra des objectifs de l’étude, de la disponibilité du personnel et des ressources financières.
    2. En règle générale, pour reconstituer l’historique des incendies, utilisez un échantillonnage sélectif. C’est-à-dire qu’à l’intérieur de la zone d’étude, sélectionnez des sites connus pour contenir des arbres marqués par le feu.
    3. À l’aide de cette stratégie d’échantillonnage, sélectionnez des sites où il y a des preuves que des incendies se sont produits et ont été enregistrés comme des cicatrices de feu. Les zones qui montrent des signes d’incendies récents, comme des arbres brûlés ou récemment tués par le feu, mais qui ne présentent aucun signe de cicatrices d’incendie antérieures, ne conviennent pas à la reconstitution des régimes d’incendie, mais sont souvent confondues avec des sites appropriés (figure 2A).
      NOTE : Si l’objectif était de mesurer les dommages causés par le feu à la régénération, son effet sur les taux de croissance, ou d’évaluer la régénération de ces forêts après l’incendie, ces types de zones seraient sans aucun doute idéaux. Cependant, comme l’objectif est de déterminer l’historique du feu et sa variabilité dans le temps, il faut des sites où les arbres montrent des signes (cicatrices) de dommages causés par le feu, mais qui ont commencé à guérir (figure 2B).
    4. Explorez la zone d’étude et localisez un site avec de nombreux (>10) arbres à longue durée de vie et des traces de cicatrices de feu (figure 2C). Enregistrez l’emplacement (coordonnées GPS) de tous les arbres marqués par le feu à l’aide de ceux des points pour délimiter le site d’étude.
    5. Cartographier la surface spatiale du site à l’aide d’un système d’information géographique ou d’un autre logiciel de cartographie pour s’assurer que les sites sont de taille similaire.
    6. En particulier, à l’intérieur de chaque site, localisez les arbres marqués par le feu qui ont la plus longue durée de vie afin de permettre de reconstituer l’histoire des incendies du site aussi loin que possible dans le temps (un ou plusieurs siècles dans le passé) et de mieux comprendre la variabilité de la fréquence des incendies au cours de cette période.

Impact des feux de forêt et rétablissement ; montrant l’analyse de la forêt brûlée, de la zone de repousse et des cernes des arbres.
Figure 2 : Sites d’étude avec et sans potentiel de reconstitution de l’histoire des incendies. (A) Forêt de pins qui a été touchée (brûlée) par un incendie récent, mais dont les arbres ne présentent aucun signe de cicatrices ; De tels sites ne sont pas utiles pour ce type d’étude car ils manquent d’arbres marqués par le feu. (B) Forêt de pins avec des preuves d’incendies passés, les arbres ont une section carbonisée visible à la base du tronc en forme de triangle, connu sous le nom de « tête de chat », formé lorsque l’arbre guérit après des incendies répétés. Ces sites sont considérés comme ayant un potentiel pour la reconstitution de l’histoire des incendies. (C) Vue rapprochée de la base d’un arbre marqué par le feu qui semble avoir enregistré de nombreux incendies. Chacune des différentes couches représente une cicatrice de feu. Dans ce cas, 11 cicatrices de feu sont visibles. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

  1. Considérations générales pour l’échantillonnage (sélection d’échantillons d’arbres dans les sites)
    REMARQUE : La collecte des arbres marqués par le feu est l’une des étapes les plus importantes de ce type d’étude.
    1. Une fois que la zone d’étude et les limites du site ont été déterminées, commencez à explorer le site sélectionné à partir d’un point connu, progressez progressivement jusqu’à couvrir l’ensemble du site. L’objectif du dépistage est de faire un inventaire aussi complet que possible de tous les arbres marqués par le feu, en notant leur état (arbre vivant, chicot ou bûche), le nombre de cicatrices de feu, les emplacements et l’accessibilité (difficulté d’extraire l’échantillon de cicatrice de feu de l’arbre). (Figure 3A,B).
    2. À partir de cette information, déterminez quels arbres contribueraient le mieux à reconstituer l’historique des incendies le plus long et le plus complet pour ce site. Prélever au moins 10 arbres marqués par le feu sur chaque site, en accordant la priorité la plus élevée aux arbres les plus nombreux etaux 9 arbres les mieux préservés (figure 3B,D). Veuillez noter qu’il n’est pas nécessaire d’échantillonner tous les arbres marqués par le feu dans un site. Dans la plupart des cas, le nombre d’incendies enregistrés augmente avec l’augmentation de la taille de l’échantillon (nombre d’arbres) ; Cependant, cette relation asymptote généralement au-delà de 10 à 15 arbres16.
    3. Afin d’avoir la plus grande profondeur d’échantillon possible au fil du temps, faites des efforts pour collecter des bûches et des chicots marqués par le feu, qui sont plus susceptibles de contenir les cicatrices de feu les plus anciennes, ainsi que des arbres vivants qui auront des cicatrices d’incendies plus récents.
    4. Évitez de prélever des échantillons de cicatrices de feu lâches ou très détériorées qui, une fois coupés, pourraient être perdus et presque impossibles à réassembler.
    5. Lorsque les arbres sélectionnés ont le même nombre de cicatrices et la même robustesse, pensez à prélever les espèces avec les cernes de croissance les plus nets, ce qui facilitera la datation des cicatrices9.
    6. Avant de prélever un échantillon, élaborez une fiche technique de terrain qui permet de recueillir les informations les plus pertinentes de chaque échantillon et site, y compris les informations suivantes: 17.
      1. Utilisez des fiches techniques de terrain qui comprennent des informations générales telles que le nom et le code de la zone d’étude (de préférence trois lettres, par exemple, Cuenca Río Nazas, CRN), le numéro du site, le numéro de l’échantillon, l’état de l’échantillon (solide, sectionné, pourri), la date de collecte et le collecteur.
      2. Déterminer la description du microsite (sec, humide, intermédiaire), la pente et l’exposition.
      3. Déterminez les attributs de l’arbre : essence, diamètre, hauteur, état (vivant, chicot, bûche, souche).
      4. Déterminez la position géographique : coordonnées (UTM et en degrés), altitude.
      5. Déterminer la description de l’échantillon : hauteur et côté de l’échantillon sur le tronc, nombre d’échantillons prélevés, nombre de morceaux/échantillon, nombre de cicatrices/échantillon visibles, exposition des cicatrices.
      6. Prenez des photos et/ou des dessins d’échantillons sur le terrain : Ces informations documenteront la forme de l’échantillon de cicatrice d’incendie et le nombre de sections au cas où des parties de l’échantillon seraient délogées et devraient être réassemblées plus tard. Cela aidera à sa restauration (collée et préparée) en laboratoire. Le dessin dans la feuille de données est souvent utile car il permet d’annoter.
  2. Prélèvement d’échantillons (collecte d’arbres marqués par le feu)
    1. Après avoir déterminé quels arbres seront échantillonnés, mais avant de commencer l’extraction de l’échantillon de cicatrice de feu, examinez la zone entourant l’arbre. Cet examen peut révéler des branches, des roches lâches ou d’autres problèmes de sécurité qui peuvent devoir être résolus avant l’allumage de la tronçonneuse, afin de fournir un environnement de travail sûr.
    2. Pour extraire les cicatrices de feu des souches ou des bûches, prélevez des coupes transversales complètes (figure 3C). Cependant, pour prélever des échantillons de chicots sur pied et d’arbres vivants, il peut être nécessaire de découper des coupes transversales partielles (figure 3A, D). Dans la mesure du possible, mettez l’accent sur l’échantillonnage des arbres morts pour minimiser les dommages aux arbres vivants18. L’outil principal pour l’échantillonnage est une tronçonneuse, avec une barre d’au moins 20 pouces (par exemple : barre de 18 à 24 pouces) pour permettre l’extraction d’échantillons à la fois de petits arbres et de grands arbres. Il est également recommandé d’avoir des pièces d’équipement supplémentaires lors de l’échantillonnage afin de ne pas retarder l’échantillonnage sur le terrain en cas de défaillance mécanique.
    3. Lorsque vous choisissez le côté et la hauteur de l’échantillon de cicatrice de feu à extraire, tenez compte du côté et/ou de la hauteur avec le plus de cicatrices de feu visibles et les mieux conservées. Souvent, le nombre de cicatrices d’incendie est plus élevé près du sol12 (Figure 3A,B). Les cicatrices de feu peuvent souvent atteindre plusieurs mètres de hauteur et les cicatrices observées dans la partie supérieure peuvent ne pas se produire à la base du tronc (figure 3B). Dans de tels cas, il sera nécessaire de prélever plusieurs échantillons d’un seul arbre, y compris des échantillons de la base et plus haut, afin de recueillir un historique d’incendie aussi complet que possible de cet arbre. Cependant, il est souvent plus difficile et dangereux de collecter des cicatrices de feu à la base, en particulier lors de la coupe transversale à l’aide d’une tronçonneuse lourde. De plus, couper plus bas sur l’arbre peut nécessiter de s’agenouiller, ce qui peut entraver une évacuation rapide du site, si nécessaire.
    4. Avant de commencer à couper l’arbre, assurez-vous de prendre toutes les précautions de sécurité nécessaires, y compris un équipement de protection approprié tel que des gants, un casque, une protection auditive, des jambières et des chaussures appropriées.
    5. Une fois que l’arbre marqué par le feu a été sélectionné ainsi que la hauteur et le côté d’où l’échantillon sera extrait, ayez une personne supplémentaire à proximité qui surveille de près l’arbre, prête à alerter le scieur au cas où l’arbre commencerait à tomber. Assurez-vous que cette personne supplémentaire et le scieur ont un moyen non verbal/non visuel de communiquer, comme une tape sur l’épaule, en cas d’une telle urgence. De plus, assurez-vous que les deux personnes disposent d’une stratégie d’évacuation et d’une zone de sécurité prédéterminées avant d’entreprendre toute coupe.
    6. Après avoir sélectionné l’arbre et le côté avec le meilleur enregistrement, et les précautions de sécurité nécessaires, prélevez l’échantillon de cicatrice de feu d’un arbre vivant ou mort debout.
      1. Tout d’abord, coupez une coupe transversale partielle de l’arbre 9,19. Pour ce faire, faites une coupe horizontale le long de la section transversale d’un côté du tronc marqué par le feu (Catface) qui s’étend de l’écorce au centre de l’arbre et coupe toutes les cicatrices qui doivent être extraites (Figure 3D).
      2. Après avoir effectué la première coupe horizontale, effectuez une deuxième coupe horizontale parallèle de 2 à 3 cm au-dessus ou en dessous de la première coupe (figure 3D). Plus la coupe est fine, moins elle causera de dommages à l’arbre ; Cependant, l’épaisseur dépendra de la solidité de l’arbre. Si l’arbre est très détérioré, l’échantillon doit être plus épais (>3 cm) pour assurer une plus grande stabilité.
      3. Après avoir effectué les deux coupes horizontales à travers le tronc, faites deux coupes plongeantes, l’une de l’arrière et l’autre de l’avant de l’arbre vers le centre de l’arbre afin de retirer la section transversale de l’arbre. Effectuez la coupe plongeante à l’aide de la pointe de la lame de scie pour entrer dans l’arbre à l’endroit où se terminent les deux coupes horizontales parallèles. Les coupes plongeantes doivent couper tout le bois qui maintient la section transversale à l’arbre, permettant ainsi l’extraction de la section transversale (figure 3E, F).
        REMARQUE : Commencez la coupe plongeante en plaçant la barre de tronçonneuse à un angle de 45° par rapport au tronc de l’arbre (Figure 3E), à l’extrémité des deux coupes horizontales parallèles. Commencez la coupe avec la pointe la plus haute de la barre, en coupant lentement dans l’arbre en utilisant un mouvement vers le haut pour éviter que la scie ne rebondisse. Une fois que la coupe est amorcée et que la lame a pénétré dans l’arbre, la barre peut être amenée en position horizontale (figure 3F) pour pénétrer plus profondément dans l’arbre. Commencer à un angle de 45 degrés permet un démarrage plus sûr de la coupe. Si le début de la coupe est tenté à partir d’une position horizontale par rapport au tronc, la lame de la tronçonneuse rebondira loin de l’arbre avec une grande force et pourrait causer des blessures.
      4. Extrayez l’échantillon (Figure 3G).
      5. Étiquetez l’échantillon à l’aide du code de site, du numéro d’arbre et du numéro d’échantillon (par exemple, le premier échantillon du CRN du site serait étiqueté CRN-01-a. Numéro de l’arbre (1, 2, 3, ...) et numéro de l’échantillon, ce dernier est indiqué par des lettres, a, b, c, etc.) (Figure 3H).
      6. Prendre une photo de l’échantillon sur le terrain ; Cela permet de capturer l’état physique de l’échantillon au moment de l’extraction, y compris la forme, le nombre de morceaux (s’il s’est divisé en plusieurs morceaux), l’état de l’échantillon, l’étiquette de l’échantillon au cas où il serait effacé, etc. Si l’échantillon se divise en plusieurs morceaux lors de l’extraction, reconstruisez l’échantillon du mieux possible, y compris tous les morceaux et marquez chaque morceau avec un marqueur.
      7. Pour faciliter la reconstruction de l’échantillon, marquez l’endroit où les pièces se rejoignent en traçant des lignes perpendiculaires à travers les pièces adjacentes. Chacune de ces pièces doit être étiquetée individuellement avec l’identifiant du site et de l’arbre, ainsi qu’un numéro unique pour chaque pièce individuelle. Par conséquent, si les morceaux de l’échantillon sont mélangés, ces informations compléteront la photo et faciliteront la détermination de la disposition de chaque morceau de l’échantillon17. Un dessin sur le terrain au moment de l’extraction peut également faciliter cette reconstitution. L’avantage d’un dessin est qu’il permet d’annoter et donc d’étiqueter des pièces individuelles dans le dessin.
      8. Enfin, utilisez du ruban isolant ou une pellicule plastique pour fixer l’échantillon de cicatrice d’incendie et toutes les pièces individuelles aussi près que possible de l’arrangement d’origine. Ceci est particulièrement important pour les échantillons cicatriciels d’incendie avec un certain degré de détérioration ou de pourriture. Le fait d’envelopper fermement l’échantillon protégera également l’échantillon pendant son transport vers le laboratoire17 (figure 3I).
      9. Bien que la plupart des études de reconstitution d’incendie utilisent des coupes transversales partielles ou complètes, il est important de mentionner qu’une autre alternative, bien que peu utilisée, consiste à utiliser des noyaux d’incrément. Ce type d’échantillonnage n’est possible que dans les arbres morts vivants ou solides et en tenant compte des considérations d’extraction indiquées à la figure 4.

Échantillonnage d’arbres pour la dendrochronologie, montrant les techniques d’extraction à la tronçonneuse et au noyau, étude forestière.
Figure 3 : Processus d’échantillonnage des cicatrices d’incendie. (A) Un arbre avec des cicatrices de feu est sélectionné et (B) une vue rapprochée du visage du chat (zones avec des cicatrices de feu exposées à la base de l’arbre) montre de nombreuses cicatrices de feu et serait un exemple d’arbre qui pourrait être sélectionné pour l’échantillonnage. (C) Extraction d’un échantillon marqué par le feu à partir d’une bûche. Dans le cas des grumes, l’extraction de section partielle ou complète est plus facile car la découpe peut se faire verticalement. Dans le cas d’arbres vivants et d’accrocs, le processus est plus difficile et comprend les étapes suivantes : (D) pour extraire les cicatrices de feu des arbres vivants, la première étape consiste à sélectionner le visage avec les enregistrements les plus clairs et à faire deux coupes horizontales à la base du tronc de l’arbre. (E, F) Pour extraire l’échantillon, effectuez une coupe plongeante, où la pointe de la tronçonneuse est poussée verticalement le long de l’extrémité arrière des deux coupes horizontales, de l’écorce vers le centre de l’arbre pour casser l’échantillon, (G) l’échantillon est ensuite extrait et (H) étiqueté (zone d’étude, numéro de site et d’arbre, numéro d’échantillon, ), et enfin (I) l’échantillon est enveloppé dans du plastique pour éviter tout dommage lors de son transport vers le laboratoire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Analyse des dommages causés par le feu d’arbres ; Diagramme de croissance de l’anneau montrant l’identification de la cicatrice d’incendie en coupe transversale.
Figure 4 : Échantillonnage d’arbres marqués par le feu en extrayant des carottes de croissance (carottes d’accroissement) à l’aide d’une perceuse Pressler. Pour réussir l’exécution de cette technique d’échantillonnage, il est important de tenir compte de l’angle d’extraction par rapport à la cicatrice. 1) La carotte d’échantillon qui traverse la cicatrice de feu sera incomplète car tous les anneaux après la cicatrice seront manquants, 2) dans la deuxième carotte, les premiers anneaux après la cicatrice pourront également être manquants, mais 3) idéalement, une troisième carotte aura tous les anneaux de croissance et permettra l’identification et la datation de la cicatrice de feu à l’année exacte et 4) une quatrième carotte loin de la cicatrice de feu, Par conséquent, avec tous les anneaux de croissance seront obtenus, mais cela ne servira pas à identifier et à dater l’incendie. Cependant, ce dernier peut servir de chronologie de référence pour l’arbre. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

2. Préparation des échantillons en laboratoire

  1. Une fois que les échantillons de cicatrices de feu arrivent au laboratoire, déballez-les soigneusement, en séparant les sections transversales d’une seule pièce de celles composées de plusieurs morceaux.
  2. Restaurez des échantillons avec plusieurs pièces. Cette procédure consiste à identifier toutes les pièces qui font partie de l’échantillon, et à coller les différentes pièces ensemble (à l’aide de colle blanche pour le bois). Si nécessaire, utilisez les photographies prises sur le terrain pour déterminer la disposition de chaque pièce individuelle.
  3. Dans les échantillons qui sont très détériorés en raison de la pourriture, l’application de colle peut ne pas suffire à créer la robustesse requise qui sera nécessaire dans les processus de ponçage/polissage et de datation. Pour créer la stabilité nécessaire, montez ces échantillons. C’est-à-dire qu’après avoir assemblé toutes les pièces de ces échantillons, montez toutes les pièces individuelles de l’échantillon sur une surface en bois (par exemple, du contreplaqué), collez toutes les pièces d’échantillon à l’aide d’une agrafeuse mécanique pendant le processus de collage, si nécessaire17.
  4. Une fois le processus de préparation terminé, faites sécher les échantillons à l’extérieur à l’ombre pendant 3 à 5 jours. Ne séchez pas les échantillons directement au soleil, car la perte soudaine d’humidité peut provoquer la fissuration et la rupture de l’échantillon.
  5. Une fois les échantillons secs, coupez les échantillons plus épais (>3 cm) à une épaisseur de 2 à 3 cm pour faciliter la manipulation au microscope et au système de mesure.
  6. Poncer/polir tous les échantillons à l’aide de différents grains de papier de verre, de 40 à 1 200 grains. Commencez par le grain le plus petit (le plus grossier) pour enlever les parties coupées les plus grossières et poursuivez le ponçage avec des grains de plus en plus nombreux (plus fins) jusqu’à ce qu’une surface uniforme soit obtenue et que les structures cellulaires des cernes des arbres soient clairement visibles au microscope. Cela permettra de déterminer la position de la cicatrice d’incendie à l’intérieur de l’anneau annuel (figure 5).

Coupe transversale des cernes des arbres, graphique dendrochronologique, indiquant les modèles de croissance et les données climatiques historiques.
Figure 5 : Échantillon de Pinus hartwegii marqué par le feu après préparation ou ponçage. Le dénombrement initial des cernes de l’arbre, marqué par des points bleus, indique l’âge de l’échantillon (121 ans). Les anneaux annuels datés sont représentés en noir (1891-2011). La datation directe est possible dans les échantillons prélevés sur des arbres vivants où l’année de l’anneau le plus externe est connue (2011 dans ce cas), les anneaux sont clairs et il n’y a pas de problèmes de croissance (anneaux manquants et faux) ou ces problèmes peuvent être facilement distingués. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

3. Datation des cernes des arbres

  1. Comptez les anneaux de croissance sur chaque échantillon pour déterminer l’âge, en commençant par le centre vers l’écorce. Marquez tous les 10 ans avec un point, 50 ans avec deux points et trois points pour indiquer tous les 100 ans20.
  2. Déterminez l’année exacte de formation de chacun des anneaux annuels en comparant les modèles de croissance20.
  3. Dans les échantillons de jeunes arbres vivants, la date de l’anneau le plus externe (adjacent à l’écorce) est connue car c’est l’année où l’échantillon a été prélevé. Dans ce cas, datez directement sur l’échantillon en comptant les anneaux de l’extérieur (écorce) vers le centre de l’échantillon. Par exemple, si l’échantillon a été prélevé dans les derniers mois de 2011, la croissance de cette année-là sera déjà presque entièrement terminée, par conséquent, la date de ce dernier anneau extérieur sera 2011. Commencez le compte à rebours à partir de cet anneau et marquez la date des anneaux suivants jusqu’à l’anneau le plus intérieur (Figure 5). Comme mentionné précédemment, marquez le début de chaque décennie à l’aide d’un point, deux points pour la cinquantième année et trois points pour chaque siècle.
  4. Pour les arbres vivants ayant la plus longue durée de vie, développez un graphique de croissance ou des diagrammes squelettes pour chaque échantillon et comparez les modèles de croissance entre les arbres. Pour plus de détails sur la création d’un squelette, veuillez consulter Stokes et Smiley20. La synchronisation (d’anneaux fins et larges) entre les différents arbres est une indication qu’il n’y a pas de problèmes de croissance (anneaux faux ou manquants). Par conséquent, il est possible d’attribuer des dates (années civiles) aux anneaux de la même manière que cela a été fait pour les arbres vivants.
  5. Certains échantillons de cicatrices de feu peuvent ne pas montrer de profils de croissance synchronisés avec d’autres arbres, cela est dû à des suppressions de croissance (très petits anneaux) qui peuvent entraîner des anneaux manquants (c’est-à-dire des années civiles où l’arbre n’a pas ajouté de bois à cette partie de l’arbre) au cours d’années spécifiques et qui n’ont pas été prises en compte dans le dénombrement. À l’inverse, il est possible d’avoir des « faux anneaux ». Un faux anneau est un anneau d’arbre qui apparaît sous la forme de deux anneaux mais qui est en réalité associé à une seule année civile. Cela se produit lorsque l’arbre est stressé en raison de la sécheresse saisonnière et commence à déposer du bois tardif en prévision de l’arrêt de la croissance, pour ensuite redémarrer une croissance régulière après avoir reçu suffisamment d’humidité. Déterminez lequel de ces deux problèmes empêche le manque de synchronisation en comparant chaque anneau individuel entre l’échantillon non synchronisé et un échantillon qui n’a pas enregistré de problèmes de croissance.
  6. Une fois le problème identifié, corrigez le nombre de cernes dans l’échantillon non synchronisé et son graphique de croissance. Répétez cette procédure pour tous les échantillons qui ne sont pas synchronisés.
  7. Pour dater tous les arbres vivants, élaborez un graphique moyen communément appelé la « chronologie maîtresse », qui est la moyenne de tous les diagrammes squelettes individuels et indique le modèle de croissance du site. Pour plus de détails sur la façon de créer une chronologie de Master, veuillez consulter Stokes et Smiley20.
  8. Une fois que les arbres vivants dont l’anneau extérieur est connu ont été datés, commencez à dater les arbres morts, dont l’anneau extérieur est inconnu. Pour ce faire, commencez par créer un squelette pour chaque échantillon d’arbre mort, comparez le squelette de chaque arbre mort à la chronologie maîtresse dérivée des arbres vivants (croisée)20. La clé pour faire correspondre les modèles de croissance des cernes des arbres entre les arbres morts et la chronologie principale est de faire correspondre le modèle des années avec la croissance supprimée (petits anneaux de croissance). Par définition, les petits cernes des arbres sont dus à un modèle climatique entraînant un manque d’humidité. Étant donné que les sécheresses sont vécues et enregistrées par tous les arbres, ce modèle communautaire se reflétera dans les modèles de cernes de tous les arbres de la zone d’étude.
  9. Lorsque le schéma de croissance de l’arbre mort correspond parfaitement au graphique chronologique principal, déterminez l’année civile au cours de laquelle l’arbre est mort. C’est-à-dire que l’anneau le plus externe de l’échantillon correspondra aux années où l’arbre est mort, mais seulement si l’écorce est encore présente. Sans l’écorce, il est impossible de connaître l’année de mort de l’arbre, bien qu’il soit encore possible de dater le reste des cernes de l’échantillon.
  10. Dans les cas où les arbres morts ne sont pas parfaitement synchronisés avec la chronologie principale, identifiez le problème (identifiez les anneaux manquants et/ou faux) et effectuez les ajustements appropriés, en suivant la même procédure que celle utilisée pour les arbres vivants.
  11. Une fois que chaque échantillon de cicatrice d’incendie a été prédaté (datation préliminaire), mesurez la largeur de chaque cerne d’arbre le long d’une ligne perpendiculaire à travers la section transversale à l’aide d’un système de mesure (par exemple, Velmex avec une précision de 0,001 mm)21. Ceux qui n’ont pas de Velmex peuvent utiliser un scanner haute résolution. C’est-à-dire que les mesures et la datation des cernes des arbres peuvent également être effectuées à l’aide d’images numérisées des sections transversales et d’un logiciel tel que CDendro/CooRecorder. Les mesures de la largeur des cernes des arbres permettront de vérifier la qualité de la datation statistique avec le programme COFECHA22. Ceci est recommandé pour valider la qualité de la rencontre.
  12. S’il existe une chronologie antérieure développée dans la région d’étude sur la base des cernes annuels des arbres qui a été statistiquement vérifiée, utilisez cette chronologie ou cette série maîtresse pour soutenir la datation des échantillons de cicatrices de feu.

4. Datation des cicatrices de feu

  1. Une fois la datation des cernes des arbres terminée dans chaque échantillon, identifiez toutes les cicatrices de feu dans l’échantillon et déterminez l’année au cours de laquelle l’incendie s’est produit (figure 6A).

Diagramme d’analyse des cernes des arbres ; datation des anneaux de croissance, dendrochronologie ; Gros plan avec marquages.
Figure 6 : Position et saisonnalité de la cicatrice d’incendie dans le cerne de l’arbre et année civile correspondante. Le panneau A est un exemple de coupe transversale marquée par le feu avec des cicatrices de feu individuelles indiquées par la flèche rouge et précédées de l’année au cours de laquelle chaque incendie s’est produit entre 1902 et 2003. Les panneaux B, C et D montrent des exemples agrandis de cicatrices de feu dans le bois dormant (D), le bois précoce-précoce (EE) et le bois moyen-précoce (ME) dans le cerne annuel de l’arbre, respectivement. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

5. Déterminer la saisonnalité des cicatrices d’incendie

  1. Utilisez la position de la cicatrice de feu dans le cerne annuel des arbres pour déterminer la saison à laquelle l’incendie s’est produit. En général, classez l’emplacement de chaque cicatrice de feu dans l’une des catégories suivantes (figure 6B) à l’intérieur de l’anneau de l’arbre : EE (partie précoce du bois précoce), ME (partie centrale du bois précoce), LM (partie finale du bois précoce), L (bois tardif) et D (dormance ou limite de l’anneau)23,18.
  2. Attribuez les cicatrices de feu qui se produisent pendant la période de dormance (entre les limites des anneaux) au début du bois précoce de l’année suivante (feux de printemps), à moins que d’autres échantillons n’aient des cicatrices de feu dans la section tardive du bois tardif de l’anneau24, 25, 26. Les catégories de saisonnalité peuvent également être regroupées en saisons printanière (D + EE) et estivale (ME + LE + L)11.
    REMARQUE : Le regroupement de ces catégories peut varier selon la région géographique et le type de forêt.

6. Analyse des données

  1. Pour analyser les données relatives aux cicatrices d’incendie, créez d’abord une base de données d’historique des incendies à l’aide d’une feuille de calcul, où chaque échantillon est une ligne et chaque colonne est une variable associée à cet échantillon. Envisagez d’inclure les champs suivants pour chaque échantillon.
    1. Inclure le nom scientifique de l’arbre : genre et espèce.
    2. Inclure le numéro de l’échantillon : le numéro attribué à l’échantillon lors de la collecte sur le terrain, par exemple, CRN01a (Cuenca Río Nazas, arbre 01, échantillon a).
    3. Inclure l’année : Cette section comprend deux dates, l’année de l’anneau le plus interne (ou central) et l’année de l’anneau le plus externe (le plus proche de l’écorce). Il est important d’indiquer quand le premier anneau correspond à la moelle et si l’anneau le plus externe est adjacent à l’écorce, ce qui indique la date à laquelle l’échantillon est mort ou a cessé d’être enregistré. Cette information est requise par la plupart des programmes utilisés pour l’analyse de l’historique des incendies.
    4. Incluez la date de bague la plus à l’intérieur.
    5. Indiquez la date de bague la plus à l’extérieur.
    6. Inclure la moelle (Oui ou Non).
    7. Liste de toutes les années et saisons marquées par le feu. Par exemple : 1902EE indiquerait qu’un incendie a été enregistré dans la première partie du bois précoce en 1902 (figure 6C).
  2. Téléchargez le fichier d’historique des incendies dans le Système d’analyse et d’exploration de l’historique des incendies (FHAES) version 2.0.0-SNAPSHOT27. Si le programme n’est pas disponible, téléchargez-le en utilisant ce lien : https://www.frames.gov/partner-sites/fhaes/fhaes-home/.
    1. Ouvrez le programme. Trois options s’offrent à vous : créer un nouveau fichier FHX, charger un ou plusieurs fichiers FHX existants et exécuter une analyse d’époque superposée.
    2. Sélectionnez la première option : Créer un nouveau fichier FHX. Une nouvelle fenêtre appelée Enregistreur d’historique d’incendie s’ouvrira et proposera les options suivantes : Données, Métadonnées, Résumé et Graphiques.
    3. Sélectionnez Données, pour sélectionner les échantillons actuellement chargés, puis cliquez sur le signe de croix verte pour ajouter un nouvel échantillon à cet ensemble de données.
    4. Une nouvelle fenêtre s’ouvrira demandant : Nom de l’échantillon, Première année (l’anneau le plus intérieur correspond-il à la moelle ou non ?), L’année dernière (l’année correspond-elle à l’écorce ou non ?). Une fois ces informations générales fournies, cliquez sur OK pour continuer.
    5. La fenêtre avec les informations générales qui ont été ajoutées est maintenant activée et comprend trois champs : Type d’événement, Saison de l’événement et Année de l’événement. Commencez à ajouter les informations spécifiques, y compris chaque incendie, au premier échantillon. Cliquez sur Ajouter un événement pour ajouter des informations pour chacun des trois champs.
    6. Les informations requises pour chacun des champs sont les suivantes : dans Type d’événement , sélectionnez Cicatrice d’incendie, dans Saison d’événement , sélectionnez la position de la cicatrice d’incendie dans l’anneau de l’arbre et, dans l’année de l’événement , incluez l’année civile au cours de laquelle l’incendie s’est produit. Commencez par le document le plus ancien jusqu’au plus récent.
    7. Dans Ajouter un événement, ajoutez l’événement d’incendie suivant jusqu’à ce que le dernier incendie de cet échantillon ait été ajouté.
    8. Une fois l’exemple terminé, enregistrez le fichier en fonction du nom du site et de l’extension FHX (par exemple : CRN. FHX), de préférence dans le même dossier que le programme FHAES, lorsqu’on lui donne la possibilité d’enregistrer. Vous serez alors informé que le fichier a été enregistré avec succès, sauf s’il y a eu un problème avec le fichier, auquel cas ce message n’apparaîtra pas. Dans ce cas, le problème devra être corrigé avant de continuer.
    9. Pour ajouter les informations du nouvel échantillon, cliquez sur Ajouter un nouvel échantillon à cet ensemble de données et fournissez les informations pour le nouvel échantillon.
    10. Cliquez sur Ok pour continuer.
    11. Cela active une nouvelle fenêtre pour ajouter des informations concernant chaque incendie dans l’échantillon. Suivez la même procédure pour ajouter tous les échantillons de cicatrices d’incendie au fichier. Enregistrez les informations chaque fois qu’un nouvel échantillon est ajouté et vérifiez qu’il a été correctement enregistré en notant le message indiquant que le fichier FHX a été enregistré avec succès.
    12. Si vous ne parvenez pas à ajouter toutes les informations au cours d’une session, continuez à travailler sur la base de données ultérieurement. Pour ce faire, ouvrez le programme FHAES et cliquez sur Charger le(s) fichier(s) FHX existant(s). Sélectionnez le fichier sur lequel vous souhaitez continuer à travailler. Cliquez sur Ouvrir et une nouvelle fenêtre devrait s’ouvrir avec les données de l’échantillon. Sélectionnez Modifier le fichier situé dans le menu ci-dessus, ce qui devrait ouvrir une nouvelle fenêtre Fire History Recorder-CRN.FHX avec le fichier ; À partir de là, continuez à saisir les informations qui sont encore nécessaires.
    13. Pour finaliser le fichier, ajoutez les informations qui peuvent être importantes dans le cadre des métadonnées. Ces informations peuvent inclure des résumés et des graphiques, qui ont été générés avec ce fichier. Une autre option pour l’analyse de l’historique des incendies et les graphiques est le nouveau logiciel « burnr in R »28.
  3. Génération d’un graphique de l’historique des incendies. Ouvrez le programme FHAES et ouvrez le fichier créé à l’aide de la base de données décrite ci-dessus (CRN. FHX). Sélectionnez l’option Carte et l’historique de l’incendie peut être vu graphiquement.
  4. Générez des statistiques descriptives de l’historique des incendies en fonction de l’année et de la saison au cours desquelles les incendies se sont produits. À l’instar des processus utilisés pour créer les graphiques, ouvrez le fichier dans FHAES et sélectionnez Analyse > Exécuter l’analyse > Appliquer. Sur le côté droit de l’écran du programme, une nouvelle fenêtre s’ouvrira (résultat de l’analyse FHAES) affichant à la fois le résumé de l’analyse d’intervalle et le résumé de la saisonnalité. Les statistiques descriptives les plus importantes sont : l’intervalle moyen d’incendie (IFM), les intervalles minimum et maximum, l’intervalle moyen d’incendie par échantillon et l’intervalle de probabilité médian de Weibull (WMPI) ou récurrence du feu. Cette dernière est une mesure de la distribution centrale utilisée pour modéliser la distribution asymétrique des intervalles d’incendie et pour exprimer les intervalles de récurrence en termes probabilistes29,30.
  5. Pour chaque statistique, considérez trois filtres : 1) toutes les cicatrices, 2) filtre 10 %, qui sont des années de feu enregistrées comme cicatrices par 10 % ou plus des échantillons, et 3) filtre 25 %, qui sont des années de feu enregistrées comme cicatrices par 25 % ou plus des échantillons. Le dernier filtre permet de déterminer les intervalles des incendies les plus étendus30.
  6. En ce qui concerne la saisonnalité de l’incendie, différents paramètres sont affichés, le plus important étant le nombre et le pourcentage de cicatrices enregistrées pour chaque catégorie intra-anneau. De même, le nombre et le pourcentage d’incendies enregistrés au printemps et en été sont fournis11.

7. Analyse climat-incendie

  1. Ouvrez le programme FHAES et sélectionnez Exécuter l’analyse d’époque superposée (SEA).
  2. Pour cette analyse, utilisez deux fichiers : 1) Fichier de séries chronologiques continues et 2) Fichier de liste d’événements. Le premier fichier fait référence aux données climatiques ordonnées dans une colonne (par exemple : Précipitations, Température, PDSI, ENSO, etc.) et le deuxième fichier répertorie les incendies reconstitués ordonnés dans une colonne, les deux fichiers doivent être au format texte (.txt).
  3. Chargez chacun de ces fichiers dans leurs formats appropriés.
  4. Lors de l’exécution de l’analyse SEA, il est possible de modifier le nombre d’années avant et après les années d’incendie dans la fenêtre Simulation et statistiques. Cependant, il est fortement recommandé de conserver les paramètres par défaut.
  5. En bas de l’écran, cliquez sur Exécuter pour exécuter l’analyse.
  6. Cela génère les informations récapitulatives ; à partir de là, cliquez sur Graphique pour créer les résultats qui s’affichent automatiquement sous forme de graphiques à barres.
  7. Interprétez ces graphiques : sur l’axe des X, « 0 » représente l’année de l’incendie, les valeurs négatives et positives indiquent les années avant et après l’incendie. Les intervalles de confiance à 95, 99 et 99,9 % sont représentés sous la forme de lignes au-dessus et au-dessous de l’axe moyen, ce qui exprime l’importance de l’analyse.
  8. Enregistrez la sortie au format PNG ou PDF.
  9. À partir de cette analyse, il est possible d’évaluer l’influence de la variabilité climatique sur l’apparition des incendies au fil du temps, y compris les conditions climatiques au cours des années avant, pendant et après les incendies inclus dans l’analyse. Pour obtenir de l’aide supplémentaire dans l’exécution et l’interprétation des résultats avec FHAES, consultez le manuel d’utilisation31.

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Résultats

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Lorsqu’un feu de surface brûle dans une forêt, les troncs de certains arbres sont souvent endommagés, causant des blessures qui guérissent par la suite (figure 7A). Ces cicatrices se forment lorsque le feu est suffisamment intense ou a un temps de séjour suffisamment long pour pénétrer dans l’écorce et tuer une partie du cambium. Historiquement, de tels incendies se produisaient assez souvent pour empêcher l’accumulation de combustibles ; Par conséquent, la plupart de ces incendies ne pourra...

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Discussion

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Dans les écosystèmes forestiers, le feu est un processus écologique clé ; Par conséquent, il est important de reconstituer les régimes d’incendie historiques pour comprendre la fréquence, la saisonnalité et la variabilité des incendies au fil du temps. Les changements apportés au régime historique des incendies peuvent entraîner des conséquences imprévues sur la structure et la santé des forêts. Par conséquent, ces informations sont essentielles à la gestion des forêts. Cette approche mé...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

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Le projet de recherche a été réalisé grâce au financement du projet : Etude de la relation climat-incendies dans le centre-nord du Mexique, financé par le fonds SEP-CONACYT.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Ponceuse àDewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLGPour des échantillons de ponçage
Tronçonneuse BottesForestier FournisseursIl n’y a pas de caractéristique spécifiquehttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Boots
Tronçonneuse ChapsForestier Fournisseurs ForestiersIGP 5-Pli Para-Aramidehttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Chaps
TronçonneuseStihl ou Husqvarna par exempleMS 660Équipement essentiel pour la prise d’échantillons (exemple : barre de 18 à 24 pouces)
ClinomètreFournisseurs forestiersSuunto PM5/360PC avec échelles de pourcentage et de degréhttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Clinometer
Logicielhttps://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
BoussoleForestier FournisseursSuunto MC2 Navigator Mirror Sightinghttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=compass
Programme de travail sur le terrain dendroécologiqueProgramme où les compétences de datation peuvent être acquises ou perfectionnéeshttp://dendrolab.indstate.edu/NADEF.htm
https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Diameter%20tape
Appareil photo numériqueCANONEOS 90D DSLRPour prendre des photos du site et des échantillons collectés (https://www.canon.com.mx/productos/fotografia/camaras-eos-reflex)
Appareil photo numérique pour microscopeOLYMPUSDP27https://www.olympus-ims.com/es/microscope/dp27/
Ruban isolant ou Pellicule plastique pour protéger les échantillonsuline.comhttps://www.uline.com/Product/Detail/S-6140/Mini-Stretch-Wrap-Rolls/
FHAEShttps://www.frames.gov/partner-sites/fhaes/fhaes-home/
FormatIl n’y a pas de caractéristique spécifiquePour collecter des informations à partir de chacun des échantillons
CarnetPour prendre des notes sur les informations du site d’étude
GantsPour la protection des champs
Protection auditiveForestier FournisseursIl n’y a pas de caractéristique spécifiquehttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection
Grands sacs à dosIl n’y a pas de caractéristique spécifiqueSac à dos solide pour le transport d’échantillons sur le terrain
Lunettes de sécuritéFournisseurs forestiersIl n’y a pas de caractéristiquespécifiquehttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Safety%20Glasses
Papierde verre De 40 à 1200 grains
Logiciel CDendro/ CooRecorderLes mesures et la datation des cernes des arbres peuvent également être effectuées à l’aide d’images numérisées des sections transversaleshttps://www.cybis.se/forfun/dendro/
Logiciel Measure J2XVersion 4.2
ttp://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html StéréomicroscopeOLYMPUSSZX10https://www.olympus-ims.com/en/microscope/szx10/
Carte topographique, carted’occupation du sol Obtenue auprès d’une institution publique ou générée dans une première phase de recherche
Équipement VelmexVelmex, Inc.Précision de 0,001 mmwww.velmex.com
Casquede pompier forestier FournisseursIl n’y a pas de caractéristique spécifiquehttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet
bande COFECHA Diamètre du ruban Fournisseurs forestiers Modèle 283D/10M Tissu ou acier.Logiciel de terrain de terrain

Références

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