Dynamique de la limite supérieure de la forêt subalpine depuis le 18ème siècle dans les Alpes françaises : analyse des déterminants environnementaux et humains, et conséquences sur les stocks de carbone // Dynamics of the subalpine forest line since the 1

Contexte
La limite supérieure de la forêt est un élément majeur des paysages alpins, résultant de l'interaction de nombreux facteurs climatiques, écologiques et humains. Malgré un déterminisme complexe, son expansion récente dans les Alpes semble principalement liée aux changements d'usage des terres (déprise agricole et pastorale) et au réchauffement climatique. Par ailleurs, plusieurs études récentes suggèrent que cette dynamique d'extension forestière joue un rôle important dans les services écosystémiques, notamment le stockage du carbone.

Objectifs
Capitalisant sur des travaux précédents, cette thèse a quatre objectifs : (1) réaliser une synthèse des méthodes de définition de la limite forestière (altitudinale ou latitudinale) ; (2) quantifier la dynamique spatio-temporelle de la limite supérieure des forêts subalpines depuis 1730 sur quelques sites des Alpes du Nord, et depuis 1850 sur l'ensemble des Alpes françaises ; (3) identifier les déterminants de cette dynamique (abiotiques, biotiques, socio-économiques, historiques et paysagers) ; (4) analyser ses conséquences à long terme sur le stockage du carbone.

Méthodes
Volet 1 – État de l'art
Une revue de littérature dressera un bilan des méthodes de localisation de la limite forestière : terrain (dendrochronologie, transects), photographies aériennes (photo-interprétation), imagerie satellitaire (indices de végétation, classifications, segmentation) et cartes d'occupation du sol. Ces approches seront replacées dans le cadre de l'effet 'lisière', tout en tenant compte des spécificités de l'écotone alpin. Elles seront comparées selon les données utilisées, les seuils de définition et les biais associés.
Volet 2 – Reconstruction spatio-temporelle
L'analyse reposera sur des cartes forestières historiques et contemporaines : carte d'état-major (~1850), carte forestière de 1950 (SCAN 50® historique) et BD Forêt® (V1 à V3), complétées par un modèle numérique de terrain. Des sources plus anciennes (Mappes sardes, cadastre napoléonien, plans forestiers du XIXe siècle) permettront d'étendre ou de valider la chronologie jusqu'à 1730. La dynamique de la limite forestière sera reconstruite via des algorithmes dédiés. L'étude portera d'abord sur 1850–2022 à l'échelle des Alpes françaises, puis pourra s'étendre à 1730–2022 sur quelques bassins versants ou communes.
Volet 3 – Déterminants de la dynamique
Les variations de la limite forestière seront expliquées par des prédicteurs naturels et humains issus de geodata actuelles et historiques. Les variables socio-économiques incluront démographie, agriculture, charge animale, infrastructures et bâti. Les variables environnementales couvriront climat, topographie, sols, avalanches, composition forestière et biomasse. L'analyse des déterminants des changements à fine échelle spatiale sera réalisée sous R par des modèles bayésiens.
Volet 4 – Stockage du carbone
L'analyse du stockage du carbone dans l'écotone forêt–pelouse reposera sur un dispositif de terrain réparti entre Alpes du Nord et du Sud (Maurienne et Ubaye). Environ 60 sites organisés en transects altitudinaux permettront de reconstituer une chrono-séquence allant de la forêt ancienne à la prairie alpine, à partir de données historiques et d'images aériennes. Le carbone sera estimé dans cinq compartiments : sol, litière, bois mort, biomasse aérienne et racinaire. Les mesures combineront inventaires forestiers, prélèvements de sol et analyses en labo. Des modèles mixtes seront appliqués pour tester l'effet de la transition pelouse vers forêt sur les stocks de carbone.

Résultats attendus
Cette thèse fournira des résultats essentiels sur la dynamique de la limite supérieure des forêts dans les Alpes françaises, marqueur clé du changement environnemental. Elle permettra de mieux comprendre l'influence des facteurs naturels et humains sur son évolution à long terme, d'identifier les zones sensibles et d'anticiper les changements futurs, notamment en matière de stockage du carbone.
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Background
The upper forest limit is a major feature of Alpine landscapes, resulting from the interaction of numerous climatic, ecological, and human factors. Despite its complex determinism, its recent expansion in the Alps appears to be mainly driven by land-use changes (agricultural and pastoral abandonment) and climate warming. In addition, several recent studies suggest that this forest expansion plays an important role in ecosystem services, particularly carbon storage.

Objectives
Building on previous work, this PhD has four main objectives: (1) to provide a synthesis of methods used to define the forest line (altitudinal or latitudinal); (2) to quantify the spatio-temporal dynamics of the forest line since 1730 at selected sites in the Northern Alps, and since 1850 across the French Alps; (3) to identify the drivers of this dynamic (abiotic, biotic, socio-economic, historical, and landscape factors); (4) to assess its long-term consequences for carbon storage.

Methods
Task 1 – State of the art
A literature review will provide an overview of methods used to locate the forest line: field-based approaches (dendrochronology, transects), aerial photography (photo-interpretation), satellite imagery (vegetation indices, classification, segmentation), and land-use maps. These approaches will be framed within the concept of edge effect, while accounting for the specificities of the forest line ecotone. They will be compared according to the data used, threshold definitions, and associated biases.

Task 2 – Spatio-temporal reconstruction
The analysis will rely on historical and contemporary forest maps: the état-major map (~1850), the 1950 forest map (historical SCAN 50®), and BD Forêt® (versions 1 to 3), combined with a digital elevation model. Older sources (Sardinian maps, Napoleonic cadastre, 19th-century forest management plans) will allow the chronology to be extended or validated back to 1730. The dynamics of the forest limit will be reconstructed using dedicated algorithms. The study will first focus on 1850–2022 at the scale of the French Alps, and may be extended to 1730–2022 for selected catchments or municipalities.

Task 3 – Drivers of the dynamics
Variations in the forest line will be explained using natural and human predictors derived from current and historical geodata. Socio-economic variables will include population, agriculture, livestock density, infrastructure, and built environment. Environmental variables will include climate, topography, soils, avalanches, forest composition, and biomass. The analysis of drivers at fine spatial scale will be conducted in R using Bayesian models.

Task 4 – Carbon storage
The analysis of carbon storage in the forest–grassland ecotone will rely on a field sampling design distributed across the Northern and Southern Alps (Maurienne and Ubaye). Approximately 60 sites arranged along altitudinal transects will allow the reconstruction of a chronosequence from ancient forest to alpine grassland, based on historical data and aerial imagery. Carbon stocks will be estimated in five compartments: soil, litter, deadwood, aboveground biomass, and belowground biomass. Measurements will combine forest inventories, soil sampling, and laboratory analyses. Mixed-effects models will be used to test the effect of the grassland-to-forest transition on carbon stocks.

Expected results
This PhD will provide key insights into the dynamics of the forest line in the French Alps, a crucial indicator of environmental change. It will improve our understanding of the influence of natural and human factors on its long-term evolution, help identify sensitive areas, and anticipate future changes, particularly in terms of carbon storage.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : http://www.pepr-forestt.org

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

216 ISCE - Ingénierie pour la Santé la Cognition et l'Environnement

- Le candidat devra disposer d'un Master 2 ou équivalent en écologie, géographie ou science de l'environnement. - Il devra s'intéresser si possible aux approches géo-historiques. - Il devra maîtriser les traitements statistiques (sous R) et les traitements sous SIG (sous QGIS). - Des connaissances sur les écosystèmes forestiers, la gestion forestière et la séquestration du carbone seront appréciées.
- Student with a Master's degree in Ecology, Forest Ecology or Geography (with a good background in environmental geography). - Candidates should be interested in geo-historical approaches. - Candidates should be proficient in statistical processing (using R) and GIS processing (using QGIS). - Knowledge of forest ecosystems, forest management and carbon sequestration will be appreciated.