Étudier la dendrochronologie
La dendrochronologie est l’étude des données issues de la croissance des cernes des arbres. En raison du balayage et des diverses applications de ces données, les spécialistes peuvent provenir de nombreuses disciplines universitaires. Il n’existe pas de diplômes en dendrochronologie car, bien qu’elle soit utile dans tous les domaines, la méthode elle-même est assez limitée. La plupart des personnes qui se lancent dans l’étude des cercles d’arbres viennent généralement de l’une des disciplines suivantes :
- Archéologie – dans le but de dater les matériaux et les artefacts fabriqués en bois. Lorsqu’ils sont utilisés en conjonction avec d’autres méthodes, les cernes d’arbres peuvent être utilisés pour tracer des événements.
- Chimistes – les cernes d’arbres sont la méthode par laquelle les dates de radiocarbone sont calibrées.
- Science du climat – en particulier dans le domaine de la paléoclimatologie où nous pouvons apprendre les conditions environnementales du passé, localement ou globalement, sur la base de ce que les cernes d’arbres nous disent. Par extension, cela peut également nous renseigner sur le changement climatique à l’avenir
- Dendrologie – qui comprend également la gestion et la conservation des forêts. Les dendrologues sont des scientifiques des arbres et examinent tous les aspects des arbres (1). Les anneaux des arbres peuvent les renseigner sur le climat local actuel
Bien que la dendrochronologie ait également des utilisations pour les historiens de l’art, les diplômés en études médiévales, les classicistes, les anciens et les historiens en raison de la nécessité de dater certains des matériaux que les domaines manipuleront dans leurs projets de recherche. Généralement, un baccalauréat dans l’une des disciplines ci-dessus sont suffisants pour étudier les données qui sortent de la dendrochronologie.
Quelques notes sur les arbres
Les arbres sont une forme omniprésente de la vie végétale sur la planète Terre. Ils sont les poumons du monde, respirant le dioxyde de carbone et expirant l’oxygène dont dépend la vie animale. Ils vivent également dans toutes sortes de conditions : dans les zones tempérées et tropicales et dans les endroits arides, des paysages de montagne aux forêts tropicales de l’équateur et aux hautes terres tempérées de Scandinavie, ils sont partout. Ils sont utilisés comme décoration dans les parcs et les jardins du monde entier. Ils sont de toutes formes et de toutes tailles, des plus petits gaules jusqu’aux colossaux séquoias d’Amérique du Nord – on pourrait dire que nous les prenons pour acquis, et pourtant ils sont essentiels pour nous enseigner de nombreux aspects de notre passé.
Les arbres ont évolué il y a environ 380 millions d’années (2). Avant cela, les ancêtres des arbres pouvaient ressembler légèrement à des arbres, mais ils n’étaient pas des arbres au sens propre du terme. L’aube de l’âge des vrais arbres est arrivée avec l’évolution du bois à la fin du Dévonien. Avant cela, leurs ancêtres avaient une forme d’arbre reconnaissable, que l’on pense être celle d’un type de fougère géante qui a commencé le processus de développement d’une tige ligneuse. Le bois aide l’arbre en développement à rester fort à mesure qu’il vieillit et qu’il pousse vers le haut, en construisant de nouvelles branches et en absorbant davantage de lumière solaire pour la reproduction par photosynthèse. Comme nous le savons tous, le bois est un matériau solide et résistant, apprécié pour sa longévité et sa force. À chaque saison de croissance (généralement annuelle, mais pas toujours, nous examinerons ce problème plus tard), un nouveau cerne se forme dans le corps de l’arbre. Nous pouvons le voir sur n’importe quelle souche d’arbre, une série d’anneaux concentriques entourant le bois du cœur et s’étendant vers le bord. Naturellement, les cercles extérieurs représentent les plus jeunes années de l’arbre et vous remarquerez que tous les cercles ne sont pas uniformes – certains sont plus fins, d’autres plus épais, certains clairs et d’autres foncés. Ceux-ci représentent des modèles de croissance qui reflètent les conditions de la saison ou de l’année (4) et ce sont ces anneaux sur lesquels toute l’étude de la dendrochronologie est basée.
Qu’est-ce que la dendrochronologie ?
La dendrochronologie est l’étude de la croissance des anneaux des arbres et nous pouvons apprendre beaucoup de leur étude. Nous pouvons dater le matériel archéologique organique et créer un enregistrement chronologique par rapport auquel les artefacts peuvent être datés (3). Nous pouvons apprendre beaucoup de choses sur le climat passé, sur la façon dont les conditions météorologiques saisonnières extrêmes ou les périodes de changement climatique ont affecté la croissance des arbres et sur la façon dont cela pourrait affecter notre climat à l’avenir. L’astronome américain A E Douglass, qui s’intéressait vivement à l’étude du climat, a mis au point cette méthode vers 1900 (4). Il pensait que les cercles des arbres pouvaient être utilisés comme données de substitution pour étendre l’étude du climat à des périodes plus lointaines que celles qui avaient été autorisées auparavant. Il avait raison, et plus le nombre d’arbres ajoutés à l’enregistrement était important, plus la taille des données pouvait être extrapolée et plus nous pouvions nous faire une idée complète de notre climat passé. Ce n’est que dans les années 1970 que les archéologues ont vu les avantages de l’utilisation des données sur les cernes des arbres dans leur propre domaine (8), même si Douglass lui-même avait utilisé sa méthode pour dater de nombreux artefacts et monuments préhistoriques d’Amérique du Nord qui n’avaient auparavant pas été placés de manière satisfaisante dans une chronologie définie.
À chaque saison de croissance, les arbres créent un nouveau cerne qui reflète les conditions météorologiques de cette saison de croissance. En soi, un seul enregistrement ne peut nous dire que peu de choses sur les conditions environnementales de l’époque au cours d’une année spécifique de la croissance de l’arbre, et bien sûr l’âge de l’arbre au moment de l’abattage, mais lorsque nous mettons ensemble des centaines et des milliers d’enregistrements de cernes, cela peut nous en dire beaucoup plus. Plus important encore, en supposant qu’il n’y a pas de lacunes dans l’enregistrement (et même s’il y a de courtes lacunes), il peut nous dire l’année précise où un certain anneau d’arbre a grandi (4). Le potentiel est donc énorme, même avec ces deux simples séries de données que nous pouvons extrapoler à partir des données sur les cercles d’arbres. C’est une méthode de datation précise et fiable avec un grand nombre d’utilisations dans les études environnementales, l’archéologie et tout ce qui se trouve entre les deux.
La méthode est allée de force en force et est maintenant une méthode vitale dans de multiples disciplines. Dès les années 1980, plusieurs études séminales ont débuté à l’Université d’Arizona (6), (7) étudiant le pin bristlecone de Californie et le chêne hohenheim en Allemagne. Grâce aux travaux de ces études, nous disposons aujourd’hui d’une chronologie de 8 600 ans pour le pin bristlecone et d’une chronologie de l’ordre de 12 500 ans pour le chêne. Cet ensemble de données énorme et complet est fondamental pour les études européennes et nord-américaines du paléoclimat et de la préhistoire (8).
Principes de définition de la dendrochronologie (3):
- Uniformité – que tout enregistrement individuel de cernes d’arbres puisse être calibré par rapport à la somme totale de l’enregistrement existant afin qu’il puisse être placé dans la chronologie. Une fois calibré, nous devrions être en mesure de dire précisément quelle année un certain anneau a été créé
- Facteurs limitants – que certaines conditions météorologiques et climatiques ont un effet sur la croissance des anneaux de l’arbre dans une année ou une saison donnée
- Agrégation – La force de l’enregistrement des anneaux de l’arbre est que les variations pour les conditions locales sont prises en compte et que tout ensemble de données sur les anneaux de l’arbre devrait bien s’insérer dans l’enregistrement existant
- Amplitude écologique – Certaines espèces d’arbres ne pousseront que dans certaines zones. Certaines aiment les sols humides et salés et d’autres préfèrent les sols secs et acides ; il y a des préférences pour la température, l’humidité et la plupart ont une limite d’altitude. Les meilleurs enregistrements sont ceux pris sur les marges de la terre que les espèces préfèrent parce que c’est là que nous voyons le plus de variations dans la croissance des anneaux de l’arbre
Il y a un inconvénient majeur à la dendrochronologie et c’est que nous pouvons seulement dater les anneaux dans l’arbre. Cela ne dit rien sur le moment où l’arbre a été abattu, ni sur la date de son utilisation (8). Dans le passé, le bois de bonne qualité a pu être réutilisé (10) et pour l’archéologue, il est important de vérifier les autres archives par rapport aux nouvelles données. Certains arbres sont également meilleurs que d’autres pour l’étude (5).
Notes sur la fiabilité
Les espèces d’arbres varient énormément. Dans cet article, nous faisons l’hypothèse que la croissance est annuelle avec une saison de croissance distincte. La plupart des espèces d’arbres sont fiables ; le chêne est le type d’arbre le plus fiable pour les cernes de croissance – avec pas un seul cas connu d’anneau de croissance annuel manquant. L’aulne et le pin sont connus pour » manquer une année » de temps en temps, ce qui est déjà assez déroutant sans compter que ces espèces peuvent aussi » doubler « , en ayant deux cernes dans la même saison de croissance (8). Le bouleau et le saule ne sont pas du tout utilisés en raison de la nature erratique de leur cycle de croissance. Depuis les changements climatiques survenus depuis la révolution industrielle, certains des enregistrements dendrochronologiques les plus récents sont devenus erratiques (9) et en altitude, les données sur les cernes des arbres ont diminué – nous observons plus de variabilité que jamais (11).
Auparavant, avant de disposer d’un traitement moderne du bois, les gens vidaient souvent les arbres de leur sève après l’abattage et avant l’utilisation du bois. L’élimination de la sève, et parfois du bois de cœur, peut sérieusement affecter la fiabilité du bois en tant qu’artefact pour la datation (10).
Une bonne étude de dendrochronologie dépend fortement de l’absence d’un modèle répété. Nous nous attendons, en raison de la nature changeante du climat, à ce que chaque année ait un modèle distinct dans l’enregistrement (9). Aucun modèle n’est susceptible de se répéter parfaitement, mais c’est certainement possible. Toutes les permutations doivent être examinées et, si nécessaire, vérifier l’enregistrement par rapport à des informations externes connues.
Datation au radiocarbone
Une partie de l’enregistrement dendrochronologique consiste également à mesurer la quantité de carbone dans l’échantillon d’arbre, grâce à ce long enregistrement, nous connaîtrons la date exacte à laquelle un anneau d’arbre a été créé à l’intérieur de l’organisme vivant. Cet enregistrement continu est donc vital pour la datation des matières organiques par le biais de la datation au radiocarbone. La quantité d’isotope 14 du radiocarbone dans l’artefact est comparée aux données des cercles d’arbres pour le calibrage, et elle est toujours calibrée par rapport à un matériau organique d’âge connu (8). La nature exhaustive des cernes de croissance des arbres constitue une base de données parfaite pour l’étalonnage des matériaux organiques. La plupart des enregistrements seront uniques et cela devrait, en théorie, donner une date absolue pour l’artefact ; s’ils ont un niveau identique d’isotope, nous pouvons conclure sans risque qu’ils ont le même âge (12). Il est rarement aussi facile de trouver une année précise, aussi une gamme de dates est-elle sélectionnée, d’où le fait que les dates au radiocarbone sont toujours accompagnées d’un facteur d’erreur. 4750BP +/-30 ans par exemple.
Usages en archéologie
Sweet Track – il est connu comme « le plus vieux sentier pédestre du monde » ce qui est un titre curieux qui n’est pas donné à la légère. C’est certainement le plus ancien sentier datable du monde si l’on définit le sentier comme quelque chose d’artificiel et de délibérément créé dans le but de se déplacer dans une zone géographique, plutôt qu’un chemin qui a évolué à partir du piétinement.
Jusqu’aux années 1980, il était notoirement difficile de dater les sites archéologiques gorgés d’eau, ce qui était frustrant pour les chercheurs car les matériaux organiques tels que le bois se retrouvent rarement dans des zones où ils pourraient facilement survivre. Jusqu’à cette époque, il n’existait pratiquement aucune chronologie pour la période préhistorique en Angleterre (15, p210). La dendrochronologie a été d’un grand secours et la découverte d’une partie de la Sweet Track dans un sol gorgé d’eau dans les Somerset Levels a donné aux chercheurs de l’âge du fer et des périodes antérieures un espoir qui s’est concrétisé au cours des décennies suivantes. Les Somerset Levels étaient gorgés d’eau la majeure partie de l’année à l’époque préhistorique, et n’ont pas été drainés avant la période post-médiévale, et la piste s’étendait sur près de 2 km depuis un terrain élevé jusqu’à ce qui était alors une île sur les Levels (14). Les données sur les cernes des arbres prélevées sur certaines des grandes pièces de bois qui ont survécu (parce qu’elles étaient gorgées d’eau) ont permis de dater la piste elle-même et les établissements situés à proximité d’environ 3806 avant J.-C. au moment de son achèvement (15, p218). Il s’agissait d’une date que les chercheurs soupçonnaient, bien que de manière beaucoup plus large qu’avant la confirmation, mais à partir de ce moment-là, la dendrochronologie est devenue un outil fondamental pour la datation des vestiges archéologiques.
Utilisations dans les études climatiques
Dans la lutte contre le changement climatique, c’est vers le passé que nous nous tournons afin de travailler sur ce à quoi notre avenir pourrait ressembler. L’étude des données relatives aux cercles d’arbres est essentielle pour comprendre à quoi ressemblait notre paléoclimat régional et mondial à une époque donnée, notamment en raison de l’absence d’autres sources où nous pourrions obtenir de telles informations. La méthode a fait l’objet d’immenses améliorations au cours des 20 dernières années. Alors que la plupart des climatologues s’intéressent à l’influence de l’homme sur le climat, la dendrochronologie pour la science du climat se concentre sur les changements de la végétation qui résultent des processus naturels de changement climatique (16 p129-130). La méthode de changement peut avoir été différente, mais les résultats sont les mêmes et ils peuvent nous en apprendre beaucoup sur les niveaux croissants de carbone dans le passé. En cela, il est vital de comprendre à quoi ressemblera un monde post changement climatique, en particulier sur les arbres, et les effets sur la croissance des arbres à l’avenir.
Les climatologues s’intéressent particulièrement aux deux événements connus sous le nom de petit âge glaciaire (LIA) et de période de réchauffement médiéval (MWP) ; tous deux ont été des périodes au cours desquelles la zone de l’Atlantique Nord – pendant plusieurs centaines d’années – a connu des conditions climatiques inhabituelles. Ces deux événements ont eu un effet profond sur le climat de l’Europe et de l’est de l’Amérique du Nord. En Europe, où l’on trouve peu d’arbres à longue durée de vie, beaucoup plus fréquents en Amérique (16 p132-133), les données du LIA et du MWP sont fondamentales pour comprendre le changement climatique moderne. En Amérique du Nord, c’est l’inverse, car nous pouvons remonter loin dans les archives paléoclimatiques, dont le nombre se chiffre souvent en milliers d’années, pour obtenir des données sur une période beaucoup plus longue.
- https://www.ffa.org/ffa2015/Career%20Explorer/Dendrologists.pdf
- http://www.academia.edu/4470066/Wood_anatomy_and_evolution_a_case_study_in_the_Bignoniaceae
- http://web.utk.edu/~grissino/principles.htm
- http://dendro.cornell.edu/whatisdendro.php
- http://www.ltrr.arizona.edu/lorim/good.html
- https://journals.uair.arizona.edu/index.php/radiocarbon/article/view/4172
- https://journals.uair.arizona.edu/index.php/radiocarbon/article/view/787
- http://www.helm.org.uk/guidance-library/dendrochronology-guidelines/dendrochronology.pdf
- http://web.utk.edu/~grissino/downloads/Harley%20and%20Grissino-Mayer%20Sustainability.pdf
- http://dendro.cornell.edu/articles/kuniholm2000.pdf
- http://arizona.openrepository.com/arizona/bitstream/10150/303131/1/ltrr-0064.pdf
- http://www.radiocarbon.com/tree-ring-calibration.htm
- Cook, E.R. & Kairiukstis L. A. 1990 : Méthodes de dendrochronologie : Applications dans les sciences de l’environnement. Springer.
- http://www.bosci.net/papers/sweettrackdate.pdf
- http://www.treeringsociety.org/TRBTRR/TRBvol47_61-69.pdf
- http://earthsciences.ucr.edu/gcec_pages/docs/geo224/Martinelli%202004-GlbPlnChg-Climate%20from%20dendrochronology.pdf
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Climatologie : La science des systèmes météorologiques mondiaux à long terme
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