Integrated assessment of historical charcoal production in NW European lowlands : from kiln inventory to legacies in the environment

Étude intégrée de la production historique de charbon de bois à basse altitude en Europe de l'ouest : de l'inventaire des charbonnières à leurs héritages dans l'environnement

• Auteur / Autrice : Ana Cláudia Fernandes Oliveira
• Direction : Simon Devin, Vincent Robin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité, écosystèmes
• Date : Soutenance le 27/06/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Montargès-Pelletier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Devin, Vincent Robin, Oliver Nelle, Thomas Raab, Sandrine Paradis-Grenouillet, Annegret Larsen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Oliver Nelle, Thomas Raab

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lidar

Écologie des forêts

Meuse (France)

Charbon -- Industrie et commerce

Charbon de bois

Anthracologie

Mots clés libres

Anthracologie

LiDAR

Forêt

Anthracology

LiDAR

Woodland

Résumé

Le bois était (et est toujours) une ressource clé dans les sociétés humaines comme source d'énergie indispensable au développement (proto-)industriel, du Moyen-Âge à l'émergence des énergies fossiles. Les charbonnières, qui sont les traces les plus visibles de la production de charbon de bois, sont répandus et préservés dans les zones forestières, et constituent des sources importantes d'informations sur l'exploitation passée des forêts. Ainsi, une étude interdisciplinaire de la production historique de charbon de bois, en plaine dans la Meuse (NE France), intégrant des contributions d'anthracologie, d'analyses d'images, de l'histoire, des sciences du sol et de la végétation, permet d'avoir une vision intégrée des impacts et des héritages de cette activité anthropique sur l'environnement. La quantification des charbonnières a été effectuée sur la base de données LiDAR, en comparant la détection visuelle et automatique. Il en résulte que la détection basée sur des observations d'experts est la plus fiable, même si la détection basée sur un algorithme à identifier plus de structures. Nous avons également montré que la validation sur le terrain était une étape importante pour affiner la qualité des détections digitales. Les résultats de l'analyse du charbon de bois des 48 charbonnières échantillonnés ont révélé la présence de 12 taxons, avec Carpinus betulus qui représente les deux tiers de la diversité observée. Les résultats des datations, radiocarbones et par luminescence stimulée optiquement, suggèrent que l'activité a eu lieu tout au long des années 1800 jusqu'au début des années 1900. En conjuguant les estimations dendro-anthracologiques et des sources écrites historiques, il est démontré qu'une gestion par le taillis sous futaie en place au moment de la production de charbon de bois. Les arbres de futaie (essentiellement Quercus et Fagus) ont été favorisées pour constituer la réserve de bois d'œuvre, et le taillis (essentiellement Carpinus) a été récolté régulièrement. Les analyses pédologiques montrent que la structure du sol a également été affectée par la construction et l'utilisation des charbonnières, ainsi que les caractéristiques physico-chimiques qui sont nettement différentes selon qu'il s'agit de niveaux de charbonnage ou d'horizons des sols adjacents. Les résultats de l'étude de la végétation reflètent une richesse spécifique plus élevée dans les charbonnières, par rapport à des références externes, ainsi de que des patrons de distribution pour certaines espèces qui semblent influencés par la présence de charbonnières en forêt. Ce travail a fourni une analyse intégrée de la production de charbon de bois, depuis les influences passées jusqu'aux effets actuels sur les écosystèmes forestiers de plaine tempérée. Les résultats obtenus ont diverses implications dans plusieurs domaines de recherche comme la paléoécologie, l'écologie forestière et la pédologie, en termes de trajectoires écologiques et d'héritages écosystémiques.

Wood was (and still is) a key resource in human societies by being a source of energy in the (proto-) industrial development from the Middle-Ages to the emergence of fossil energy. Charcoal kilns, the most visible traces of charcoal production activity, are widespread and preserved in forest areas being an important source of information about former woodland exploitation. Thus, a multidisciplinary study of charcoal production in lowland area in Meuse (NE France), including contributions from anthracology, image analysis, history, soil and vegetation sciences permits to have an integrative overview of the impacts and legacies of the activity on the environment.Platform quantification was performed according LiDAR data, by comparing both man-made and automatic detection. Expert-based detection was more precise and the algorithm-based detection one was able to find more structures. We also showed that field validation was an important step to refine the quality of detection performed by digital approaches.Results of charcoal analysis of the 48 sampled charcoal kilns revealed the occurrence of 12 taxa with the dominance of Carpinus betulus, representing two thirds of the diversity observed. Dating results, from radiocarbon and Optically-Stimulated Luminescence, suggest that the activity took place, most likely, throughout the 1800s until the beginning of the 1900s. By conjugating evidences from diameter estimation of charcoal pieces and historic written records, a coppice-with-standards management regime was in place at the time of charcoal production where standards (mostly Quercus and Fagus) were favored to become the timber resources, and coppiced (Carpinus) was harvested in shorter rotation cycles.The soils analysis show that soil structure was also impacted by construction and operation of charcoal kilns. Also, analyses of soils around kilns revealed differences by an increasing concentration of elements when compared to outer references. Additionally, results from the vegetation survey also reflected a higher species richness in the plots on the platform when compared to the external references.This work provided an integrative analysis of the charcoal production process from the past influences to the present-day effects on the temperate lowland forest ecosystems. The results obtained have got various implications of several fields of research such as paleoecology, forest ecology and pedology, concerning ecological trajectories and ecosystem legacies.