Productivity changes in pure and regular stands of beech (Fagus sylvatica L.) and sessile oak (Quercus petraea Liebl.) in the Northern half of France during the XXth century

Historical evolution of forest productivity is investigated for the French main two social broadleaved species - common beech (Fagus sylvatica L.) and sessile oak (Quercus petraea Liebl.) - in pure even-aged stands from State forests, with an aim of description and quantification at stand scale. The analysis therefore focuses on dominant height growth, a classical proxy for forest productivity. Using a retrospective approach (stem analysis), increments were sampled from two generations of stands associated couples to ensure control of site conditions. The evolution of growth rate is estimated by statistical modelling of increments, accounting for the effect of stand developmental stage and site differences between couples. Growth trends were assessed at a regional scale, leading to the constitution of 2 samples for beech (Normandie/Picardie, Lorraine/Alsace) and 4 samples for oak (Normandie, val de Loire, plaine d'Allier, Lorraine/Alsace). COmplementary analysis of dominant radial growth (ring measurements) and wood density (X-ray microdensitometry) at breast height was performed for beech on the Lorraine/Alsasce sample. Climatic and trophic conditions in sampled stands were also assesed.The increase in dominant height growth rate is widespread on the territory, although its intensity varies along a longitudinal gradient. Whereas it appears to be more pronounced in the Northeastern area for both species, it remains weak or recent in the Northwestern area. Most of the evolution formed in the second half of the century and is affected by crises of climatic origin, specific or common to both species, of which the most marked took place in the 1940's. Contrary to beech, the 1990's were beneficial to oak and it is a reason why trends detected on oak stands culminate at a higher level compared to those on beech. The secular increase in dominant height growth rate varies between +20% and +100% in extreme situations and reaches an approximate +50-60% common to both species in Northeastern France when eluding the effect of recent years. In thi area, radial growth increase is similar to that of height growth. Wood density remained stable, so that biomass productivity could follow the trend estimated on dominant height growth. Analysis of site - growth relationships allows to tackle the issue of the origin of productivity changes and suggests multi-causal determinism. So far, climate would have had essentially short-term consequences. Moreover, opposite seasonal effects on tree growth could be awaited. Faster growth rate evolution in recent decades, together with its organisation in space and the sensitivity of species to trophic conditions, emphasize the possible key role of atmospheric nitrogen deposition in the response to environmental changes.Le thème de l'évolution historique de la productivité forestière est abordé pour les deux grands feuillus sociaux du territoire, hêtre commun (Fagus sylvatica L.) et chêne sessile (Quercus petraea Liebl.), conduits en futaie régulière et pure, en forêt domaniale, avec un objectif de description et quantification du phénomène à l'échelle du peuplement. L'analyse privilégie la croissance en hauteur dominante, indicateur classique de la productivité forestière. Elle repose sur la comparaison d'accroissements reconstitués de façon rétrospective (analyses de tiges) de deux générations de peuplements, associés en couples pour assurer un contrôle efficace des conditions de fertilité. L'évolution de la vitesse de croissance est estimée par une modélisation statistique des accroissements, qui prend en compte l'effet du stade de développement des peuplements et les différences de fertilité entre couples. Le diagnostic a été régionalisé, conduisant à échantillonner les hêtraies dans 2 secteurs (Normandie/Picardie et Lorraine/Alsace) et les chênaies dans 4 secteurs (Normandie, val de Loire, plaine d'Allier, Lorraine/Alsace). Une analyse complémentaire de la croissance radiale dominante (lectures de cernes) et de la densité du bois (microdensitométrie aux rayons X) à 1,30 m a été réalisée dans les hêtraies du Nord-Est. Les conditions trophiques et climatiques des peuplements ont été caractérisées. L'augmentation de la vitesse de croissance en hauteur dominante a un caractère général sur le territoire, structuré selon un gradient longitudinal. Pour chaque essence, elle est plus marquée dans le Nord-Est, tandis qu'elle reste faible ou récente dans le Nord-Ouest. L'essentiel de l'évolution a été acquis dans la seconde moitié du siècle. La progression est ponctuée de crises d'origine climatique, communes ou spécifiques, dont la plus marquée est celle de la décennie 1940. Défavorable au hêtre, la décennie 1990 a été bénéfique au chêne, et explique que l'évolution constatée pour cette essence culmine en fin de siècle à un niveau bien supérieur à celui du hêtre. L'augmentation séculaire est comprise pour les extrêmes entre +20% et +100%, et atteint dans le Nord-Est un niveau commun aux deux essences de +50-60% en excluant la période récente. Dans ce secteur, les évolutions de croissance radiale et en hauteur du hêtre sont similaires. La densité du bois est restée stable. En conséquence, la productivité en biomasse a pu suivre l'évolution estimée sur la hauteur dominante. L'analyse des relations croissance - facteur du milieu permet d'aborder la causalité des changements de productivité, et suggère un déterminisme multifactoriel. Le climat aurait eu jusqu'alors des conséquences essentiellement conjoncturelles. Des effets saisonniers opposés sur la croissance sont de plus possibles. Le caractère récent des évolutions constatées, leur organisation spatiale, conjugués à une sensibilité des essences aux conditions trophiques, font ressortir le rôle clé possible des dépôts atmosphériques azotés dans la réponse aux changements de l'environnement