Le paradoxe : le changement climatique accroît les risques de dégâts liés au gel sur vignes et vergers !

L’hiver a été doux, dans les vignes et dans certaines grandes cultures les premières pousses sont sorties, mais paradoxalement la première vague de froid arrive en France, ce qui inquiète les agriculteurs.

Le changement climatique et l’augmentation des températures hivernales engendrent un développement de la végétation de plus en plus précoce en fin d’hiver. Ce phénomène expose les cultures à des risques accrus de dégâts dus au gel.

Le printemps 2020 confirme cette règle. Après l’hiver le plus doux depuis 120 ans, sans pic de froid, le retour des gelées quasi-généralisées est arrivé hier. Des températures inférieures à -5°C sont à craindre entre les nuits du lundi 23 au jeudi 26 mars.

Le Pôle Agronomie-Modélisation d’itk s’intéresse à cette actualité à travers ses projets de R&D en cours, qui ont pour objectif d’améliorer la prédiction du stade de reprise de végétation de la vigne (communément appelé stade de débourrement).

Une douceur exceptionnelle : les chiffres

Un hiver 2019-2020 exceptionnel !

Les chiffres sont tombés, sans surprise. Cet hiver 2019-2020 a été le plus doux jamais observé en France depuis 120 ans. D’après Météo-France, la température a été en moyenne plus de 2 °C au-dessus de la normale en décembre et janvier et plus de 3 °C en février, avec plusieurs pics de douceur remarquable (figures 1 et 2).

Noël par exemple a été au balcon cette année dans le sud de la France avec des températures culminant à plus de 20°C durant… le réveillon ! De nombreux records de douceur ont été enregistrés en février, notamment dans le sud du pays avec des maximales parfois supérieures à 25°C, s’approchant même des 30°C ! En revanche, malgré quelques refroidissements ponctuels, la France n’a pas encore connu de pic de froid durant cet hiver. 

Cette douceur ne concerne pas que la France. D’après l’ECMWF, une augmentation de +3.2°C en Europe et +0.74°C dans le monde a été observée au mois de décembre par rapport à la moyenne 1981-2010. C’est certainement à Moscou que l’hiver a été le plus incroyable avec une température moyenne hivernale de +0.2°C, positive pour la première fois de l’Histoire (pulvérisant de 3°C le record précédent de -2.8°C en 1961).

Des hivers globalement plus doux

En utilisant des données journalières satellitaires (résolution spatiale de 100 km) issues du capteur spatiale AIRS (Atmospheric InfraRed Sounder «https://airs.jpl.nasa.gov/»), nous avons comparé les températures hivernales de 2017 à 2020 pour une zone du sud de la France (figure 3). Les résultats ont montré que les températures hivernales sont plus élevées en 2017, 2019 et 2020 qu’en 2018. Pour la période entre début février et le 20 mars, les températures moyennes des années 2017, 2019 et 2020 sont supérieures de 4°C environ par rapport à la température moyenne de l’année 2018.

Cette tendance à la hausse, associée à un changement climatique ambiant, est notamment observée depuis la fin des années 90 (figure 4).

Une fin mars 2020 particulièrement froide

Il aura fallu attendre fin mars pour observer le premier coup de froid sur la France, Corse comprise. D’après Météo-France : « Un puissant anticyclone, positionné sur l’Europe de l’est, dirige un courant d’est à nord-est froid sur la France. Dès ce lundi 23 mars, les températures vont chuter de façon significative sur une partie nord-est du pays. Elles se situeront alors de 4 à 6 °C sous les valeurs moyennes d’un début de printemps. De lundi à jeudi, les gelées de fin nuit seront fréquentes et parfois fortes sur le quart nord-est et en altitude notamment (figure 5). »

Un débourrement précoce de la vigne en méditerranée : les faits

Quel liens entre débourrement, dormance et changement climatique ?

Le débourrement est un phénomène par lequel les bourgeons de la vigne (mais aussi de toutes les espèces pérennes à feuilles caduques) reprennent une activité visible à l’œil nu (figure 6). Cet événement se produit habituellement au début du printemps (courant mars-avril dans l’hémisphère nord), et peut varier selon les régions, les cépages et les pratiques culturales. Il s’accompagne d’une augmentation de la circulation de la sève et marque la fin de la dormance hivernale.

La dormance est un état physiologique pendant lequel les plantes ralentissent ou arrêtent leur croissance, pour minimiser les risques de dégâts liés à des conditions climatiques défavorables. Dans le cas de la vigne, l’entrée en dormance se produit au cours de l’été avec l’aoûtement des rameaux. Elle est favorisée par la présence d’une contrainte hydrique et/ou des conditions thermiques chaudes. La diminution de la durée du jour et la baisse des températures nocturnes renforcent ce processus à partir du mois de septembre. Les bourgeons deviennent alors insensibles aux stimuli qui déclenchent habituellement leur croissance (la température et la lumière). On parle d’endodormance pour désigner cette phase où l’inaptitude à la croissance est due à des blocages métaboliques internes au bourgeon.

Pour redevenir sensible aux stimuli environnementaux, la plante doit être exposée à des températures suffisamment fraîches pendant une certaine période. Plusieurs jours de température moyenne inférieure à 10°C peuvent suffire à lever l’endodormance de la vigne (Dokoozlian, 1999 ; Carbonneau et al. 2015). Ces besoins en froid ne sont pas très élevés et sont donc satisfaits dès le début de l’hiver. Les origines méditerranéennes de la vigne font qu’elle n’a pas eu à développer des barrières physiologiques très importantes contre les dégâts liés au froid. Le reste de l’hiver, la dormance n’est qu’apparente et le développement du bourgeon peut reprendre chaque fois que la température dépasse un certain seuil. En théorie, l’activité cellulaire redémarre dès 5°C. Mais il faut plusieurs semaines de températures douces pour que la reprise soit visible à l’œil nu (écartement des écailles, apparition de la bourre). On parle de quiescence ou d’écodormance pour désigner cette phase de « repos relatif » où l’inhibition est due à un facteur externe à la plante (température trop basse, durée du jour insuffisante).

Le changement climatique agit sur ces deux phases de manière paradoxale. S’il fait trop chaud en automne/hiver, les besoins en froid risquent de ne pas être satisfaits et la levée de dormance peut être retardée ou erratique. A l’inverse, des températures douces durant l’hiver accélèrent la levée de l’écodormance et la reprise de l’activité végétative. C’est ce second effet qui prédomine actuellement.

Le changement climatique est un des moteurs de l’avancement des stades phénologiques

Il est maintenant acquis que la hausse des températures due au changement climatique est en partie responsable de l’avancement des stades phénologiques (voir l’excellent « Livre vert du projet CLIMATOR »). Cela a (et aura) des conséquences importantes sur les choix techniques de l’agriculteur et notamment sur le calendrier de ses travaux.

Concrètement, plus il fait chaud en peu de temps (jusqu’à une certaine mesure), plus la succession des stades phénologiques est rapide. En agronomie, on mesure souvent le temps thermique en « degrés-jours », unité qui permet de déterminer si une journée donnée a fait progresser rapidement ou non le développement de la plante (Keller, 2015). Seuls les degrés à partir d’un seuil de température fixe sont considérés pour le calcul de ce temps thermique. Pour la vigne la valeur seuil est de 10°C (une journée avec une température moyenne de 15°C permet ainsi d’accumuler 5 degrés-jours). Ces degrés-jours se cumulent de jour en jour depuis un point de départ dans le cycle de développement et l’apparition d’un stade phénologique est souvent très fidèle à ce cumul. En pratique, 21 degrés-jours sont suffisants pour qu’une nouvelle feuille soit formée (Deloire, 2020).

Les températures très clémentes de ce début d’année ont permis non seulement le débourrement précoce de la vigne mais aussi une croissance rapide de jeunes pousses (figure 7).

Que se passe-t-il en ce début 2020 ?

Dès ce début d’année 2020, les vignerons de l’arc méditerranéen (Côtes de Provence, vignoble languedocien,…) ont pu observer les premiers signes d’un redémarrage de la croissance végétative. Ce phénomène a été qualifié « d’extrêmement rare » et « de jamais vu » par la presse, mais il convient de nuancer ces affirmations.

Depuis quelques années, en effet, ce type d’observations n’a plus rien d’exceptionnel. Comme le rappelle l’un de nos partenaires (ICV), un évènement similaire s’était déjà produit en 2017 avec « la sortie de quelques feuilles dès début janvier ». Dans les régions plus chaudes du bassin méditerranéen, comme la Sicile, le débourrement de quelques bourgeons situés à l’extrémité des sarments est un phénomène classique en décembre/janvier lorsque les ceps n’ont pas encore été taillés. Cela est dû au fait que la dormance des bourgeons terminaux n’est pas aussi profonde que celle des bourgeons situés à la base des sarments. Des périodes de douceur hivernale peuvent donc relancer leur croissance, sans toutefois entraîner de reprise végétative à l’échelle du cep entier. Ce débourrement erratique n’a donc que peu ou pas de conséquences.

Le phénomène est beaucoup plus étendu en ce début mars puisque de nombreuses régions voient leur fruitiers et la vigne débourrer avec beaucoup d’avance (comme les abricotiers dans l’Hérault). Certains arboriculteurs sont déjà inquiets en Touraine.

Ce débourrement précoce était-il prévisible?

Eh bien, oui.

Bien que le débourrement se produise communément aux mois de mars-avril, on observe une apparition de plus en plus précoce des stades phénologiques dans la plupart des régions viticoles (figure 8, étude de l’INRA et de l’institut de géographie en 2007). D’après les statistiques duMinistère de la transition écologique et solidaire, les stades de la vigne apparaissent environ deux semaines plus tôt qu’il y a 20 ans. La même tendance est observée chez nos voisins en Italie où des séries historiques de débourrement montrent un taux d’avancement de 0.6 jour par an entre 1987 et le début des années 2000 (figure 9, Caffarra et Eccel, 2011).

Le paradoxe

Une sensibilité plus importante aux basses températures

Les gelées de printemps constituent un risque fréquent en viticulture. Bien qu’elles soient moins intenses que les gelées hivernales, les gelées printanières menacent particulièrement les bourgeons. En effet, un bourgeon fermé, en plein hiver, est protégé du froid par des parois épaisses, des poils présents à l’intérieur (“la bourre”) et des mécanismes de déshydratation des tissus, ce qui lui permet de résister à des températures basses (jusqu’à environ -15°C).

En revanche, les jeunes pousses issues des bourgeons ayant débourré y sont très sensibles. Si la température descend en dessous de -2, -3°C par humidité forte pendant une période suffisante, ou -5, -6°C par humidité faible, ces jeunes pousses sont détruites (“grillées”). Les ceps eux-mêmes n’en meurent pas, mais si tous ses bourgeons fructifères (“yeux francs”) sont détruits, la production d’un pied peut être nulle pour la saison en cours.

C’est ce qui justifie les opérations de protection menées dans l’urgence par les viticulteurs lors de périodes à haut risque de gel (figure 10).

Une reprise d’activité précoce de la vigne induit donc une sensibilité plus précoce de la vigne au gel. Si dans les prochaines années les dates des dernières gelées n’avancent pas au même rythme que les dates de débourrement, on pourrait assister à une augmentation des dégâts liés aux gelées tardives.

En effet cette question a déjà été explorée dans la littérature scientifique grâce à des modèles phénologiques permettant de simuler les dates de débourrement pour les prochaines décennies en fonction de scénarios climatiques probables. Ces études ne sont pas parvenues à donner des prédictions claires et univoques indiquant une augmentation des risques de gel (Meyer et al . 2018, Molitor et al 2014). Au contraire, la question est plutôt complexe et nuancée. Les tendances futures dépendent du climat initial de chaque zone viticole, des cépages, des technique culturales (qui peuvent modifier la phénologie) et des périodes considérées dans le futur (futur proche, fin du siècle, etc). Le réchauffement climatique n’agit pas en effet de la même façon dans toutes les régions, l’avancement des dates de débourrement étant davantage accentué dans les régions fraîches où la reprise végétative est considérée aujourd’hui comme tardive (Caffarra et Eccel 2011). En Sicile, par exemple, les vignerons observent des tendances de débourrement stables depuis les années 2010 s’accompagnant même de retards à certains endroits (probablement dus à des hivers plus chauds qui ne satisfont pas les besoins en froid).

Le phénomène des vagues de froid à l’origine de gelées tardives est lui-même plutôt complexe et sa possible évolution dans un contexte de changement climatique a été analysé par les climatologues (cf. paragraphe suivant).

Des gelées tardives qui n’auront pas complètement disparu d’ici 2050 : l’hypothèse du jet-stream

Avec le changement climatique, les zones polaires se réchauffent deux fois plus vite que les zones tempérées et tropicales. Or, la différence de température est à l’origine de la vigueur de la ceinture de vents très forts qui fluctue autour de la zone arctique à 10 000 m d’altitude : le fameux « courant de jet » qu’expliquait Matthieu Chevallier (Météo-France) à Science et Avenir.

Cette différence de température entre les pôles et les zones tempérées étant plus faible, le courant-jet devient plus sinueux, ce qui permettrait aux vagues de froid ponctuelles de descendre plus au sud (Figure 10). Lorsque les méandres descendent très au sud, ils permettent à l’air froid arctique de pénétrer sur les zones tempérées. Nous vous conseillons de lire l’excellent article de Nature à ce sujet. Cette hypothèse ne fait cependant pas encore le consensus.

Ainsi, jusqu’au milieu du siècle en cours, dans ce contexte de modifications climatiques, les températures gélives tardives (fin mars, avril, mai), bien que moins basses qu’actuellement, seront encore suffisamment prononcées pour induire des dégâts sur les cultures. Ces cultures ayant des bourgeons débourrés et un feuillage plus développé, les dégâts seront par conséquent plus importants.

La problématique va progressivement évoluer vers la fin du siècle. Non seulement les gelées tardives seront moins fréquentes mais les besoins en froid des bourgeons seront plus long à être satisfaits, ce qui compensera progressivement l’effet de la douceur hivernale.

Contacts

Equipe de communication d’itk : communication@itk.fr

Amelia Caffarra, chercheur agro-modélisatrice : amelia.caffarra@itk.fr

Séverine Persello, chercheur agro-modélisatrice : severine.persello@itk.fr

Gaetan Leroux, chercheur agro-modélisateur : gaetan.leroux@itk.fr

Marcel El Hajj, chercheur agro-modélisateur : marcel.elhajj@itk.fr

Carole Becel, chercheur agro-modélisatrice : carole.becel@itk.fr

Serge Zaka, chercheur agroclimatologue : serge.zaka@itk.fr

Merci à toute l’équipe d’ITK-Labs pour l’organisation de la rédaction de l’article.

Références

Alain Carbonneau, Alain Deloire, Laurent Torregrosa, Anne Pellegrino,Benoit Jaillard, Aurélie Métay, Hernan Ojeda, Eric Lebon, Philippe Abbal. (2015). Traité de la vigne: Physiologie, terroir, culture. Collection: Pratiques Vitivinicoles, Dunod/La Vigne – 2ème édition – 592 pp. 

Caffarra, A. and Eccel, E. (2011). Projecting the impacts of climate change on the phenology of grapevine in a mountain area. Australian Journal of Grape and Wine Research, 17

Deloire, A.(2020). https://www.linkedin.com/posts/alain-deloire-b0483577_in-the-south-of-france-is-grapevine-latent-activity-6630143615869952000-jWV2 

Dokoozlian, N. K. (1999). Chilling temperature and duration interact on the budbreak ofPerlette grapevine cuttings. HortScience, 34(6), 1-3.

Duchêne, Eric & Huard, Frederic & Dumas, Vincent & Schneider, Christophe & Merdinoglu, Didier. (2010). The challenge of adapting grapevine varieties to climate change. Climate Research – CLIMATE RES. 41. 193-204. 10.3354/cr00850.

Keller, M. (2015). The science of grapevines. Academic press – 2nd Edition – 522 pp.

Meier M, Fuhrer J, Holzkämper A. (2018). Changing risk of spring frost damage in grapevines due to climate change? A case study in the Swiss Rhone Valley. International Journal of Biometereology 62

Molitor, D., Caffarra, A., Sinigoj, P., Pertot, I., Hoffmann, L., & Junk, J. (2014). Late frost damage risk for viticulture under future climate conditions: a case study for the Luxembourgish winegrowing region. Australian Journal of Grape and Wine Research 20