Progrès de la recherche en planification spatiale des forêts : méthodes, défis et orientations futures

Contexte académique

La planification de la gestion forestière est un outil essentiel pour assurer l’utilisation durable des ressources forestières. Avec l’augmentation de la demande mondiale en produits forestiers et en services écosystémiques, les méthodes traditionnelles de planification forestière ne parviennent plus à répondre aux besoins complexes de gestion. En particulier, la structure spatiale des paysages forestiers (telle que la composition et la configuration des parcelles forestières) a un impact significatif sur la fourniture des services écosystémiques. Ainsi, la planification spatiale des forêts (Spatial Forest Planning) a émergé, visant à intégrer les informations spatiales dans la planification de la gestion forestière pour optimiser l’utilisation des ressources forestières et la protection des écosystèmes.

Au cours des deux dernières décennies, les progrès dans les techniques de modélisation exacte et les algorithmes heuristiques ont permis des avancées significatives dans la recherche sur la planification spatiale des forêts. Cependant, l’application efficace de ces techniques à des problèmes réels complexes reste un défi majeur. Cet article vise à fournir une analyse complète de l’état actuel, des méthodes, des défis et des orientations futures de la planification spatiale des forêts à travers une revue systématique de la littérature mondiale.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Emin Zeki Başkent (Université technique de Karadeniz, Turquie), José Guilherme Borges (Université de Lisbonne, Portugal) et Jan Kašpar (Université tchèque des sciences de la vie), et publié en juin 2024 dans la revue Current Forestry Reports. La recherche a été soutenue par plusieurs projets, notamment le projet “Méthodes progressives de planification de la gestion forestière” de l’Université tchèque des sciences de la vie et l’action “DSS4ES” de l’Union européenne.

Contenu et points de vue principaux

1. Concept et méthodes de la planification spatiale des forêts

Le cœur de la planification spatiale des forêts réside dans l’intégration des informations spatiales dans la planification de la gestion forestière pour optimiser la structure et la fonction des paysages forestiers. Alors que la planification forestière traditionnelle se concentre principalement sur la dimension temporelle et les caractéristiques de composition, la planification spatiale des forêts met l’accent sur la taille, la forme et la distribution spatiale des parcelles forestières. L’article souligne que les techniques de modélisation exacte (telles que la programmation linéaire et la programmation en nombres entiers) et les algorithmes heuristiques (tels que le recuit simulé et les algorithmes génétiques) sont les principaux outils pour résoudre les problèmes de planification spatiale des forêts.

• Techniques de modélisation exacte : Ces méthodes garantissent de trouver une solution optimale sous des contraintes spécifiques, mais elles sont confrontées à une complexité de calcul et à des coûts temporels élevés lorsqu’il s’agit de problèmes réels à grande échelle et multi-objectifs.
• Algorithmes heuristiques : Bien qu’ils ne garantissent pas de trouver une solution optimale globale, ils offrent une efficacité et une flexibilité élevées pour traiter des problèmes complexes, en particulier dans des situations impliquant de multiples services écosystémiques et contraintes.

2. Intégration des services écosystémiques

Un objectif important de la planification spatiale des forêts est d’optimiser la fourniture de multiples services écosystémiques. À travers l’analyse de la littérature, l’article résume les principales catégories de services écosystémiques suivantes : - Services d’approvisionnement : tels que le bois et les produits forestiers non ligneux, représentant 40,44 % des études. - Services de régulation : tels que le stockage de carbone, la gestion des incendies et des dommages causés par le vent, représentant 7,54 %. - Services de soutien : tels que la conservation de la biodiversité, représentant 33,33 %. - Services culturels : tels que les valeurs récréatives et esthétiques, représentant une proportion plus faible.

Les recherches montrent que ces dernières années, la proportion des services de régulation et de soutien dans les fonctions objectifs a considérablement augmenté, reflétant l’importance accrue accordée aux fonctions écologiques dans la gestion forestière.

3. Contraintes spatiales et défis

Les principaux défis de la planification spatiale des forêts incluent : - Relations d’adjacence (Adjacency) : Limiter les intervalles de temps entre les coupes dans les parcelles forestières adjacentes pour réduire les impacts écologiques. - Taille des ouvertures (Opening Size) : Contrôler la superficie maximale des zones de coupe pour maintenir la connectivité du paysage forestier. - Zones centrales (Core Area) : Protéger les habitats clés et réduire la fragmentation forestière.

L’article souligne que les techniques de modélisation exacte sont confrontées à des défis de complexité de calcul lorsqu’il s’agit de ces contraintes, tandis que les algorithmes heuristiques offrent des solutions réalisables grâce à des stratégies de recherche flexibles.

4. Orientations futures de la recherche

L’article propose plusieurs orientations clés pour les recherches futures en planification spatiale des forêts : - Optimisation multi-objectifs : Développer des modèles capables d’optimiser simultanément plusieurs services écosystémiques. - Adaptation au changement climatique : Intégrer les impacts du changement climatique dans les modèles de planification spatiale et évaluer leurs effets sur la croissance des forêts et les services écosystémiques. - Modèles dynamiques : Développer des modèles de planification dynamiques reflétant les changements des conditions forestières au fil du temps. - Analyse des incertitudes : Introduire des techniques de modélisation stochastiques pour évaluer la robustesse des décisions de planification face aux incertitudes. - Applications de l’intelligence artificielle : Utiliser des techniques d’apprentissage profond et de renforcement pour améliorer l’efficacité et la précision de la planification spatiale des forêts.

5. Innovation technologique et collaboration interdisciplinaire

L’article met en avant l’importance de l’innovation technologique dans la planification spatiale des forêts. Par exemple, l’apprentissage par renforcement profond (Deep Reinforcement Learning, DRL) est utilisé pour les problèmes de décision dynamique, permettant de gérer efficacement des scénarios complexes tels que les risques d’incendie. De plus, la collaboration interdisciplinaire (par exemple, entre l’écologie, l’informatique et l’économie) est considérée comme un élément clé pour faire progresser la planification spatiale des forêts.

Importance et valeur de la recherche

À travers une revue complète de la planification spatiale des forêts, cet article fournit un soutien théorique et méthodologique important pour la gestion forestière. Sa valeur scientifique réside dans : - Une synthèse systématique de l’état actuel et des tendances de la recherche en planification spatiale des forêts. - La proposition d’orientations clés pour les recherches futures, offrant des références utiles aux universitaires et aux décideurs. - La mise en avant de l’importance de l’innovation technologique et de la collaboration interdisciplinaire pour résoudre les problèmes complexes de gestion forestière.

Sa valeur pratique réside dans : - La fourniture d’outils et de méthodes pour optimiser les services écosystémiques aux gestionnaires forestiers. - La fourniture de bases scientifiques pour soutenir la gestion durable des forêts aux décideurs politiques.

Points forts et innovations

• Revue complète de la littérature : L’article couvre la littérature de 2005 à 2023, offrant une perspective complète sur la planification spatiale des forêts.
• Fusion multidisciplinaire : Combinaison de l’écologie, de l’informatique et de l’économie pour proposer des solutions innovantes.
• Orientation future : Identification claire des orientations futures de la recherche en planification spatiale des forêts, offrant des indications précieuses.

Conclusion

La planification spatiale des forêts est un domaine de recherche important dans la gestion forestière, visant à optimiser la structure et la fonction des paysages forestiers grâce à l’intégration des informations spatiales. À travers une revue systématique de la littérature mondiale, cet article résume l’état actuel, les méthodes, les défis et les orientations futures de la planification spatiale des forêts, offrant des références précieuses aux universitaires et aux décideurs. À l’avenir, avec l’approfondissement de l’innovation technologique et de la collaboration interdisciplinaire, la planification spatiale des forêts jouera un rôle encore plus important dans la gestion durable des forêts.