Infodoc : Sciences, Techniques et Culture

In recent decades, the deterioration of forest health resulted in frequent pests’ outbreaks and the diffuse pathogens’ presence. These phenomena threaten forests’ ability to supply ecosystem goods and services to the society. It is therefore necessary to maintain tree health and reduce pest’s and pathogen’s impacts. This thesis approaches three management problems from an economic perspective such as the current invasion and the incumbent invasion of a forest pathogen as well as the outbreaks of a native pest. Starting from these three pest and pathogen management problems, the thesis aims at assessing the impacts of forest pests and pathogens and, secondly, informing how resources can be optimally allocated for assuring the long-term provision of good and services.Pest and pathogens [...]

In recent decades, the deterioration of forest health resulted in frequent pests’ outbreaks and the diffuse pathogens’ presence. These phenomena threaten forests’ ability to supply ecosystem goods and services to the society. It is therefore necessary to maintain tree health and reduce pest’s and pathogen’s impacts. This thesis approaches three management problems from an economic perspective such as the current invasion and the incumbent invasion of a forest pathogen as well as the outbreaks of a native pest. Starting from these three pest and pathogen management problems, the thesis aims at assessing the impacts of forest pests and pathogens and, secondly, informing how resources can be optimally allocated for assuring the long-term provision of good and services.Pest and pathogens invasions have an impact on the prices of wood products via supply shocks, which, in turn, influence forest management choices, thus introducing feedback effects between market and ecological dynamics at a large scale. The first paper aims at evaluating these impacts by combining a recursive partial equilibrium model with spatial-explicit pathogen-spread and pathogen-induced mortality models calibrated to represent the ash dieback in France (caused by the pathogen Hymenoscyphus fraxineus). Results showed that impacts are not homogeneous across regions and generally depend on the resource distribution, pathogen spread and market structure. We observed that the behavioural adaptation of forest managers (i.e., regeneration and harvesting choices) is a non-negligible component of the total standing volume loss.The second paper focusses on monitoring and control of an incumbent invasion. Monitoring and early detection of invasive species is important to mitigate the damages and reduce the control costs. However, when multiple decision-makers are involved, the monitoring effort of frontier landowners (landowners closer to the introduction point) is suboptimal because it does not consider the negative impacts of the invasion spreading to neighbouring properties. Through a two-player differential game combined with an epidemiological compartmental model, we computed the non-cooperative and the cooperative solution. We designed a monetary payment to sustain cooperation based on an intertemporal decomposition of the Nash bargaining scheme. We showed that this payment assured time-consistent outcomes, meaning that the ex-ante agreement between the two landowners was credible and self-enforcing. The model was calibrated for the possible invasion of the pine wilt nematode (Bursaphelenchus xylophilus) in south-western France.In the last two papers, the analysis is downscaled from the landscape level to the stand level and concentrates on a native defoliator pest. The main objective of the third paper is to adapt forest management to biotic and abiotic disturbances. The classic Faustmann model was combined with a pest population model and a windstorm model to compute the optimal rotation age and the land expectation value (LEV) for different disturbances scenarios. The model was calibrated for maritime pine (Pinus pinaster) plantations in south-western France and Pine Processionary Moth (PPM, Thaumetopoea pityocampa) cyclical outbreaks. Our results showed that storms tend to reduce the optimal harvest age, whereas PPM tends to increase it. Overall, the impact of PPM on the rotation length prevails and, here, risks increase rather than decrease the optimal rotation length. Thinnings increased profitability and constitute an effective hedging strategy against both risks. In the third paper, we introduced a cut-or-keep decision rule to model the forest owner problem after a storm event. Its economic and management implications are further investigated in the fourth paper. Unlike previous economic studies which assumed clearing and replanting regardless of the level of damages, the cut-or-keep condition led to higher payoffs in roughly 75% of the cases.

Au cours des dernières décennies, la détérioration de la santé des forêts a entraîné des épidémies fréquentes des ravageurs et pathogènes. Ces phénomènes menacent la capacité des forêts à fournir des biens et services écosystémiques à la société. Il est donc nécessaire de maintenir la santé des arbres et de réduire les effets des parasites et des agents pathogènes. Cette thèse considère trois problèmes de gestion du point de vue économique : l'invasion actuelle, l'invasion attendue d'un agent pathogène, et les attaques d'un parasite endémique. À partir de ces trois problèmes de gestion, la thèse vise à évaluer les impacts des ravageurs et des pathogènes forestiers et à informer sur la manière dont les ressources peuvent être réparties de façon optimale pour assurer la fourniture de biens et de services par la forêt à long terme.Les invasions biotiques ont un impact sur les prix des produits du bois du fait des chocs d'approvisionnement qui, à leur tour, influencent les choix de gestion forestière. Ceci permet d'introduire des effets de réaction entre les dynamiques écologiques et de marché. Le premier article vise à évaluer ces impacts en combinant un modèle d’équilibre partiel avec des modèles de diffusion spatiale et de mortalité, calibrés pour représenter le dépérissement du Frêne en France (causé par le pathogène Hymenoscyphus fraxineus). Les résultats montrent que les impacts dépendent généralement de la distribution des ressources, de la propagation du pathogène et de la structure du marché. On observe que les choix d’adaptation des gestionnaires forestiers (c'est-à-dire les choix de régénération et de récolte) sont une composante non négligeable de la perte de volume totale.Le deuxième article est axé sur la surveillance et le contrôle d’une invasion attendue. La surveillance et la détection précoce des espèces envahissantes sont importantes pour atténuer les dommages et réduire les coûts de contrôle. Dans le cas où plusieurs propriétaires sont concernés, l’effort de surveillance des propriétaires plus proches du point d'introduction n’est pas optimal, car il ne prend pas en compte les effets négatifs de l'invasion dans les propriétés voisines. Grâce à un jeu différentiel, combiné à un modèle épidémiologique, nous avons calculé la solution non coopérative et coopérative. Nous avons conçu un paiement monétaire pour soutenir la coopération en fonction d'une décomposition intertemporelle du système de négociation de Nash. Les résultats nous montrent que ce paiement garantit que l’accord entre les deux propriétaires est crédible et incitatif. Le modèle est calibré pour l’éventuelle invasion du nématode du pin (Bursaphelenchus xylophilus) dans le Massif Landais.L'objectif principal du troisième article est d'adapter la gestion forestière aux perturbations biotiques et abiotiques. On combine le modèle classique de Faustmann avec un modèle dynamique de population de ravageurs et un modèle de tempête pour calculer l'âge de coupe optimale et le bénéfice actualisé en séquence infinie (BASI) pour différents scénarios de perturbations. Le modèle est appliqué aux dégâts de la chenille processionnaire du pin (Thaumetopoea pityocampa) dans les Landes. Nos résultats ont montré que les tempêtes ont tendance à réduire l'âge optimal de la récolte, alors que le parasite tend à l'augmenter. Les éclaircies augmentent la rentabilité et constituent une stratégie de couverture efficace contre les deux risques. Dans le troisième article, nous avons introduit une règle de décision cut-or-keep pour modéliser le problème du propriétaire forestier après une tempête. Ces implications en termes de gestion sont étudiées plus en détail dans le quatrième article. Notre règle de décision conduit à des gains plus élevés (dans environ 75% des cas) qu’en suivant la règle, généralement utilisée en économie, qui consiste à couper et à replanter les arbres survivants indépendamment du niveau de dégâts