Soutenance mémoire
Le génie végétal s’inscrit dans le contexte de la restauration écologique et de façon plus vaste dans l’écologie de la restauration . Aussi est-il nécessaire de replacer cette discipline dans ces champs.
L’écologie de la restauration relève d’une problématique scientifique (Rey 2009). Cette discipline fait partie intégrante des théories et concepts écologiques actuels (Fig. 1) (Allen, Covington et al. 1997; Falk, Palmer et al. 2006) et est rattachée à la biologie de la conservation (Barnaud and Chapuis 2004). L’écologie de la restauration étudie les mécanismes qui permettent aux écosystèmes d’êtres fonctionnels, autonomes et pérennes.
La restauration écologique relève d’une problématique d’ingénierie (Rey 2009) et représente une discipline à l’interface de l’écologie et des savoir-faire techniques (Barnaud and Chapuis 2004) .
La restauration écologique est donc le processus qui assiste et non supplante l’autoréparation d’un écosystème qui a été dégradé, endommagé ou détruit directement ou non par l’activité humaine. C’est une action intentionnelle qui initie ou accélère cette autoréparation en respectant la santé et l’intégrité de cet écosystème (Falk, Palmer et al. 2006). La restauration tend vers le retour d’un écosystème à sa trajectoire historique (Barnaud and Chapuis 2004; Falk, Palmer et al. 2006). Les conditions historiques, si elles sont connues, sont de ce fait un point de départ idéal pour un plan de restauration (Society for Ecological Restoration 2004). En Europe, il est cependant très difficile de le retrouver du fait de l’ancienneté des modifications de la nature par l’homme. Il n’existe souvent plus de traces du milieu originel. Aussi, l’écosystème restauré ne va pas nécessairement retrouver son stade antérieur, puisque des contraintes et des conditions actuelles peuvent l’entraîner vers une trajectoire différente. La restauration vise alors plus à restaurer des fonctionnalités écologiques et une certaine diversité plutôt que l’écosystème de référence. De plus, certains acteurs regardent la restauration écologique comme une stratégie d’augmentation du nombre de services écosystémiques plutôt que comme une réparation des fonctionnalités écologiques (Bullock, Aronson et al. 2011).
La restauration écologique tente de faire en quelques années ce que la nature ferait en plusieurs décades, voire siècles. Il n’est donc pas raisonnable d’espérer voir une restauration complète du vivant de l’initiateur de la restauration (Hilderbrand, Watts et al. 2005), ce qui peut décevoir, voire ne pas inciter à restaurer les milieux. De plus, nombre de politiques gouvernementales concernant le développement des techniques d’extraction et l’utilisation de ressources minières incluent déjà dans leur programme les capacités de mitigation écosystémiques des impacts par la restauration écologique ou la création de nouveaux habitats. Cependant, quantités d’opérations de restauration ne réussissent pas à restaurer les fonctionnalités et la structure du milieu comparativement à l’écosystème de référence (Hilderbrand, Watts et al. 2005).
La restauration écologique inclut le génie végétal et plus largement le génie écologique dans ses composantes. Le génie écologique implique la manipulation de matériaux naturels, d’organismes vivants et de leur environnement physico-chimique pour atteindre des objectifs spécifiques et définis par l’homme, et ce, afin de résoudre les problèmes techniques de l’ingénieur (Barnaud and Chapuis 2004). Il diffère ainsi du génie civil, qui s’appuie sur les matériaux fabriqués par et pour l’homme, comme l’acier ou le béton (Society for Ecological Restoration 2004; Clewell and Aronson 2010).
Le génie écologique est une discipline étendue intervenant dans les processus de restauration écologique. La première définition est d’Odum pour qui il s’agit d’ «une manipulation environnementale faite par l’homme en utilisant une faible quantité d’énergie supplémentaire pour contrôler des systèmes dans lesquels les forces énergétiques principales proviennent encore de sources naturelles» (Mitsch and Jørgensen 1989).
Le génie végétal sur berges fait partie intégrante du génie écologique du fait qu’il tente de recréer un écosystème fonctionnel via l’utilisation de matériaux vivants. Ces fonctionnalités recouvrent par exemple l’épuration des eaux de ruissellement, la formation d’un corridor pour les espèces en transit ou d’aires de nidification ou de nourrissage. L’idée de reproduction des modèles naturels, introduite par Surell au 19ème siècle, se retrouve dans les travaux de Zeh pour qui le génie biologique traite de la construction d’une manière proche de la nature (Zeh 2007) et dans ceux d’Adam et al. (2008) pour qui le génie végétal est « une imitation de la nature ». Il existe différentes définitions du génie végétal mais la plupart s’accordent sur le fait que le génie végétal exploite les capacités des espèces à maintenir et restaurer des milieux. Gray et Sotir différencient cependant les techniques dites de stabilisation ou « biotechniques » et celles relevant du génie biologique dans lesquelles les végétaux exercent une action mécanique de protection de l’ouvrage (Gray and Sotir 1996). Pour Lachat, Adam et al. (1994), il s’agit de l’utilisation de plantes ou parties de celles-ci pour résoudre les problèmes de l’ingénieur dans les domaines mécaniques de la protection contre l’érosion, de la stabilisation et de la régénération des sols. Schiechtl (1992) précise même que le matériel végétal constitue un matériau de construction à part entière, utilisable seul ou en association avec des matériaux inertes minéraux, métalliques ou synthétiques. Norris et al. (2008) soulignent cependant qu’il est indispensable de connaitre les caractéristiques racinaires des espèces et leurs tolérances aux différents facteurs abiotiques.
Le génie végétal permet théoriquement de retrouver la trajectoire historique d’origine et donc d’initier les successions secondaires. Mais dans certains cas, les ouvrages peuvent dans un premier temps bloquer la succession écologique en empêchant par exemple les arbres des stades post-pionniers de se développer. Cela peut être notamment le cas lorsque des espèces pionnières sont utilisées en très forte densité. Les ouvrages empêchent aussi fréquemment toute nouvelle érosion (ce qui est justifie souvent une telle action), bloquant ainsi tout rajeunissement du milieu. Ce rajeunissement des milieux par la perturbation est pourtant un élément essentiel de la dynamique naturelle des milieux alluviaux. Ces ouvrages constituent alors tout autant voire plus des ouvrages de stabilisation que des ouvrages de restauration.
L’emploi d’espèces végétales vivantes pour lutter contre l’érosion hydrique est observé dès l’Antiquité (Evette, Labonne et al. 2009; Stokes, Sotir et al. 2010), ce qui démontre que l’utilisation de plantes à des fins techniques n’est en rien une nouveauté. Les végétaux ont toujours été utilisés pour protéger les terrains.
En Asie et plus spécifiquement en Chine, la préservation des terrains se fait essentiellement par la lutte contre les effets dévastateurs des crues torrentielles. Les volumes d’eau supplémentaires sont évacués dans des canaux créés de toute pièce et composés de fascines ou de gabions (Stokes, Sotir et al. 2010). En l’absence de crues, ces chenaux servent à l’irrigation des cultures riveraines. De 1999 à 2007, la protection de berges était essentiellement assurée par des gabions métalliques puis les gabions en bambou ont été promus, car ils sont considérés comme étant plus esthétiques et plus respectueux de l’environnement. Enfin, la protection des pentes par des techniques de fascines vivantes est actuellement en plein essor (Stokes, Sotir et al. 2010).
En Europe, la protection des terrains en bord de rivière passait essentiellement par une gestion raisonnée des ripisylves, qui fournissait alors à la population du fourrage et des matériaux pour la vannerie. Cependant, le défrichement intensif engendre en montagne au 19ème siècle une érosion très intense ; et les inondations catastrophiques (Champion 1839) exposent au grand jour les enjeux de la lutte contre l’érosion des terrains en amont. Aussi des lois ordonnant le reboisement des têtes de bassins versants sont promulguées, dont la loi sur la restauration des terrains de montagne en 1882. De nombreux guides prônant la lutte contre l’érosion par des techniques végétales voient alors le jour (Thiery 1891; Hall 2005).
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Table des matières
INTRODUCTION
1 Le génie végétal en rivière
1.1 Définition
1.1.1 Ecologie de la restauration et restauration écologique
1.1.2 Génie écologique et génie végétal
1.2 Historique et pluridisciplinarité
2 La végétation riveraine
2.1 Définition, types d’habitats et succession végétale
2.1.1 Définition
2.1.2 Types d’habitats
2.1.3 Succession végétale, répartition en mosaïque et répartition sérielle
2.1.4 Cas particulier de la végétation des berges modelées par l’homme et/ou restaurées par génie végétal
2.2 Caractéristiques de la végétation dans un milieu contraignant
2.2.1 Système racinaire dense et robuste
2.2.2 Compétition, évitement et résistance aux contraintes
2.2.3 Capacités de reproduction sexuée et asexuée
2.3 La répartition de la végétation ripicole est influencée par des paramètres biogéographiques et écologiques
2.3.1 Paramètres biogéographiques
2.3.2 Paramètres écologiques
2.4 Services rendus par les ripisylves : fonctions biologiques et influence sur la dynamique du cours d’eau
2.4.1 Fonction de corridor biologique entre écosystèmes disjoints
2.4.2 Fonction d’épuration et de contrôle de flux de matière
2.4.3 Fonction d’habitat
2.4.4 Fonction de ralentissement des crues, de rétention des embâcles et de modification de la dynamique fluviale
2.4.5 Fonction économique et sociale
3 La végétation dans les ouvrages de génie végétal
3.1 Les ouvrages en rivière ont un rôle mécanique et écologique
3.1.1 Protection de la surface du sol
3.1.2 Consolidation en subsurface et stabilisation en profondeur
3.1.3 Restauration d’habitats, de corridors et de fonctionnalités écologiques
3.1.4 Présentation de quelques techniques couramment utilisées
3.2 Espèces ligneuses ripicoles classiquement utilisées en génie végétal, une prédominance des saules
3.2.1 Ecologie des espèces ligneuses utilisées en Europe
3.2.2 Pourquoi sont-elles utilisées en génie végétal ?
3.3 Caractéristiques requises pour les espèces intégrées à des ouvrages de génie végétal : les traits biotechniques
CONCLUSION
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