L`ingénierie écologique : un nouveau moteur pour la

L’Ingénierie écologique :
un nouveau moteur pour la recherche ?
Luc Abbadie(1) et Thierry Dutoit(2)
(1) UMR CNRS BIOEMCO, Université
Pierre et Marie Curie, Paris 6.
(2) UMR CNRS IMEP, Université d’Avignon
[email protected]
[email protected]
Ingénierie écologique : Une ou des définitions ?
•“EI is the design of sustainable ecosystems that integrate human
society with its natural environment for the benefit of both”
(Mitsch1996).
•“EI involves creating and restoring sustainable ecosystems that
have value to both humans and nature” (Mitsch& Jorgensen 2004).
• Une grande variété de noms: écotechnologie, écologie de la
restauration, biomanipulations, génie biologique, réhabilitation des
écosystèmes, nature engineering, bioengineering, artificial ecology,
etc.
Les objectifs de l’ingénierie écologique
• 1. Réhabilitation d’écosystèmes ressentis comme dégradés,
restauration de communautés, réintroduction d’espèces…
• 2. Création de nouveaux écosystèmes durables qui ont une
valeur pour l’homme et pour la biosphère.
• 3. Mise au point d’outils biologiques pour résoudre des
problèmes de pollution, rétablir ou maximiser un service
écosystémique, etc.
Un principe fondamental
Favoriser l’auto-organisation des systèmes écologiques.
• “Self organization is the property of systems in general to
reorganize themselves given an environment that is inherently
unstable and non homogenous” (Mitsch& Jorgensen 2004).
• Une organisation imposée présente un faible potentiel
d’adaptation aux changements et aux perturbations tandis qu’une
auto organisation, basée sur un réseau d’acteurs et
d’interactions variables, présente un potentiel d’adaptation élevé.
Un second principe fondamental
• La dynamique d’une espèce, d’une communauté, d’un
écosystème n’est pas indépendante du système écologique
dans son ensemble.
• L’ingénierie écologique repose sur une approche système et sur
la prise en considération du système écologique dans toutes
ses composantes et à toutes les échelles.
• L’ingénierie écologique nécessite une représentation pluri- ou
inter – disciplinaire de systèmes écologiques conceptualisés et
modélisés.
Lien avec la recherche
• ‘The best way to understand a system is to “attempt to reassemble
it, to repair it, and to adjust it so that it works properly” (Jordan et
al. 1987).
• L’ingénierie écologique est le “test à l’acide” de la théorie
écologique, l’ingénierie écologique nourrit la théorie écologique.
• L’ingénierie écologique est fondamementalement une démarche
expérimentale.
• L’ingénierie écologique concrète a besoin de passer de l’empirisme
à la théorie pour élaborer des systèmes écologiques durables.
Les enjeux pour la recherche
• Insérer dans l’ingénierie écologique pratique les avancées de la
recherche en écologie, en hydrologie, en biologie de la
conservation, en science du sol, etc…
• Valoriser les résultats de la recherche dans un secteur sensible
de la problématique du développement durable.
•Avancer sur le cadrage économique, juridique, éthique de
l’ingénierie écologique.
• Le système CNRS-universités est aujourd’hui l’un des principaux
détenteurs dusavoir nécessaire au développement de l’ingénierie
écologique (programme Ingeco 2007-2011).
• En termes de démarche, l’ingénierie écologique
demande d’avantage :
• de pluridisciplinarité,
• d’expérimentations,
• de suivis à long terme,
• de concepts, de théories, de synthèses,
• de modélisation (aide à la décision)
Un contexte social favorable
•
•
•
•
• Les problèmes d’environnemen globaux et locaux.
• La crise de l’énergie.
• Le mouvement vers une réconciliation avec la nature.
• L’évolution législative et réglementaire:
– La directive cadre européenne sur la qualité écologique
des eaux de surface.
– Le marché des droits d’émission de carbone en Europe.
- Les projets français et européens de mécanisme
“compensatoire” sur la biodiversité,
1976 : loi de protection de la nature :
-Eviter les impacts de leurs projets, Î
-Réduire les impacts non évités,
-Compenser les impacts résiduels
Biodiversité
La compensation par l’offre ou création d’actifs naturels….
Gain
Perte
L’évitement
La réduction
La compensation
Dessins de J. Champres, DIREN de La Réunion, 2008
-Eviter les impacts de leurs projets,
-Réduire les impacts non évités,
-Compenser les impacts résiduels
Biodiversité
La Caisse des Dépôts (CDC) : nouvel opérateur !
Gain
Perte
Objectif de la CDC :
Restaurer des espaces naturels et proposer leurs
achats à des aménageurs devant compenser
L’évitement
La réduction
La compensation
Dessins de J. Champres, DIREN de La Réunion, 2008
La restauration
Définitions :
Restauration écologique :
«Processus qui assiste l’autoréparation d’un écosystème qui a été dégradé,
endommagé, détruit »
Réhabilitation : une ou des fonctions
Restauration : intégralité :
richesse/composition/structure/fonctions
Rey, 2009
12
Hölzel et al., 2009
Un projet dans la plaine de Crau
13
La Crau : un peu de géographie…
La chaîne des Alpilles
La Camargue
Plaine de
Crau
L’étang
de Berre
Le Coussoul
Pseudo steppe méditerranéenne
Issues d’interactions multimillénaires
entre :
- Le climat méditerranéen
- Un sous sol particulier
- Un pâturage extensif ancestral
+
+
=
15
Le Coussoul : une communauté végétale
Brachypodium retusum
= Pseudosteppe
Asphodelus ayardii
Thymus vulgaris
+ de 40 espèces par m²
Î une association unique
Le Coussoul : des insectes endémiques :
Le Bupreste de Crau :
Acmaeoderella cyanipennis perroti
Le Criquet Rhodanien :
Prionotropis hystrix rhodanica
des oiseaux steppiques :
Le Ganga cata : Pterocles alcata
L’outarde cannepetière : Tetrax tetrax
L’oedicnème criard : Burhinus oedicnemus
L’allouette calendrelle : Calendra brachydactyla
Le faucon crécerellette : Falco naumanni
Photos : www.reserve-crau.org
…la Crau c’est aussi :
Des sites archéologiques multiples :
www.lentinus.com
Des champignons très prisés :
le pleurote de l’Eryngium : Pleurotus eryngii
Un reptile d’intérêt patrimonial :
Le Lézard ocellé : Lacerta lepida
Un ver de terre plutôt rare :
Hormogaster sp.
Un patrimoine biologique unique
19
Un patrimoine biologique unique
20
Un contexte un peu particulier :
Google earthTM
Avant 1600
Un contexte un peu particulier :
Google earthTM
Aujourd’hui
Avant 1600
Aujourd’hui un espace protégé :
1975 : Nécessité d’une protection
1990 : Création de la ZPS
(Zone de Protection Spéciale)
11 816 ha
1996 : Création de la ZCS
(Zone de Conservation Spéciale)
31 458 ha
1999 : Classement en zone Natura 2000
2004 : Création de la Réserve Naturelle
7400 ha
www.paca.ecologie.gouv.fr
Malgré les statuts de protection actuels :
Entre 1992 et 2006.
Steppe
Steppe
-Entouré par la réserve
-Abandon en 2007 Î Rachat par CDC biodiversité Î Création d’actifs de biodiversité
Des choix a priori
Les états initiaux :
Faible diversité à la fois végétaux, des insectes et oiseaux
Des choix a priori
Les états initiaux :
Faible diversité à la fois végétaux, des insectes et oiseaux
Sauf : forte diversité des fougères
Î conservation des puits
Î Ecosystème de référence : le coussoul
Des choix a priori
Un choix éco-social
Un choix culturel
-redonner aux bergers
un espace « grignoté »
-pâturage ancestral
-valeur paysagère
Choix de l’écosystème de référence
Un choix écologique
-forte valeur patrimoniale de la
communauté végétale du coussoul
-habitat pour de nombreuses
espèces animales emblématiques
Pourquoi une restauration active?
La faible résilience du coussoul :
-recolonisation très lente
-pas de banque de graines permanente
-espèces souffrant de la compétition
Plus de 20 ans après…
La réhabilitation : en quoi ça consiste?
Le verger est abandonné…
La réhabilitation : en quoi ça consiste?
Le verger est abandonné… et donc sans arrosage
La réhabilitation : en quoi ça consiste?
Les Prunus sont déssouchés…
La réhabilitation : en quoi ça consiste?
… de même pour les peupliers
La réhabilitation : en quoi ça consiste?
Le bois est broyé sur place puis exporté
La réhabilitation : en quoi ça consiste?
Les merlons sont nivellés
Ici s’arrête la réhabilitation et commence la restauration
Des premiers résultats encourageant :
Le retour de l’avifaune sur le site :
-réhabilitation de l’aspect paysager
Allouette calendrelle : 2
Points STOC : Suivi Temporel des Oiseaux Communs
Faucon crécerellette : 1
Ganga cata : 4
Oedicnème criard : 3
Outarde canepetière : 15
Les orthoptères :
La richesse et la composition sont semblables :
…seules les abondances sont plus faibles.
50 100 150 200 250 300 350
Dociostaurus maroccanus
Oedaleus decorus
0
Dociostaurus genei
Steppe
Lisière externe
Lisière interne
Réhabilitation
Pezotettix giornae
Richesse spécifique
c
a
b
Verger
Réhab.
0
10
20
30
40
Résultats de la réhabilitation (2010)
Steppe
Résultats de la réhabilitation (2010)
Axe 2 : 8.9% COA
40
Réhabilitée
30
Medicago monspelliaca Richesse spécifique
c
20
Cardamine hirsuta
a
b
Verger
Réhab.
10
Trifolium subterraneum Sideritis romana 0
Trifolium glomeratum Stellaria media Avena barbata Bromus madritensis Hordeum murinum Bromus hordeaceus Galium aparine
Euphorbia exigua Brachypodium distachyon Evax pygmea Axe 1 : 21.9% Amaranthus albus Bromus rubens Plantago bellardii Ajuga iva Taeniaterum caput medusae Stipa capillata Asphodelus ayardii Thymus vulgare Brachypodium retusum Steppe
Cynoglossum cheirifolium Rumex crispus Cirsium arvense Steppe
Verger abandonné
Résultats de la réhabilitation (2010)
Axe 2 : 8.9% COA
40
Réhabilitée
30
Medicago monspelliaca Richesse spécifique
c
20
Cardamine hirsuta
a
b
Verger
Réhab.
10
Trifolium subterraneum Sideritis romana 0
Trifolium glomeratum Stellaria media Avena barbata Bromus madritensis Hordeum murinum Bromus hordeaceus Galium aparine
Euphorbia exigua Brachypodium distachyon Evax pygmea Axe 1 : 21.9% Amaranthus albus Bromus rubens Plantago bellardii Ajuga iva Taeniaterum caput medusae Stipa capillata Asphodelus ayardii Thymus vulgare Brachypodium retusum Steppe
Cynoglossum cheirifolium Rumex crispus Cirsium arvense Steppe
Verger abandonné
Les techniques de restauration :
Le Semis d’espèces nurses:
Si on ne fait rien :
Les techniques de restauration :
Le Semis d’espèces nurses:
Si on ne fait rien :
Les techniques de restauration :
Le Semis d’espèces nurses:
-couverture végétale rapide
Les techniques de restauration :
Le Semis d’espèces nurses:
-couverture végétale rapide
-pâturage : safe site
Les techniques de restauration :
Le Semis d’espèces nurses:
-couverture végétale rapide
-pâturage : safe site
-forte consommation des nutriments
Les techniques de restauration :
Le Transfert de foins :
-forçage des processus de dispersion
-aspiration des graines + épandage du « foins »
-apport d’un pool d’espèces locales
… en préservant le site donneur !
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
Le Transfert de sol :
-forçage des processus de dispersion
-récolte + épandage du sol
-apport d’un pool d’espèces locales + clones + microorganismes
-dilution du sol
Les techniques de restauration :
L’étrépage de sol : retrait de la couche superficielle du sol
-retrait banque de graines permanente
-diminution de la fertilité du sol
-traitement utopique : ~50 000 camions !!
Les techniques de restauration :
Le dispositif dans son ensemble :
-un compromis prix/efficacité/surface
-Semis Espèces Nurses : 60ha
-Transfert de Foin : 20ha
-Transfert de Sol : 3ha
-Etrépage de sol : 0.1ha
Le tout en 2 places de pâturage :
Un suivi scientifique du site :
-les communautés végétales
-les communautés d’orthoptères
-les oiseaux
-les fourmis
ÎComparaison à : -l’état initial
-l’écosystème de référence
Sols (2010)
Axe 2 : 17.0% ACP
Limon fin
C/N N
C
Steppe
MO
Axe 1 : 48.6% Témoin
K2O Argiles
Limons grossiers
Sable fin
P2O5
CaO Verger abandonné
Sol transféré
pH CaCO3
Zone étrépée
Sables grossiers
Zone réhabilitée
Abondance des rudérales
0
20
40
60
Impacts sur la banque de graines (2010)
***
Etrépage
Réhabilitation
La végétation
40
Richesse spécifique (4m²)
cd
d
30
***
20
abc
bc
b
0
10
a
Nurses Etrépage Réhab. T. foin
T. sol Coussoul
Restauration :
Analyse Factorielle des
Correspondances
Sylibum marianum
Carduus pycnocephalus
Réhabilité
Trifolium campestre
Axe 1 =11.4%
Témoin
Bromus madritensis
Avena barbata
Galium aparine
Axe 2 = 6.2%
73
Restauration :
Analyse Factorielle des
Correspondances
Sylibum marianum
Carduus pycnocephalus
Réhabilité
Trifolium campestre
Axe 1 =11.4%
Avena barbata
Galium aparine
Témoin
Bromus madritensis
Etrépage de sol
Diplotaxis tenuifolia
Axe 2 = 6.2%
74
Restauration :
Analyse Factorielle des
Correspondances
Sylibum marianum
Carduus pycnocephalus
Réhabilité
Trifolium campestre
Axe 1 =11.4%
Avena barbata
Galium aparine
Témoin
Bromus madritensis
Etrépage de sol
Diplotaxis tenuifolia
Nurses
Lolium perenne
Axe 2 = 6.2%
Onobrychis sativa
Festuca arundicea
75
Restauration :
Transfert de foin
Analyse Factorielle des
Correspondances
Plantago affra
Catapodium rigidum
Asterolinon linum stellatum
Sylibum marianum
Sideritis romana Carduus pycnocephalus
Témoin
Réhabilité
Plantago lagopus
Bromus madritensis
Trifolium campestre
Axe 1 =11.4%
Avena barbata
Galium aparine
Etrépage de sol
Diplotaxis tenuifolia
Nurses
Lolium perenne
Axe 2 = 6.2%
Onobrychis sativa
Festuca arundicea
76
Restauration :
Transfert de foin
Analyse Factorielle des
Correspondances
Plantago affra
Catapodium rigidum
Asterolinon linum stellatum
Sylibum marianum
Sideritis romana Carduus pycnocephalus
Silene gallica
Témoin
Réhabilité
Plantago lagopus
Bromus madritensis
Trifolium campestre
Axe 1 =11.4%
Avena barbata
Taeniaterum caput medusae
Galium aparine
Psillurus incurvus
Etrépage de sol
Transfert de sol
Trifolium subterraneaum
Diplotaxis tenuifolia
Plantago bellardii
Filago gallica
Nurses
Poa bulbosa
Brachypodium distachyon
Evax pygmea
Lolium perenne
Axe 2 = 6.2%
Onobrychis sativa
Festuca arundicea
77
Restauration :
Transfert de foin
Analyse Factorielle des
Correspondances
Plantago affra
Catapodium rigidum
Asterolinon linum stellatum
Sylibum marianum
Sideritis romana Carduus pycnocephalus
Silene gallica
Témoin
Réhabilité
Plantago lagopus
Bromus madritensis
Trifolium campestre
Axe 1 =11.4%
Avena barbata
Taeniaterum caput medusae
Galium aparine
Psillurus incurvus
Etrépage de sol
Transfert de sol
Trifolium subterraneaum
Diplotaxis tenuifolia
Plantago bellardii
Filago gallica
Coussoul
Nurses
Poa bulbosa
Brachypodium distachyon
Evax pygmea
Lolium perenne
Asphodelus ayardii
Thymus vulgare
Brachypodium retusum
Axe 2 = 6.2%
Onobrychis sativa
Festuca arundicea
78
Conclusion :
Des premiers résultats prometteurs…
Il reste aux troupeaux à faire leur travail!
Hay transfer
Soil inoculation
Steppe
?
Rehabilitated Control
Topsoil removal
Nurse species
seeding
79
Perspectives : Pour une vraie ingénierie écologique ?
Les fourmis Messor, ingénieurs de l’écosystème
Des fourmis et des hommes :
Essais de transplantation de colonies
-Capture des reines fécondées
-Transplantation sur site
Des fourmis et des hommes :
Premiers résultats
Tunnel vertical +
loge
Fondatrice sur
son couvain dans
sa loge
Détail du couvain
(oeufs + larves)
Larves +
Nymphes
Pourcentage installations réussies 67 %
Greffe de communautés : effet nucleus ?
Transfert de sol :
Pas de Brachypodium, Asphodelus etStipa …
ÎEssai de transfert par plaque
83
Pour nous rejoindre :
Livre blanc ingénierie écologique.
- Colloque de restitution du programme Ingecotech
- Groupe de travail FRB
- Réseaux Ingecotech (Gaïé, Rever, Agébio).
‐
ANR 2012 :
- SYSTERRA
- ECOTECH 3