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N°: 2009 ENAM XXXX
AgroParisTech
UMR 1091 INRA-AgroParisTech EGC « Environnement et Grandes Cultures »
Equipe SOL, av Lucien Brétignères, 78850 Thiverval-Grignon, France
présentée et soutenue publiquement par
Flavie MAYRAND
le 06 décembre 2012
Modélisation du fonctionnement hydrologique du sol et de la biodiversité des communautés
végétales.
Application à l'analyse de la performance écologique d'un aménagement paysager autoroutier
Doctorat ParisTech
T H È S E
pour obtenir le grade de docteur délivré par
L’Institut des Sciences et Industries
du Vivant et de l’Environnement
(AgroParisTech)
Spécialité : Sciences de l’Environnement
Directeur de thèse : Yves COQUET
Co-encadrements de la thèse : Damien MARAGE, Jean-Marc GILLIOT
Jury
M. Denis FRANÇOIS, Directeur de Recherche, UR EASE, Ifsttar Rapporteur
M. Thomas CURT, Directeur de Recherche HDR, GR EMAX, Irstea Rapporteur
M. Alain BEDECARRATS, Chargé de Recherche, Unité Ecosystèmes Montagnards, Irstea Examinateur
Mme Isabelle LE VIOL, Post-doctorante, UMR 7204, MNHN Examinateur
M. Damien MARAGE, Maître de conférence, LERFoB, AgroParisTech-ENGREF Examinateur
M. Yves COQUET, Professeur HDR, ISTO / OSUC, Université d’Orléans Examinateur
M. Thierry CHARLEMAGNE, Direction du patrimoine et de la construction, VINCI Autoroutes Invité

A VANT - PROPOS
La chaire d’entreprise Vinci-ParisTech : « Eco-conception des ensembles bâtis et des infrastructures »
Ce travail de thèse a bénéficié de financements accordés par le consortium VINCI dans le cadre d’un
partenariat de long terme noué en novembre 2008 avec 3 écoles du Pôle de Recherche et
d’Enseignement Supérieur (PRES) ParisTech (MINES ParisTech, Ecole des Ponts ParisTech et
AgroParisTech) sur le thème de l’éco-conception des ensembles bâtis et des infrastructures. Ce
partenariat s’inscrit dans un contexte d’évolution des stratégies des entreprises en matière de politique
environnementale suite à l’évolution de la législation environnementale nationale et européenne ces
dernières années. Cette collaboration entre le groupe VINCI et le PRES PARISTECH a pour vocation
de participer au développement d’outils de mesure et de simulation intégrant toutes les dimensions de
l’éco-conception et d’aide à la décision pour les acteurs de la ville (concepteurs, constructeurs et
utilisateurs). Trois axes de recherche prioritaires en éco-conception dans les terrains d’application de
VINCI ont été choisis : (i) évaluer la qualité environnementale des bâtiments et des quartiers, (ii)
analyser le cycle de vie des infrastructures de transport et leurs impacts, (iii) agencer les bâtiments et
les transports, et réguler leur usage pour une protection optimisée de l’environnement. Le sujet traité
dans ce rapport s’inscrit dans le deuxième axe de recherche prioritaire et plus précisément dans le
sous-thème « Méthodologie de calcul d’impact d’un projet sur la biodiversité » (Vinci-ParisTech). Le
travail de thèse s’inscrit dans une volonté actuelle de participer à l’intégration de la prise en compte de
la biodiversité dans la stratégie des entreprises (Houdet 2010, Laville 2002, Hanson et al. 2011). Il
s’inscrit également dans la volonté de transférer les connaissances de recherche en matière
d’écologie vers les professionnels de la route. Les expérimentations de terrain ont pu être réalisées
grâce à la mise à disposition d’un site expérimental du réseau COFIROUTE-ARCOUR.

R EMERCIEMENTS
Après un peu plus de 3 ans, ce travail de thèse est enfin achevé. Trois années et demies de
formations par la recherche, qui m’ont permis d’acquérir de nouvelles connaissances scientifiques,
des savoir-faire et des savoir-être jusqu’alors insoupçonnés, et qui me seront, j’en suis sûre, infiniment
utiles dans la suite de mon parcours. Avant de tourner cette page, je tiens à remercier tous ceux qui,
de près ou de loin, m’ont aidée à réaliser ce travail, à progresser pas à pas durant ces nombreux
mois et à surmonter les difficultés rencontrées :
J’exprime tout d’abord toute ma reconnaissance à mes encadrants, Yves Coquet, Damien Marage,
Jean-Marc Gilliot et Joël Michelin pour m’avoir fait confiance et m’avoir guidée : merci pour votre
patience, votre perfectionnisme, votre soutien technique pour la réalisation des mesures de terrain, et
pour avoir accepté de lire, relire, re-relire les « quelques » pages de ce manuscrit.
Merci également à Christophe Labat pour avoir accepter de prendre un peu de son temps pour
m’assister lors de mesures de pF, à Philippe Jauzein, de son soutien en botanique.
Je tiens à exprimer mes remerciements aux membres du jury, pour avoir accepté d’en faire partie, en
tant que rapporteurs ou examinateurs.
Je remercie le groupe VINCI qui, grâce à son soutien financier, a permis que ces trois années et
demies se déroulent dans les meilleures conditions. Je tiens également à remercier l’ensemble de
mes interlocuteurs au sein des filiales COFIROUTE et Autoroute du Sud de la France pour avoir pris
part à ce projet sur le terrain.
J’adresse un grand merci à l’ensemble de l’équipe Sol d’EGC qui, grâce à ses hebdomadaires et
délicieux gâteaux, ses diverses douceurs ramenées d’un peu partout, a si souvent rechargé mes
batteries en sucres. Un merci particulier aux si nombreux locataires de l’ail C et du bureau 13, aux
courageux ayant cheminé jusqu’au fond du couloir : Marie, pour nos discussions sans fin sur à peu
près tout et nos pique-niques estivaux dans l’arboretum, Maha, pour ta cuisine libanaise et pour avoir
éclairé si souvent ma lanterne en hydrologie, David, pour ton bonjour matinal toujours enjoué,
quelques soient les circonstances, Florian, pour avoir de temps en temps passé la tête dans
l’encadrement de la porte pour constater que, oui, j’étais bien là. Merci à Laetitia pour nos débats
matinaux et engagés, nos « j’ai faim ! », à Marie E. pour ta bonne humeur et pour avoir apporté une
petite touche internationale à ces derniers mois.
Enfin, une reconnaissance toute particulière à mes proches pour leur soutien, leurs encouragements
et pour les moments de distraction partagés au milieu de tout ce travail : Renaud (évidemment !),
Maman, les sisters n°1 et n°2 et les fistons, la co loc’ pour sa bonne humeur renommée, son gite et
son couvert, Delphine, Laure, Flo, Marie P. (doublement !), Yayou, Julie, Yonna, Christel.
A M. Solange

S IGLES ET A BREVIATIONS
APA : Avant-projet autoroutier
AUC (modélisation) : Aera under curve (aire sous la courbe)
BBOP: Business and Biodiversity Offsets Program
C (espèce) : Compétitive
CHA : Classification hiérarchique ascendante
CS (espèce) : Compétitive et tolérante au stress
CSR (espèce) : Compétitive, tolérante au stress et rudérale
CR (espèce) : Compétitive et rudérale
CEC : Capacité d’échange cationique
CDB : Convention sur la diversité biologique
COD : Carbone organique dissous
CRAN : Compréhensive R archive network
EIE : Etude d’impact sur l’environnement
EIE (Directive) : Evaluation des incidences sur l’environnement
GAIE : Groupe d’application de l’ingénierie des écosystèmes
GLM : Generalized linear model (modèle linéaire généralisé)
LA : Limon argileux (texture de sol)
LAI : Leaf Area Index (Indice de Surface Foliaire)
LAS : Limon argilo-sableux
LAS INRA-ARRAS : Laboratoire d’Etude des Sols de l’Institut national de recherche agronomique
LDAR (LAON) : Laboratoire départemental d’analyses et de recherche de l’Aisne, à Laon
LOTI : Loi d’orientation des transports intérieurs
LSA : Limon sablo-argileux
MEA : Millenium Ecosystem Assessment
NEPA: National Environmental Policy Act
PC : Période de croissance
PFL : Prairies Fleuries
R (espèce) : Rudérale
RETC : RETention Curve
ROC (courbe de modélisation): Receiver operating characteristics
S (espèce) : Tolérante au stress
SR (espèce) : Tolérante au stress et rudérale
SETRA : Service d’études sur les transports, les routes, et leurs aménagements
SIC : Site d’importance communautaire
STICS : Simulateur mulTIdisciplinaire pour les Cultures Strandard
TDR : Time domain reflectometry
TVB : Trame verte et bleue

UICN : Union internationale pour la conservation de la nature
USIRF : Union des syndicats de l’industrie routière française
ZBa : Zones de bassin
ZBo : Zones boisées
ZC : Zones de culture (semis)
ZD : Zones dérasées
ZNIEFF : Zone naturelle d’intérêt écologique, floristique et faunistique
ZPS : Zone de protection spéciale
ZSC : Zone spéciale de conservation