L Ingénierie écologique : un nouveau moteur pour la recherche?

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1 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

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

6 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.

7 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 ).

8 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)

9 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,

10 La compensation par l offre ou création d actifs naturels : loi de protection de la nature : -Eviter les impacts de leurs projets, -Réduire les impacts non évités, -Compenser les impacts résiduels BiodiversitéGain Perte L évitement La réduction La compensation Dessins de J. Champres, DIREN de La Réunion, 2008

11 La Caisse des Dépôts (CDC) : nouvel opérateur! -Eviter les impacts de leurs projets, -Réduire les impacts non évités, -Compenser les impacts résiduels BiodiversitéGain 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

12 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, Hölzel et al., 2009

13 Un projet dans la plaine de Crau 13

14 La Crau : un peu de géographie La chaîne des Alpilles La Camargue Plaine de Crau L étang de Berre

15 Le Coussoul Pseudo steppe méditerranéenne Issues d interactions multimillénaires entre : - Le climat méditerranéen - Un sous sol particulier - Un pâturage extensif ancestral + + = 15

16 Le Coussoul : une communauté végétale Brachypodium retusum = Pseudosteppe Asphodelus ayardii Thymus vulgaris + de 40 espèces par m² Î une association unique

17 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 :

18 la Crau c est aussi : Des sites archéologiques multiples : 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.

19 Un patrimoine biologique unique 19

20 Un patrimoine biologique unique 20

21 Un contexte un peu particulier : Avant 1600 Google earth TM

22 Un contexte un peu particulier : Aujourd hui Avant 1600 Google earth TM

23 Aujourd hui un espace protégé : 1975 : Nécessité d une protection 1990 : Création de la ZPS (Zone de Protection Spéciale) ha 1996 : Création de la ZCS (Zone de Conservation Spéciale) ha 1999 : Classement en zone Natura : Création de la Réserve Naturelle 7400 ha

24 Malgré les statuts de protection actuels : Entre 1992 et Steppe Steppe -Entouré par la réserve -Abandon en 2007 Rachat par CDC biodiversité Création d actifs de biodiversité

25

26 Des choix a priori Les états initiaux : Faible diversité à la fois végétaux, des insectes et oiseaux

27 Des choix a priori Les états initiaux : Faible diversité à la fois végétaux, des insectes et oiseaux Sauf : forte diversité des fougères conservation des puits Ecosystème de référence : le coussoul

28 Des choix a priori Un choix culturel -pâturage ancestral -valeur paysagère Un choix éco-social -redonner aux bergers un espace «grignoté» 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

29 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

30 La réhabilitation : en quoi ça consiste? Le verger est abandonné

31 La réhabilitation : en quoi ça consiste? Le verger est abandonné et donc sans arrosage

32 La réhabilitation : en quoi ça consiste? Les Prunus sont déssouchés

33 La réhabilitation : en quoi ça consiste? de même pour les peupliers

34 La réhabilitation : en quoi ça consiste? Le bois est broyé sur place puis exporté

35 La réhabilitation : en quoi ça consiste? Les merlons sont nivellés Ici s arrête la réhabilitation et commence la restauration

36 Des premiers résultats encourageant : Le retour de l avifaune sur le site : -réhabilitation de l aspect paysager Points STOC : Suivi Temporel des Oiseaux Communs Allouette calendrelle : 2 Faucon crécerellette : 1 Ganga cata : 4 Oedicnème criard : 3 Outarde canepetière : 15

37 Les orthoptères : La richesse et la composition sont semblables : seules les abondances sont plus faibles. Dociostaurus maroccanus Steppe Lisière externe Lisière interne Réhabilitation Oedaleus decorus Dociostaurus genei Pezotettix giornae

38 Résultats de la réhabilitation (2010) Richesse spécifique c a b Verger Réhab. Steppe

39 Résultats de la réhabilitation (2010) COA Medicago monspelliaca Cardamine hirsuta Trifolium subterraneum Sideritis romana Trifolium glomeratum Stellaria media Réhabilitée Axe 2 : 8.9% Richesse spécifique c a b Verger Réhab. Steppe Avena barbata Bromus madritensis Hordeum murinum Bromus hordeaceus Galium aparine Cynoglossum cheirifolium Rumex crispus Amaranthus albus Cirsium arvense Bromus rubens Axe 1 : 21.9% Verger abandonné Steppe Euphorbia exigua Brachypodium distachyon Evax pygmea Plantago bellardii Ajuga iva Taeniaterum caput medusae Stipa capillata Asphodelus ayardii Thymus vulgare Brachypodium retusum

40 Résultats de la réhabilitation (2010) COA Medicago monspelliaca Cardamine hirsuta Trifolium subterraneum Sideritis romana Trifolium glomeratum Stellaria media Réhabilitée Axe 2 : 8.9% Richesse spécifique c a b Verger Réhab. Steppe Avena barbata Bromus madritensis Hordeum murinum Bromus hordeaceus Galium aparine Cynoglossum cheirifolium Rumex crispus Amaranthus albus Cirsium arvense Bromus rubens Axe 1 : 21.9% Verger abandonné Steppe Euphorbia exigua Brachypodium distachyon Evax pygmea Plantago bellardii Ajuga iva Taeniaterum caput medusae Stipa capillata Asphodelus ayardii Thymus vulgare Brachypodium retusum

41 Les techniques de restauration : Le Semis d espèces nurses: Si on ne fait rien :

42 Les techniques de restauration : Le Semis d espèces nurses: Si on ne fait rien :

43 Les techniques de restauration : Le Semis d espèces nurses: -couverture végétale rapide

44 Les techniques de restauration : Le Semis d espèces nurses: -couverture végétale rapide -pâturage : safe site

45 Les techniques de restauration : Le Semis d espèces nurses: -couverture végétale rapide -pâturage : safe site -forte consommation des nutriments

46 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!

47 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

48 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

49 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

50 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

51 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

52 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

53 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

54 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

55 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

56 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

57 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

58 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

59 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

60 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

61 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

62 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

63 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

64 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

65 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

66 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

67 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 : ~ camions!!

68 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 :

69 Un suivi scientifique du site : -les communautés végétales -les communautés d orthoptères -les oiseaux -les fourmis Comparaison à : -l état initial -l écosystème de référence

70 Sols (2010) ACP MO C N Limon fin C/N Témoin Axe 2 : 17.0% Steppe Limons grossiers Axe 1 : 48.6% K 2 O Argiles Sable fin P 2 O 5 CaO Verger abandonné ph CaCO 3 Sol transféré Zone étrépée Sables grossiers Zone réhabilitée

71 Impacts sur la banque de graines (2010) Abondance des rudérales Etrépage *** Réhabilitation

72 La végétation a Richesse spécifique (4m²) *** abc bc Nurses Etrépage Réhab. T. foin T. sol Coussoul b cd d

73 Restauration : Analyse Factorielle des Correspondances Axe 1 =11.4% Sylibum marianum Carduus pycnocephalus Réhabilité Trifolium campestre Avena barbata Galium aparine Témoin Bromus madritensis Axe 2 = 6.2% 73

74 Restauration : Analyse Factorielle des Correspondances Axe 1 =11.4% Réhabilité Trifolium campestre Sylibum marianum Carduus pycnocephalus Avena barbata Galium aparine Témoin Bromus madritensis Etrépage de sol Diplotaxis tenuifolia Axe 2 = 6.2% 74

75 Restauration : Analyse Factorielle des Correspondances Axe 1 =11.4% Réhabilité Trifolium campestre Sylibum marianum Carduus pycnocephalus Avena barbata Galium aparine Témoin Bromus madritensis Etrépage de sol Diplotaxis tenuifolia Nurses Lolium perenne Axe 2 = 6.2% Onobrychis sativa Festuca arundicea 75

76 Restauration : Analyse Factorielle des Correspondances Axe 1 =11.4% Transfert de foin Plantago affra Catapodium rigidum Asterolinon linum stellatum Sylibum marianum Sideritis romana Carduus pycnocephalus Plantago lagopus Réhabilité Trifolium campestre Avena barbata Galium aparine Témoin Bromus madritensis Etrépage de sol Diplotaxis tenuifolia Nurses Lolium perenne Axe 2 = 6.2% Onobrychis sativa Festuca arundicea 76

77 Restauration : Analyse Factorielle des Correspondances Axe 1 =11.4% Transfert de sol Transfert de foin Plantago affra Catapodium rigidum Asterolinon linum stellatum Sylibum marianum Sideritis romana Carduus pycnocephalus Silene gallica Plantago lagopus Réhabilité Trifolium campestre Témoin Bromus madritensis Taeniaterum caput medusae Avena barbata Galium aparine Psillurus incurvus Trifolium subterraneaum Plantago bellardii Filago gallica Diplotaxis tenuifolia Poa bulbosa Brachypodium distachyon Evax pygmea Etrépage de sol Nurses Lolium perenne Axe 2 = 6.2% Onobrychis sativa Festuca arundicea 77

78 Restauration : Analyse Factorielle des Correspondances Axe 1 =11.4% Transfert de sol Coussoul Transfert de foin Plantago affra Catapodium rigidum Asterolinon linum stellatum Sylibum marianum Sideritis romana Carduus pycnocephalus Silene gallica Plantago lagopus Réhabilité Trifolium campestre Témoin Bromus madritensis Taeniaterum caput medusae Avena barbata Galium aparine Psillurus incurvus Trifolium subterraneaum Plantago bellardii Filago gallica Diplotaxis tenuifolia Poa bulbosa Brachypodium distachyon Evax pygmea Etrépage de sol Nurses Asphodelus ayardii Thymus vulgare Brachypodium retusum Axe 2 = 6.2% Lolium perenne Onobrychis sativa Festuca arundicea 78

79 Conclusion : Des premiers résultats prometteurs Il reste aux troupeaux à faire leur travail! Hay transfer Rehabilitated? Soil inoculation Steppe Control Topsoil removal Nurse species seeding 79

80 Perspectives : Pour une vraie ingénierie écologique? Les fourmis Messor, ingénieurs de l écosystème

81 Des fourmis et des hommes : Essais de transplantation de colonies -Capture des reines fécondées -Transplantation sur site

82 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 %

83 Greffe de communautés : effet nucleus? Transfert de sol : Pas de Brachypodium, Asphodelus etstipa Essai de transfert par plaque 83

84 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

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