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Ingénierie écologique : quand l'écologie inspire l'ingénierie !

Et si les écosystèmes avaient voix au chapitre dans les projets de développement du territoire ? Tant comme acteurs que comme entités impactées, leurs comportements et leurs dynamiques sont pris en compte par les promoteurs de l'ingénierie écologique. Une ingénierie faite, pour l'essentiel, "par et pour le vivant", entonne-t-on à Irstea.

Dossier des échos d'Irstea n°7 - Octobre/Novembre 2013

L'approche scientifique est née dans les années 60 aux États-Unis. En France, dans les années 90, des chercheurs d'Irstea et d’autres instituts de recherche participent à un programme de recherche baptisé "Recréer la nature" du Ministère de l’Écologie.
En 2003, Irstea organise un colloque national avec AgroParis- Tech à Grenoble. Il sera suivi en 2007 par le lancement d’Ingeco : jusqu'en 2011, ce programme de recherche commun avec le CNRS, dédié à l'ingénierie écologique, a permis de financer près de 85 projets, dont 11 pilotés par des chercheurs d’Irstea. Les experts se mobilisent aujourd'hui pour mieux définir les contours et les buts de l'ingénierie écologique. Car le domaine est en plein essor !
Toutes les opérations agissant sur l'environnement sont-elles de l'ingénierie écologique ? Les actions lourdes de reprofilage des rivières permettant d’y restaurer une diversité de poissons en font-elles partie ? Utiliser les aptitudes biologiques et mécaniques des plantes pour protéger les sols et lutter contre l'érosion implique-t-il l'ingénierie écologique ?

Agir sur le milieu physique pour favoriser le vivant

"Avant d'intervenir sur un cours d’eau et ses milieux associés pour leur redonner un fonctionnement écologique dynamique et autonome, nous nous posons toujours au moins deux questions : quelles sont les pressions handicapantes exercées dans le bassin versant, la ripisylve et le lit des cours d’eau ? Peut-on retrouver un fonctionnement durable en s’appuyant sur la résilience naturelle du cours d’eau, c’està- dire sa capacité à se remettre seul des altérations qu’il a subies ?", explique Yves Souchon, hydroécologue au centre Irstea de Lyon.

"L'idée, c'est avant tout de donner la chance à un milieu naturel de s'autoréparer. Un cours d’eau propice à la reproduction et au développement de sa faune aquatique est également celui qui présente le meilleur profil d’équilibre entre ses débits liquide et solide. Lorsqu'on analyse l'hydromorphologie des cours d'eau, on sait distinguer ceux qui auront suffisamment d’énergie et d’espace latéral de liberté pour trouver eux-mêmes cet équilibre. Les autres auront besoin de plus d'aide", illustre le chercheur.

Cette analyse a été menée en 2012/2013 pour l’ensemble des cours d’eau français (projet Syrah_CE) en collaboration avec le ministère en charge de l’écologie, l’Onema et les agences de l’eau. Mais dès 1998, les chercheurs d’Irstea ont cherché une réponse à la diminution drastique de la diversité d’invertébrés et de poissons qui accompagnait un débit réservé trop faible du Rhône. C’est ainsi que le fleuve a bénéficié d'une restauration hydraulique et écologique et d'un suivi. À Pierre-Bénite, en aval de Lyon, grâce à des modèles liant physique et biologie, il a été décidé de relever le débit réservé de 10 à 100 m3/s, ce qui s’est accompagné d’une réaction positive et prévisible des communautés d’invertébrés et de poissons. Dans le lit principal, la proportion de poissons typiques des eaux courantes, tels que hotu, ablette et barbeau est passée de 15 à 43 % entre 1995 et 2008.


À Irstea, les chercheurs possèdent ainsi des compétences essentielles aux projets d'ingénierie écologique : la compréhension fine des éléments du fonctionnement des écosystèmes, la capacité à établir un diagnostic des causes de dégradation pour identifier les restaurations potentielles, mais aussi le suivi des solutions mises en oeuvre pour affiner la connaissance, les indicateurs et les valeurs prédictives des modèles.

Par les plantes et pour les écosystèmes : actions et bénéfices à toutes les échelles

La question des interactions entre les composantes d'un écosystème -biologique, physique, chimique...- et de leurs impacts peut se révéler cruciale en ingénierie écologique.

"Nous travaillons avec des systèmes dans lesquels s'imbriquent différents niveaux d'organisation et dans lesquels les répercussions se font parfois à distance", explique Freddy Rey, chargé de recherche en écologie au centre Irstea de Grenoble.

L'érosion est un exemple emblématique. Il y a 150 ans, les sols de montagne ont été déforestés, provocant de gros dégâts à l’aval, comme des coulées de boues ou des inondations. Des reboisements massifs ont été entrepris, partout où cela pouvait se faire. Aujourd'hui, la stratégie est différente. "Des zones clés sont identifiées : à partir de celles-ci, la végétation replantée se dissémine d'ellemême et augmente son efficacité de protection des sols.

L'action est minimisée et les résultats sont plus naturels et durables à toutes les échelles", explique le spécialiste. Ce principe se vérifie avec l’exemple de l'étang de Berre, au nord-ouest de Marseille, victime d'envasement. Faut-il retirer les matériaux qui l'obstruent pour venir à bout du problème ? "En fait, la clé se situe en amont, dans les bassins versants. Des photos aériennes nous permettent de repérer les zones érodées sur lesquelles intervenir par génie végétal pour retenir les matériaux érodés.Nos suivis nous permettent alors de mieux comprendre comment les différents bassins interagissent entre eux et comment les transports de matériaux à l’aval répondent à nos actions par le végétal à l’amont", détaille Freddy Rey.

Épuration : des bactéries oeuvrent pour la qualité de l’eau

Les projets d'ingénierie écologique peuvent aussi s'intéresser aux processus biologiques naturels des eaux pour mieux faire fonctionner les milieux artificiels. C'est le cas des stations de traitement des eaux usées. "Les scientifiques avaient observé depuis longtemps que de tels milieux aquatiques se dégradaient, puis se restauraient tout seuls. Petit à petit, on a compris que c'étaient des bactéries qui décomposaient la matière organique. La nature sait faire les choses !", assure Philippe Duchène, directeur du département Écotechnologies et ancien expert en épuration des eaux au centre Irstea d'Antony. Pourquoi ne pas intensifier ces processus pour optimiser et fiabiliser le fonctionnement des stations d'épuration ?

C'est notamment le principe des boues activées. Dans les bassins de traitement des eaux usées, on régule la population de bactéries suivant la quantité de polluants à dégrader, de même que les cycles de présence et d'absence d'oxygène pour activer les bactéries. "L'écosystème que nous organisons n'est pas réduit aux bactéries : celles-ci, en croissance libre, sont difficiles à récupérer dans le milieu. Or pour restituer une eau propre en sortie de station, il faut les séparer des eaux traitées.