Thèse "Modélisation du fonctionnement hydrologique du sol et de la biodiversité des communautés végétales

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Thèmes : impacts environnement, biodiversité, thèse
Application à l'analyse de la performance écologique d'un aménagement paysager autoroutier.

L’anthropisation croissante des territoires a conduit à la transformation profonde des écosystèmes et à
une perte massive, rapide et irréversible de la biodiversité. La réglementation nationale française
impose aujourd’hui aux aménageurs du territoire d’évaluer, a priori et a posteriori, les impacts
environnementaux de leurs projets de construction (ex : infrastructures routières) et notamment les
impacts sur la biodiversité. Cette réglementation impose également de proposer des mesures
d’évitement, de réduction, et de compensation, lorsqu’il existe des impacts résiduels, par la création
ou la restauration de la biodiversité dégradée. En l’absence d’outils performants à disposition des
gestionnaires, les échecs de la prédiction des impacts et de l’évaluation de l’efficacité des mesures
conservatoires sont nombreux. L’objectif général de cette thèse est de proposer une nouvelle
approche méthodologique pour (i) caractériser les processus et les paramètres abiotiques impactant
la diversité végétale des communautés, (ii) analyser l’efficacité d’un projet de création et (iii) proposer,
à la lecture de ces résultats, des nouvelles mesures de valorisation de la biodiversité végétale du site
d’étude.
Le site étudié est un aménagement paysager autoroutier, au sein duquel des semis et des plantations
ont été réalisées par le constructeur, deux ans avant le début de notre étude. Nous avons restreint
l’étude mécaniste du compartiment abiotique à celle du fonctionnement hydrologique (modélisé à
l’aide d’HYDRUS-1D). Nous avons examiné l’existence ou non de variabilités spatiotemporelles (i) de la
teneur en eau volumique du sol, (ii) de son potentiel matriciel, et (iii) de l’intensité du stress hydrique
du couvert végétal. Les variabilités spatiales et interannuelles de la diversité végétale quantitative
(richesse spécifique, équitabilité, β-diversité) et qualitative (origine des espèces, types biologiques,
stratégies adaptatives, preferendums écologiques, espèces diagnostiques des communautés) ont été
étudiées pendant deux ans (2010 et 2011) au niveau des 88 placettes ayant fait l’objet de la
modélisation hydrologique. La distribution spatiale des communautés végétales a ensuite été
modélisée grâce à un modèle linéaire généralisé, à partir de paramètres abiotiques issus d’analyses
physicochimiques et de la modélisation hydrologique. L’analyse de la performance écologique du site
d’étude, en terme de biodiversité végétale, par rapport aux objectifs envisagés à long terme par le
constructeur, a été réalisée, à l’échelle spécifique et à celles des communautés.
Les résultats montrent un fonctionnement hydrologique uniforme au sein du site d’étude en raison de
conditions pédologiques peu contrastées. Le système est dominé par les écoulements verticaux : il
s’humidifie rapidement en présence de fortes précipitations, mais s’assèche également rapidement en
période de sécheresse. Il demeure insaturé en période hivernale comme en période estivale et sur
toute la zone d’étude. Le stress hydrique du couvert végétal est élevé et systématique. Le stress
hydrique s’intensifie rapidement pendant la croissance de la végétation. Son niveau atteint au début
de l’été est critique et son évolution jusqu’à la fin des périodes de croissance traduit un flétrissement
permanent du couvert. L’eau constitue donc un facteur limitant fortement et uniformément le
développement de la végétation sur l’ensemble du site d’étude. La densité spécifique végétale est
faible, spatio-temporellement stable. Le cortège végétal tend à s’homogénéiser légèrement entre 2010
et 2011 : il est composé d’espèces herbacées annuelles à croissance rapide, principalement
rudérales, issues pour partie des semis, neutrophiles, principalement mésotrophiles, xérophiles et
héliophiles. Nos résultats montrent la prédominance de la stochasticité environnementale dans la
détermination des schémas de distribution spatiale des communautés, De plus ces dernières ne
représentent pas des groupements végétaux clairement définis. Ainsi, notre approche de modélisation
apparaît peu adaptée à l’étude de systèmes pionniers et trop fortement impactés par des semis.
L’analyse de la performance écologique montre que les diversités végétales quantitative et qualitative
observées sont significativement différentes de celle planifiées, à l’échelle des espèces et à celle des
habitats envisagés. Les preferendums écologiques et des stratégies adaptatives mesurées
contrastent avec ceux mis en place par le constructeur pour les conditions d’humidité, de pH, de
température du sol. Cette observation révèle que les conditions abiotiques in situ ne concordent pas
avec celles nécessaires pour que la succession végétale évolue vers la mosaïque d’habitats prévue
initialement pour l’aménagement considéré. Ces résultats montrent la nécessité de définir de
nouveaux objectifs de biodiversité végétale. Les deux projets proposés contrastent par les habitats de
référence proposés, les efforts de restauration des conditions abiotiques (fertilité, contrôle du rapport
P/N, humidité) et des conditions biotiques (semis et plantation).

Mots-clés : routes, méthodes d’évaluation environnementale, modèle de niche écologique, stress
hydrique, teneur en eau, modélisation de la biodiversité végétale, performance écologique.


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