Ingénierie écologique

L’ingénierie écologique utilise l’écologie et l’ingénierie pour prédire, concevoir, construire ou restaurer et gérer des écosystèmes qui intègrent «la société humaine avec son environnement naturel au bénéfice des deux».

Définition
L’ingénierie écologique est définie en France comme «la conduite de projets qui, dans leur mise en œuvre et leur suivi, appliquent les principes de l’ingénierie écologique et favorisent la résilience des écosystèmes», l’ingénierie écologique étant définie comme «une combinaison de qui prennent en compte les mécanismes écologiques, appliqués à la gestion des ressources, à la conception et à la mise en œuvre des installations ou des équipements, et qui sont appropriés pour assurer la protection de l’environnement. « .

Dans les pays anglo-saxons, c’est «la conception, la réalisation et la mise en œuvre de projets associant la nature au bénéfice de la biodiversité et de la société humaine».

Dans le monde hispanophone, le concept qui s’en rapproche le plus est celui de «l’ingénierie environnementale», définie comme «la conception, l’application et la gestion de processus, produits et services visant à prévenir, limiter ou réparer la dégradation de l’environnement. en vue du développement durable « .

Origines, concepts clés, définitions et applications
L’ingénierie écologique est apparue comme une nouvelle idée au début des années 1960, mais sa définition a mis plusieurs décennies à se raffiner, sa mise en œuvre est encore en cours d’ajustement et sa reconnaissance plus large comme nouveau paradigme est relativement récente. L’ingénierie écologique a été introduite par Howard Odum et d’autres comme utilisant des sources d’énergie naturelles comme principal facteur de manipulation et de contrôle des systèmes environnementaux. Les origines de l’ingénierie écologique sont dans le travail d’Odum avec la modélisation écologique et la simulation des écosystèmes pour capturer des macro-modèles holistiques des flux d’énergie et de matériaux affectant l’utilisation efficace des ressources.

Mitsch et Jorgensen ont résumé cinq concepts de base qui distinguent l’ingénierie écologique des autres approches visant à résoudre les problèmes au bénéfice de la société et de la nature: 1) elle repose sur la capacité de conception autonome des écosystèmes; 2) il peut s’agir du test de terrain (ou acide) des théories écologiques; 3) il repose sur des approches systémiques; 4) il conserve les sources d’énergie non renouvelables; et 5) il soutient la conservation des écosystèmes et de la biologie.

Mitsch et Jorgensen ont été les premiers à définir l’ingénierie écologique en tant que concepteur de services sociétaux tels qu’ils profitent à la société et à la nature. Ils ont ensuite noté que la conception doit être durable, durable et intégrer la société à son environnement naturel.

Bergen et al. a défini l’ingénierie écologique comme suit: 1) utiliser la science et la théorie écologiques; 2) appliquer à tous les types d’écosystèmes; 3) adapter les méthodes de conception technique; et 4) reconnaître un système de valeurs directrices.

Barrett (1999) propose une définition plus littérale du terme: « la conception, la construction, l’exploitation et la gestion (c’est-à-dire l’ingénierie) des structures paysagères / aquatiques et des communautés végétales et animales souvent, la nature.  » Barrett poursuit: « Les autres termes ayant une signification équivalente ou similaire incluent l’écotechnologie et deux termes les plus souvent utilisés dans le domaine du contrôle de l’érosion: la bioingénierie des sols et la biotechnologie. Cependant, l’ingénierie écologique niveau, ou «bioingénierie», ce qui signifie la construction de parties du corps artificielles.  »

Les applications en ingénierie écologique peuvent être classées en 3 échelles spatiales: 1: mésocosmes (~ 0,1 à 100 mètres de mètres); 2: écosystèmes (1 à 10 km de km); et 3: systèmes régionaux (> 10s de km). La complexité de la conception augmente probablement avec l’échelle spatiale. Les applications augmentent en ampleur et en profondeur et ont probablement un impact sur la définition du domaine, à mesure que l’on explore de nouvelles possibilités de concevoir et d’utiliser des écosystèmes en tant qu’interfaces entre la société et la nature. La mise en œuvre de l’ingénierie écologique s’est concentrée sur la création ou la restauration d’écosystèmes allant des zones humides dégradées aux serres et serres multicellulaires intégrant des services microbiens, piscicoles et végétaux pour transformer les eaux usées humaines en produits fertilisants, fleurs et eau potable. Les applications de l’ingénierie écologique dans les villes ont émergé de la collaboration avec d’autres domaines tels que l’architecture de paysage, l’urbanisme et l’horticulture urbaine, pour des projets holistiques tels que la gestion des eaux pluviales. Les applications de l’ingénierie écologique dans les paysages ruraux ont inclus le traitement des zones humides et le reboisement communautaire grâce aux connaissances écologiques traditionnelles. La permaculture est un exemple d’applications plus larges qui ont émergé comme disciplines distinctes de l’ingénierie écologique, où David Holmgren cite l’influence de Howard Odum dans le développement de la permaculture.

Directives de conception, classes fonctionnelles et principes de conception
La conception d’ingénierie écologique combinera l’écologie des systèmes avec le processus de conception technique. La conception technique implique généralement la formulation de problèmes (objectif), l’analyse de problèmes (contraintes), la recherche de solutions alternatives, la décision parmi les alternatives et la spécification d’une solution complète. Matlock et al. Fournissent un cadre de conception temporel indiquant que les solutions de conception sont prises en compte dans le temps écologique. Lors de la sélection entre différentes solutions, la conception devrait intégrer l’économie écologique dans l’évaluation de la conception et reconnaître un système de valeurs directrices qui favorise la conservation biologique, au bénéfice de la société et de la nature.

Le génie écologique utilise l’écologie des systèmes et la conception technique pour obtenir une vision globale des interactions au sein de la société et entre la société et la nature. La simulation de l’écosystème avec des systèmes d’énergie Le langage (également connu sous le nom de langage des circuits d’énergie ou énergétique) par Howard Odum est une illustration de cette approche de l’écologie des systèmes. Ce développement et cette simulation holistiques de modèles définissent le système d’intérêt, identifient les limites du système et schématisent la manière dont l’énergie et les matériaux circulent dans un système afin d’identifier l’utilisation des ressources renouvelables par les processus écosystémiques et la durabilité. Le système qu’il décrit est une collection (c.-à-d. Un groupe) de composants (c.-à-d. De parties), liés par un type d’interaction ou d’interrelation, qui répond collectivement à certains stimulants ou demandes et remplit un but ou une fonction spécifique. En comprenant l’écologie des systèmes, l’ingénieur écologique peut concevoir plus efficacement avec les composants et les processus écosystémiques de la conception, utiliser l’énergie et les ressources renouvelables et accroître la durabilité.

Mitsch et Jorgensen ont identifié cinq classes fonctionnelles pour les conceptions d’ingénierie écologique:

Écosystème utilisé pour réduire / résoudre les problèmes de pollution. Exemple: phytoremédiation, zones humides d’eaux usées et biorétention des eaux pluviales pour filtrer l’excès de nutriments et la pollution des métaux
Écosystème imité ou copié pour résoudre le problème des ressources. Exemple: restauration de forêts, remplacement de zones humides et installation de jardins pluviaux côté rue pour prolonger le couvert afin d’optimiser le refroidissement résidentiel et urbain
Écosystème récupéré après perturbation. Exemple: restauration de terrains miniers, restauration de lacs et restauration aquatique de canaux avec des corridors riverains matures
Écosystème modifié de manière écologique. Exemple: la récolte sélective de bois, la biomanipulation et l’introduction de poissons prédateurs pour réduire les poissons planctoniques, augmenter le zooplancton, consommer des algues ou du phytoplancton et clarifier l’eau.
Les écosystèmes utilisés pour en tirer profit sans détruire l’équilibre. Exemple: agroécosystèmes durables, aquaculture multispécifique et introduction de parcelles agroforestières dans des propriétés résidentielles pour générer une production primaire à plusieurs niveaux verticaux.

Mitsch et Jorgensen ont identifié des principes de conception pour l’ingénierie écologique, mais tous ne sont pas censés contribuer à une conception unique:

La structure et la fonction de l’écosystème sont déterminées en forçant les fonctions du système;
Les apports énergétiques dans les écosystèmes et le stockage disponible de l’écosystème sont limités;
Les écosystèmes sont des systèmes ouverts et dissipatifs (pas l’équilibre thermodynamique de l’énergie, de la matière, de l’entropie, mais l’apparition spontanée d’une structure complexe et chaotique);
L’attention portée à un nombre limité de facteurs de gouvernance / contrôle est la plus stratégique pour prévenir la pollution ou restaurer les écosystèmes;
L’écosystème possède une capacité homéostatique qui a pour effet de lisser et de déprimer les effets des intrants fortement variables;
Faire correspondre les voies de recyclage aux taux d’écosystèmes et réduire les effets de la pollution;
Concevoir des systèmes à impulsions dans la mesure du possible;
Les écosystèmes sont des systèmes auto-conçus;
Les processus des écosystèmes ont des échelles de temps et d’espace caractéristiques qui devraient être prises en compte dans la gestion de l’environnement;
La biodiversité doit être défendue pour maintenir la capacité d’auto-conception d’un écosystème;
Les écotones, zones de transition, sont aussi importantes pour les écosystèmes que les membranes pour les cellules;
Le couplage entre écosystèmes devrait être utilisé chaque fois que possible.
Les composants d’un écosystème sont interconnectés, interreliés et forment un réseau; envisager des efforts directs et indirects de développement des écosystèmes;
Un écosystème a une histoire de développement;
Les écosystèmes et les espèces sont les plus vulnérables à leurs limites géographiques;
Les écosystèmes sont des systèmes hiérarchiques et font partie d’un paysage plus vaste.
Les processus physiques et biologiques sont interactifs, il est important de connaître les interactions physiques et biologiques et de les interpréter correctement;
L’écotechnologie nécessite une approche holistique intégrant autant que possible toutes les parties et tous les processus en interaction.
L’information dans les écosystèmes est stockée dans des structures.

Une nouvelle carrière
L’ingénierie écologique est un nouveau métier qui se développe à partir de la fin du 20ème siècle. Elle met en œuvre les techniques d’ingénierie écologique dont les principes sont ainsi définis par le CNRS: « L’ingénierie écologique est l’utilisation, principalement in situ, parfois sous conditions contrôlées, de populations, communautés ou communautés. Écosystèmes dans le but de modifier un ou plusieurs biotiques ou la dynamique physico-chimique de l’environnement dans un sens jugé favorable à la société et compatible avec le maintien des équilibres écologiques et le potentiel adaptatif de l’environnement « . L’objectif de l’ingénierie écologique est donc de contribuer par des actions adaptées à la résilience de l’écosystème et de promouvoir ainsi la biodiversité.

Si le monde de la recherche joue un rôle important en apportant de nouvelles connaissances fondamentales, les opérateurs d’ingénierie écologique s’appuient également sur des pratiques anciennes et développent des innovations basées sur l’observation de mécanismes vivants. Ainsi, Leonardo da Vinci a écrit: « Les racines des saules empêchent l’effondrement des digues des canaux et des branches de saules, qui sont placées sur la rive puis coupées, deviennent chaque année denses et nous obtenons une banque vivante Ces techniques ont longtemps été négligées au profit des systèmes de protection lourde faisant appel au génie civil: ces milieux de vie, parfois plus efficaces, sont dotés d’une capacité d’auto-maintenance et de résilience, tout en nécessitant une gestion régulière des situations.

Une activité transversale
Les acteurs de l’ingénierie écologique travaillent pour la biodiversité, ce sont des « artisans de la biodiversité ». Ils apportent leurs connaissances, techniques et outils pour reconstruire des écosystèmes vivants. La mise en œuvre de projets d’ingénierie écologique implique de nombreuses compétences; la consultation des acteurs économiques et sociaux dans le suivi écologique du projet à travers sa conception et sa mise en œuvre. Une opération classique commence par des activités de conseil et d’accompagnement stratégique, suivies d’étapes de diagnostic, de définition d’actions, de travaux, de suivi, de gestion et enfin de valorisation de la démarche par la communication. Ces activités impliquent des naturalistes, des conseillers en biodiversité, des travailleurs spécialisés et des techniciens autour du pivot de l’ingénieur écologique.

L’ingénierie écologique prend en compte toutes les dimensions de l’écosystème: la flore, la faune, les champignons, les processus bactériologiques, pédologiques, biogéochimiques, géologiques et les sociétés humaines. Pour agir sur tous ces processus vivants, l’ingénieur écologiste utilise une variété de techniques. Par exemple, il utilisera l’ingénierie des installations, parfois appelée ingénierie biologique ou génie biologique, et de nombreuses autres techniques pouvant remplacer avantageusement les techniques conventionnelles.

Mais au-delà de la simple action sur la biodiversité et la protection du patrimoine naturel, l’ingénierie écologique vise à concilier économie et écologie. En effet, son objectif étant de promouvoir la résilience de l’écosystème, l’ingénierie écologique doit prendre en compte les activités humaines présentes, faisant partie intégrante de l’écosystème. L’activité du secteur est donc au centre des interrelations entre l’humanité et la biodiversité et se développe en relation avec tous les secteurs économiques. L’activité d’ingénierie écologique doit alors accompagner les professionnels de la planification, de l’agriculture et même de l’industrie, de l’immobilier et de l’urbanisme à travailler sur la compatibilité entre activités humaines et systèmes vivants.

Ainsi, le succès d’un projet d’ingénierie écologique se mesure à deux critères: l’acceptation sociale et l’implication des résidents et des utilisateurs dans le projet et une évaluation scientifique. Ce dernier se fait sur la base du suivi des indicateurs, y compris des bioindicateurs, qui varient en fonction du contexte biogéographique, de la surface du site et de l’objectif des opérations. Les écologistes comptent principalement sur quelques espèces considérées comme des bioindicateurs pour évaluer et, si nécessaire, corriger les opérations.

Techniques et applications
Les techniques d’ingénierie écologique peuvent être mises en œuvre dans le cadre de toutes les activités humaines tant qu’elles ont un impact sur l’écosystème et son fonctionnement, qui est très large: gestion des espaces naturels, aménagement du territoire, urbanisme, agriculture, activité économique. En fonction de l’objectif, les interventions peuvent être divisées en quatre: gestion, restauration, création ou intégration de l’activité dans l’écosystème. Cette distribution n’est pas exclusive mais permet d’avoir un aperçu des nombreuses applications de l’ingénierie écologique.

Gestion de l’environnement
Les gestionnaires de l’environnement utilisent l’ingénierie écologique lorsque leur objectif est d’accroître la biodiversité, de la stabiliser ou de stopper son déclin. En effet, certains processus naturels sont maintenant éteints et seule une intervention humaine peut combler cette lacune et empêcher la disparition de certains cercles de certaines espèces. Des environnements naturels aux zones urbaines et agricoles, l’ingénieur en écologie recommandera alors, en lien avec les usages, les interventions à faire pour promouvoir la biodiversité. Voici quelques exemples:

maintien en état ouvert par broyage, fauchage ou débroussaillage, en fonction des communautés végétales présentes;
gestion différenciée pour diversifier les environnements ou conserver la diversité existante;
par exemple, limiter la prolifération des espèces exotiques ou réduire l’eutrophisation d’une zone humide;
éco-pâturage, pour préserver l’ouverture de l’environnement à long terme grâce aux herbivores tels que les équidés, les moutons ou les bovins, ou encore le castor ou le wapiti, utilisables en milieu prairial ou humide.
Pour les trois premiers points, la gestion des restes est décisive. Si ceux-ci sont exportés, l’environnement est appauvri en matière organique, ce qui dans certains cas favorise l’enrichissement de la biodiversité.

Agroécologie
L’ingénieur écologiste est également impliqué dans les zones agricoles. Il peut alors proposer une nouvelle gestion de la ferme mieux adaptée au fonctionnement de l’écosystème. Il s’inspire dans ce cas des techniques de permaculture.

L’agriculteur peut promouvoir la biodiversité pour aider la productivité de l’agrosystème et assurer sa stabilité dans le temps face aux perturbations extérieures. Différents processus biologiques ou écologiques liés à la biodiversité peuvent être intensifiés: renforcement de la diversité et de l’activité des micro-organismes du sol en faveur des plantes, association et collaboration de différentes espèces, utilisation de différentes familles et couches végétales, régulation des ravageurs des cultures via leurs ennemis naturels, etc. Il peut également agir sur les cycles de la matière organique et des nutriments pour améliorer la productivité des agrosystèmes à faible consommation d’intrants. Grâce à la bonne gestion des ressources organiques et donc au flux de nutriments et d’énergie qu’ils induisent. Il est alors possible d’intervenir à plusieurs niveaux: renforcer les interactions de l’élevage et de l’agriculture pour préserver les ressources naturelles, restaurer la vie biologique des sols par des apports organiques spécifiques, nourrir la plante localement.

Enfin, la gestion de l’eau est un facteur déterminant, en particulier dans les zones sèches, où la ressource est limitée et irrégulière. La gestion peut être améliorée de plusieurs manières: en adaptant la culture aux pluies irrégulières ou aux risques de sécheresse, en conservant l’eau au niveau de la parcelle en limitant le ruissellement, en tenant compte du rôle essentiel joué par les arbres

Restauration des écosystèmes ou caractéristiques écologiques
La dernière Conférence mondiale sur la biodiversité, tenue à Nagoya en 2010, a révélé qu’il était nécessaire en 2020 de restaurer au moins 15% des écosystèmes dégradés en plus des politiques de rétention (15 e objectif d’Aichi). L’ingénierie écologique exploite la résilience écologique des écosystèmes pour restaurer les environnements et les caractéristiques écologiques:

travaux de terrassement, importation de matériaux (roches, sables) pour la restauration d’environnements, de sols, de cours d’eau;
utilisation des caractéristiques morphologiques des plantes pour restaurer naturellement les environnements érodés et / ou se protéger des risques naturels, en plantant des espèces dotées de systèmes racinaires extensifs pour la restauration durable des sols dégradés, la stabilisation des pentes, des berges, des dunes ou des littoraux;
les méthodes de dépollution par des plantes ou par des bactéries, par exemple pour le traitement de matériaux à partir de mines contenant des métaux lourds (bactéries chimilenthotrophes), des marées noires (bactéries organotrophes), la purification de l’eau ou la dégradation des déchets;
ouverture de l’environnement par déracinement ou abattage pour diversifier les habitats;
Gestion des sols: striépage (étrépage) pour promouvoir la biodiversité, récupération des sols par déplacement de minéraux, biomasse et litière, réhabilitation Technosol;
transfert d’espèces ou d’habitats afin de restaurer les conditions minimales de résilience environnementale: réapprovisionnement, repeuplement, restauration des herbiers de phanérogames en milieu marin, stabilisation des vasières par un lit de moules, etc.

Créer un écosystème fonctionnel
La création d’un écosystème se produit lorsque l’environnement est trop dégradé pour être restauré ou lorsque la diversification des habitats est jugée nécessaire par l’ingénieur écologique en cohérence avec le contexte social, économique et environnemental local. Cela peut impliquer dans la zone terrestre la création d’un environnement complet tel que des zones tampons pour l’épuration des eaux, des étangs, des pentes, des haies, etc. ou la création d’éléments d’habitat pour animaux: hibernaculum, nichoirs, insectes, chalets. En milieu marin, l’ingénieur écologiste peut demander la mise en place d’habitats dans la zone portuaire sous l’eau ou dans la zone intertidale, dans un port, une digue ou d’autres dispositifs de protection côtière, par exemple en incorporant des espèces filtrantes (moules, huîtres).

Intégrer l’activité humaine dans l’écosystème
Les techniques de gestion, de restauration et de création de milieux naturels sont utilisées pour l’intégration écologique des installations et des infrastructures. L’ingénierie écologique met alors en place des aménagements urbains, agricoles, hydrauliques ou forestiers intégrés à l’écosystème où les civils utilisaient auparavant plus volontiers le béton ou les palplanches. L’ingénierie écologique propose des solutions inspirées par la nature et permet d’augmenter la perméabilité écologique des structures et de réduire l’empreinte écologique en limitant sévèrement les prélèvements sur les ressources naturelles et en favorisant l’utilisation de matériaux éco-compatibles. Les techniques de réutilisation des ressources peuvent également être liées à l’ingénierie écologique du fait de leur volonté de réduire l’utilisation de ressources naturelles non renouvelables, telles que l’assainissement écologique.

Concrètement, ces techniques visent à promouvoir la connectivité écologique et l’intégration de la gestion dans le fonctionnement de l’écosystème. La continuité écologique est améliorée avec la création de tels écoduits de croisements de travaux associés aux dispositifs de guidage. Faune: remblais, haies, fossés… L’intégration écologique des bâtiments est assurée grâce à l’incorporation de leur influence, de leur environnement et de la valorisation des structures se. Les toits verts et les murs verts deviennent importants depuis l’intégration de la biodiversité dans les normes environnementales des bâtiments tels que HQE ou BREEAM et ont tendance à intéresser les architectes et les architectes d’intérieur, et pas seulement les promoteurs routiers ou fluviaux.

L’intégration écologique peut également être réalisée à des échelles supérieures au site de développement simple. Les acteurs de l’ingénierie écologique aident ainsi les professionnels à réfléchir à la compatibilité de l’activité de leur entreprise avec le fonctionnement de l’écosystème et même à travailler au niveau du modèle économique du territoire, voire du pays. Cela peut concentrer tous les secteurs économiques, même les plus reculés.

Guide de conception
Le projet de conception environnementale suivra un cycle similaire au cycle de projet d’ingénierie – la désignation du problème (objectif), l’analyse du problème (contraintes), la recherche de solutions alternatives, le choix des alternatives et la spécification de la solution finale. Solution. Les éléments qui distinguent la conception de l’environnement sont développés par de nombreux auteurs, mais il n’y a toujours pas d’approche unique. Généralement, l’objectif du projet comprend la protection, les écosystèmes en péril, la restauration des écosystèmes dégradés ou la création d’un nouvel écosystème durable pour répondre aux besoins de la nature et de la société. Lors du choix entre différentes solutions, le projet doit inclure une économie environnementale dans l’évaluation des projets et reconnaître un système de valeurs directrices favorisant la conservation biologique.

Convient à tous les types d’écosystèmes

Adapte les méthodes de conception
La mise en œuvre du projet devrait reposer sur l’utilisation de la science et de la théorie de l’environnement.
Basé sur la capacité d’auto-réplication des écosystèmes
Adopte la théorie de la gestion adaptative de l’apprentissage sur les erreurs, le projet est testé sur la théorie de l’environnement.
Il repose sur des approches de système intégré
Préserve les sources d’énergie non renouvelables

Mitsch et Jorgensen ont identifié les considérations suivantes avant de mettre en œuvre une conception d’ingénierie écologique:

Créer un modèle conceptuel pour déterminer les parties de la nature connectées au projet;
Mettre en place un modèle informatique pour simuler les impacts et l’incertitude du projet;
Optimiser le projet pour réduire les incertitudes et augmenter les impacts bénéfiques.

Programme scolaire
Le programme a été élaboré pour le projet environnemental et les principales institutions américaines ont lancé ces programmes. Les éléments de ce programme sont:

Un programme académique a été proposé pour l’ingénierie écologique et des institutions du monde entier lancent des programmes. Les éléments clés de ce programme sont: l’ingénierie de l’environnement; écologie des systèmes; écologie de la restauration; modélisation écologique; écologie quantitative économie de l’ingénierie écologique et cours techniques au choix.

En complément de cet ensemble de cours, il existe des cours préalables dans des domaines physiques, biologiques et chimiques, ainsi que des expériences de conception intégrées. Selon Matlock et al., La conception devrait identifier les contraintes, caractériser les solutions en fonction du temps écologique et intégrer les aspects économiques écologiques dans l’évaluation de la conception. L’économie de l’ingénierie écologique a été démontrée en utilisant les principes énergétiques pour une zone humide et en utilisant l’évaluation des éléments nutritifs pour une ferme laitière

Écologie quantitative
Écologie du système
Écologie réparatrice
Modélisation environnementale
Génie de l’environnement
Économie de l’ingénierie de l’environnement

Cours techniques au choix
En plus de cet ensemble de cours, il existe des cours initiaux de disciplines physiques, biologiques et chimiques. Selon Matlock et d’autres, le projet devrait définir les contraintes, caractériser les solutions dans le temps écologique et intégrer l’économie de l’environnement dans l’évaluation des projets. L’économie de l’ingénierie environnementale a été démontrée en utilisant les principes de la consommation d’énergie nécessaire pour les zones humides et les nutriments pour la ferme laitière.