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

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 lesimpacts 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).