La Société Française d’Ecologie (SFE) vous propose cette semaine le regard de Thierry Dutoit, chercheur en écologie au CNRS (IMBE), sur l’ingénierie écologique.

MERCI DE PARTICIPER à ces regards et débats sur la biodiversité en postant vos commentaires et questions après cet article. Les auteurs vous répondront et une synthèse des contributions sera ajoutée après chaque article.

Plongeant ses racines dans les sciences forestières (Marage, 2011) et en agronomie (Altieri, 1989), l’ingénierie écologique est apparue aux Etats-Unis il y a une quarantaine d’années et ne s’est développée que lentement en France (Barot et al. 2012). Deux initiatives ont cependant permis de faire émerger une communauté scientifique francophone concernée par ce cadre disciplinaire au cours des vingt dernières années : le programme « Recréer la Nature » lancé par le ministère chargé de l’environnement en 1993 (Chapuis et al., 2002), et plus récemment le programme interdisciplinaire de recherche Ingeco-Ingecotech cofinancé par le CNRS et l’IRSTEA pour la période 2007-2012 (Abbadie, 2010).

Ce deuxième programme a permis la naissance et/ou le soutien de trois réseaux nationaux autour de la restauration écologique (Réseau d’Echanges et de Valorisation en Ecologie de la Restauration, REVER), du génie biologique (Association Française de Génie Biologique pour le contrôle de l’érosion des sols, AGéBio) et de l’ingénierie écologique au sens large (Groupe d’Application de l’Ingénierie des Ecosystèmes, GAIE) qui ont déjà produit de nombreuses publications à destination des chercheurs et des praticiens de l’ingénierie écologique (voir les liens Internet et la bibliographie en fin d’article).

Mais qu’est-ce au juste que l’ingénierie écologique ? Une nouvelle discipline ? Un simple synonyme d’écologie, appliqué à un cadre disciplinaire nouveau ? Un ensemble de techniques appliquées à la restauration des habitats ?…

Qu’est-ce que l’ingénierie écologique ?

La dernière proposition de définition, actuellement en cours de validation sémantique, est celle de la Commission de terminologie du Ministère de l’écologie, qui définit l’ingénierie écologique comme « l’ensemble des connaissances scientifiques et des pratiques fondées sur les mécanismes écologiques et utilisables pour la gestion adaptative des ressources, la conception, la réalisation et le suivi d’aménagements ou d’équipements ». Le génie écologique est quant à lui défini par cette même Commission comme « les activités d’études et de suivi, de maitrise d’œuvre et de travaux favorisant la résilience des écosystèmes et s’appuyant sur les principes de l’ingénierie écologique ».

Photo 1. Restauration expérimentale de fonds de carrière sèche par transfert de plaques de la végétation steppique de référence dans la plaine de Crau. Il s’agit ici, par ingénierie écologique, de réaliser une véritable greffe d’écosystèmes. © Renaud Jaunatre.

Suivant cette définition, certains auteurs (Gosselin, 2008) préconisent même que l’ingénierie écologique soit à l’écologie scientifique ce que la médecine est à la biologie humaine… Ces dernières définitions ont l’avantage de bien séparer ce qui relève de la discipline scientifique, d’une part, des domaines de la pratique et de l’intervention, d’autre part. Auparavant, l’ingénierie écologique avait été cependant définie de façon beaucoup plus large comme « l’application des principes de l’écologie à la gestion de l’environnement » (American Ecological Engineering Society, 2010). En effet, notre planète traverse aujourd’hui une crise environnementale liée à l’influence prépondérante de l’homme sur la biosphère. Celui-ci est le principal acteur des changements globaux (climatiques et/ou d’usages), de la 6ème grande crise d’extinction de la biodiversité, de l’épuisement des ressources non renouvelables mais aussi du franchissement de seuils de transition catastrophique des écosystèmes (cf. Regard n°37), etc.

L’un des enjeux majeurs pour une gestion durable d’un monde « fini » est alors notamment le pilotage de dynamiques environnementales selon des trajectoires et vers des objectifs bien définis, notamment en termes de durabilité (Jones et al., 2008). Cela implique nécessairement une certaine maîtrise des processus du vivant à des niveaux d’intégration inhabituels (populations, communautés, écosystèmes, paysages).

Fig.1 : Articulation entre écologie ingénieriale, ingénierie écologique
et génie écologique (Freddy Rey, IRSTEA, inédit).

Ce travail de sémantique récent initié dans le cadre du plan d’action du Ministère de l’écologie pour la structuration d’une filière regroupant les professionnels de ce domaine était donc plus que nécessaire. En effet, historiquement, le terme d’ingénierie se rapporte à la conception, tandis que le terme de génie se rapporte plutôt à la construction : génie civil, génie militaire, génie industriel, etc. Cependant, l’ingénierie sous-entend aussi les capacités « … de prévoir, créer, organiser, diriger et contrôler des travaux sous tous leurs aspects et nécessitant un travail de synthèse et de coordination… ». L’ingénierie écologique ne serait-elle alors au fond qu’un oxymore car, peut-on réellement espérer dans l’état des connaissances scientifiques actuelles « prévoir, créer et organiser » des travaux pour gérer l’ensemble des interactions entre les êtres vivants et leurs milieux (définition basique de l’écologie) quels que soient les niveaux d’organisation du vivant et les échelles d’espaces et de temps concernées !

Devant cette difficulté, il serait plutôt opportun selon certains chercheurs de parler « d’écologie ingénieriale », qui serait une discipline scientifique articulée autour de la démarche d’ingénierie. Cette discipline serait alors intégrée dans un projet appliqué d’ingénierie (Gosselin 2011), un peu comme l’écologie de la restauration s’intègre aux opérations de restauration écologique des écosystèmes (Clewell & Aronson, 2013).

La science de référence restant l’écologie, ces deux disciplines seraient alors simplement des domaines d’application. Il faut cependant signaler que les domaines de définition de l’écologie de la restauration et de l’ingénierie écologique font encore aujourd’hui l’objet de débats (Mitsch, 2012).

Applications concrètes de l’ingénierie écologique

Très concrètement, l’ingénierie écologique peut alors se comprendre de deux manières. Au sens strict, c’est plutôt une manipulation in situ de systèmes écologiques dans un contexte éco-systémique explicite. Au sens large, l’ingénierie écologique désigne la gestion d’écosystèmes et la conception d’aménagements durables, adaptatifs, multifonctionnels, inspirés de ou basés sur les mécanismes qui gouvernent les systèmes écologiques. Les objectifs de l’ingénierie écologique peuvent donc se décliner en trois axes principaux (Dutoit, 2012) :

• réhabilitation/restauration d’écosystèmes dégradés, de communautés, de paysages ; éradication d’espèces invasives ou au contraire la réintroduction d’espèces (cf. Photo 1),
• création de nouveaux écosystèmes durables qui ont une valeur pour l’homme et pour la biosphère (cf. Photo 2),
• mise au point d’outils écologiques pour résoudre ou prévenir des problèmes de pollution, maintenir, rétablir ou favoriser la production de services écosystémiques (cf. Regard n°4).

Photo 2. Dispositif expérimental pour la création d’un couvert « écosystémisé » sur le toit du département Génie Biologique de l’IUT d’Avignon. Il s’agit ici de recréer un écosystème durable à partir de la reconstitution de communautés végétales pionnières des éboulis et substrats rocheux méditerranéens. © Carmen van Mechelem.

La restauration écologique constituerait donc bien, pour partie, un des axes de l’ingénierie écologique. Pour partie seulement, car toute restauration écologique n’est pas automatiquement basée sur « des pratiques fondées sur les mécanismes écologiques utilisables pour la gestion adaptative ». Au contraire, bien souvent les techniques de restauration font appel aux principes de l’ingénierie civile et aux techniques du génie civil largement basées sur des interventions lourdes (engins de travaux publics) fortement consommatrices de ressources non renouvelables (énergies fossiles) et émettrice de polluants (CO2, NOx) eux-mêmes, impliqués dans les changements climatiques globaux (effet de serre). Réside donc ici toute l’ambiguïté d’une restauration écologique dont les moyens d’actions sont non durables, accroissant de fait la crise environnementale planétaire (Dutoit et al. 2013, in press). Le même diagnostic pourrait être appliqué aux techniques d’ingénierie écologique basées sur l’utilisation du vivant (phytoremédiation) mais dont le mauvais pilotage pourrait avoir des conséquences graves sur la biodiversité (utilisation d’espèces potentiellement invasives, par exemple).

Il est donc clair que les définitions usuellement admises pour la restauration et l’ingénierie écologique gagneraient à systématiquement intégrer, non seulement des objectifs en faveur de la biodiversité (cf. Regard n°1), mais également celui d’une utilisation durable de cette même biodiversité dans des contextes où les processus écologiques (auto-organisation, homéostasie*) sont systématiquement privilégiés (cf. Photo 2 ci-dessus).

Une ingénierie écologique pour ou par le vivant ?

Photo 3 © Renaud Jaunatre

Quelle place donner alors au vivant dans ce type d’opérations ? Doit-il en effet être un moyen et/ou une fin ? S’opposent alors ici les visions centrées soit sur les humains soit sur les écosystèmes (dites respectivement anthropocentrée et écocentrée) qui orientent les actions de gestion de l’environnement et d’aménagement des territoires. Dans la première, les objectifs ne sont pas forcément écologiques mais peuvent être sociaux ou économiques. La relation avec l’ingénierie écologique relève des moyens utilisés, qui doivent alors être basés sur les principes de l’écologie (utilisation de la diversité fonctionnelle, d’espèces clés-de-voute* ou ingénieurs des écosystèmes*, etc.) (cf . Photo 3). Dans la deuxième, l’action est clairement centrée sur le vivant, mais encore faut-il définir précisément quelle place occupe l’homme dans la nature et quelle légitimité il a pour agir par rapport à des objectifs et des indicateurs de « bonne santé » des écosystèmes qu’il fixe lui-même.

Photo 3. Introduction dans le sol de fourmis moissonneuses (Messor barbarus), comme espèces ingénieurs de l’écosystème*, pour restaurer la composition et la structure de la végétation steppique de la plaine de Crau, dans le cadre de la réhabilitation d’un chantier de dépollution après une fuite d’hydrocarbures.

En effet, les états de la nature considérés comme « dégradés », restent toujours appréhendés par rapport aux connaissances scientifiques actuelles (mais toujours en évolution) et se limitent donc le plus souvent en la mesure de la perte d’une partie de la biodiversité (celle qui est identifiable) ou d’une partie des fonctions des écosystèmes (celles qui sont mesurables). Ces notions doivent donc être remises en perspectives par rapport à la capacité de résilience naturelle des systèmes vivants quel que soit leur niveau d’organisation (individus, populations, communautés, paysages…).

Fig.2 © Dutoit et al., in press

La plupart des écosystèmes dégradés issus de phases intensives non durables d’exploitation agricole ou industrielle sont ainsi aujourd’hui plutôt considérés comme des « écosystèmes nouveaux » (Hobbs et al., 2006) dont les trajectoires dynamiques sont multiples et pourraient, pour certaines d’entre-elles, conduire à des écosystèmes tout aussi intéressants que ceux qui préexistaient avant leur dégradation ou destruction par l’Homme (cf. Figure 2) car « la nature a du génie biologique à revendre depuis 4,5 milliards d’années, ayant surmonté cinq crises d’extinction et montré ses capacités de résistance et de résilience*» (Schnitzler & Génot, 2012).
Figure 2 : La restauration au sens strict doit piloter la structure et les fonctions de l’écosystème restauré correspondant à la trajectoire de l’écosystème de référence choisi au préalable, tandis que la résilience* naturelle peut conduire à différentes trajectoires (flèches en pointillées) en fonction de l’histoire et du contexte spatial au moment de l’arrêt de la dégradation de l’écosystème (© Dutoit et al., in press).

Comment orienter l’ingénierie écologique vers une « vraie » révolution verte ?

L’ingénierie écologique agit dans un champ scientifique et technique extrêmement diversifié, en évolution rapide, qui concerne une large gamme de problématiques relatives à l’environnement et au développement durable. Elle fait appel aux sciences et techniques de l’ingénieur mobilisées pour l’évaluation des ressources, pour la prévention des catastrophes naturelles et l’atténuation de leurs effets. Elle fait appel également aux modalités d’aménagement des territoires et d’organisation des activités économiques qui minimisent les impacts des humains (impacts anthropiques) sur l’environnement. Elle implique donc des démarches fondamentalement pluridisciplinaires et interdisciplinaires, qui abolissent les frontières traditionnelles entre les sciences de l’homme et de la société et les sciences de la nature, reliant également la recherche fondamentale à la recherche appliquée (Abbadie et al., 2011).

En effet, « la maîtrise de la complexité, nécessitée par la multiplicité des mécanismes qui sont à l’origine de la dynamique des systèmes écologiques, est un point clé du développement de l’ingénierie écologique. La recherche se doit de contribuer au renouvellement et à la validation des pratiques de cette discipline, elle seule peut permettre d’avancer vers un pilotage minimal de la complexité écologique et environnementale. L’ingénierie écologique constitue une occasion historique de valoriser les acquis français en écologie et sciences de l’environnement et de légitimer socialement un secteur scientifique qui invite à penser différemment le vivant et la place de l’humanité dans le monde. La recherche en ingénierie écologique est à même de fournir les connaissances nouvelles requises, de mobiliser et d’assembler les savoirs émanant de champs disciplinaires variés, de traduire les savoirs académiques en guides pour l’action, d’énoncer des principes généraux à partir des retours d’expériences, de mettre en synergie savoirs et pratiques » (Abbadie et al., 2011).

Ainsi, depuis 1975, le nombre de publications dans ce domaine a significativement augmenté (Barot et al., 2012), avec notamment le développement de la revue « Ecological Engineering qui joue un rôle majeur depuis le début des années 1990 dans la publication des articles dans ce domaine. Il faut cependant noter une prépondérance des articles en provenance des USA et de Chine autour des problématiques de traitements des eaux et de restauration des écosystèmes aquatiques.

En effet, si l’ingénierie écologique offre un cadre contextuel déjà significatif mais encore en devenir pour les applications, elle nécessite cependant encore de forts investissements dans le domaine fondamental. Si l’écosystème a été identifié comme le niveau d’organisation du vivant le plus pertinent et fonctionnel pour des applications vers l’ingénierie écologique, de nombreuses recherches sont cependant encore nécessaires dans les domaines de leur auto-organisation, des forçages externes auxquels ils sont soumis, ainsi que de leur résistance et de leur résilience*, qui toutes deux définissent leur stabilité. Ces recherches ne peuvent s’affranchir des cadres spatiaux et temporels (rétroactions) ou encore d’éventuels effets secondaires du pilotage programmé des écosystèmes (invasions biologiques, etc.).

Conclusion

L’augmentation de la demande sociétale en matière d’ingénierie écologique des écosystèmes interroge fortement la communauté des chercheurs en écologie sur leurs capacités à rendre applicables de nombreuses recherches menées dans des cadres expérimentaux bien précis. Une nécessaire alliance doit donc être mise en place entre ingénieurs et chercheurs pour rendre opérationnelles ces recherches aux échelles spatiales requises. Cependant, la crise économique et environnementale planétaire actuelle doit elle-même inciter les chercheurs et ingénieurs à intégrer beaucoup plus les notions de durabilité dans leurs méthodes d’intervention. Aux rythmes actuels de la consommation des ressources non renouvelables et de l’émission de polluants, elles-mêmes responsables de changements globaux, on peut en effet actuellement se poser la question du bien fondé de continuer à restaurer les écosystèmes à coup de bulldozer, même au nom de la biodiversité !

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Glossaire

• Espèce clé-de-voûte : Espèce influençant positivement l’ensemble de l’écosystème auquel elle appartient, par la nature des interactions qu’elle entretien avec les autres espèces de cet écosystème.
• Espèce ingénieure de l’écosystème : Espèce qui contrôle directement ou indirectement la disponibilité des ressources et qui les rend accessibles à d’autres espèces par des changements d’état abiotique et biotique.
• Homéostasie : Capacité d’un système dynamique complexe à maintenir constants les paramètres physicochimiques ou/et biologiques (dites constantes d’équilibre) qui le décrivent.
• Résilience d’un écosystème : Capacité d’un écosystème à se restaurer spontanément à la suite d’un épisode de perturbations.
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  Bibliographie

  Abbadie L., 2010. Bilan du programme interdisciplinaire de recherche « Ingénierie Ecologique » Ingeco 2007-2010. CNRS-INEE, Paris. 33p.

  Abbadie et coll., 2011. Manifeste, une ambition pour la recherche en ingénierie écologique. 2011. Le Courrier de la Nature 261 : 6-8

  Altieri M.A., 1989. Agro-ecology – A new research and development paradigm for word agriculture. Agriculture, Ecosystems, Environment 27: 37-46

  American Ecological Engineering Society, 2010. Mission, American Ecological Society. En ligne sur http://www.ecoeng.org/

  Barot S., Lata J.C. & Lacroix G., 2012. Meeting the relational challenge of ecological engineering within ecological sciences.
  Ecological Engineering 45 : 13-23.

  Chapuis, J.-L., Décamps, H., Barnaud, G., Barre, V., 2002, Programme national de recherche « Recréer la Nature ». Réhabilitation, restauration et création d’écosystèmes, Revue d’Écologie « La Terre et la Vie », supplément 9 : 261 p.

  Clewell A. & Aronson J., 2013. Ecological restoration : principles, values and structure of an emerging profession. Society for Ecological restoration, Island press, second edition, Washington, USA.

  Dutoit T., 2012. Espoirs et limites de l’ingénierie écologique. Le Courrier de la Nature 270 : 22-29.

  Dutoit T., Buisson E., Mesleard F, 2013. L’écologie de la restauration a 80 ans ! Espoirs et limites d’une discipline scientifique controversée. In Gauthier-Clerc M., Mesléard F & Blondel J. (ed.). « Ecologie de la conservation ». De Boeck éditions, Paris (sous presse).

  Gosselin F., 2008. Redefining ecological engineering to promote its integration with sustainable development and tighten its link with the whole of ecology. Ecological Engineering 32:199-205.

  Gosselin F., 2011. From ecological engineering: mainly though theory and concepts? Procedia Environmental Sciences 9: 60-63.

  Hobbs R.J., Arico S., Aronson J., Baron J.S., Bridgewater P., Cramer V.A., Epstein P.R., Ewel J.J., Klink C.A., Lugo A.E.

  Norton D., Ojiman D., Richardson D.M. Sanderson E.W., Valladares F., Vilà M., Zamora R., Zobel M. 2006. Novel ecosystems: theoretical and management aspects of the new ecological world order. Global Ecology and Biogeography 15 : 1–7

  Jones, C.G., Dajoz, I. & Abbadie, L. 2008. L’ingénierie écologique et l’impératif de durabilité. Pp. 138-139. In: Garnier, L. (ed.). Entre l’Homme et la nature, une démarche pour des relations durables. Réserves de biosphère – Notes techniques 3 – 2008, UNESCO, Paris.

  Marage D. 2011. Promoting ecological engineering for restoration of biodiversity in temperate forests. Procedia Environmental Sciences 9: 118-123.

  Mitsch W.J., 2012. What is ecological engineering? Ecological Engineering 45 :5-12

  Schnitzler A., Génot J.C., 2012. La France des friches : De la ruralité à la féralité. Editions Quae, Paris.

  Regards cités :

  Barbault R., 2010. La biodiversité, concept écologique et affaire planétaire. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°1, 10 septembre 2010.

  Kéfi S., 2012. Des écosystèmes sur le fil. Comment certains écosystèmes basculent d’un état à un autre. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°37, 19 octobre 2012.

  Teyssèdre A., 2010. Les services écosystémiques, notion clé pour comprendre et préserver le fonctionnement des (socio)écosystèmes. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°4, 25 octobre 2010.

  Sites Internet et dossiers en ligne :

  Sites de réseaux et associations français dans le domaine :

  Réseau d’échanges et de valorisation en écologie de la restauration (REVER) : http://www.reseau-rever.org

  Association française de génie biologique pour le contrôle de l’érosion des sols (AgéBio) : http://www.agebio.org/

  Groupe d’application de l’ingénierie des écosystèmes (Gaïé) : http://www.ingenierie-ecologique.org

  Sites de sociétés scientifiques internationales :

  Society for Ecological restoration: https://www.ser.org

  American Ecological Engineering Society: http://www.ecoeng.org

  Dossiers en ligne, en français :

  Dossier spécial du « Journal du CNRS » consacré à l’ingénierie écologique : http://www2.cnrs.fr/journal/4783.htm

  Page consacrée à l’ingénierie écologique au CNRS-INEE (INstitut Ecologie et Environnement) :
  http://www.cnrs.fr/inee/recherche/programmes/ingenierie-ecologique.htm

  Manifeste pour l’ingénierie écologique : http://www.cnrs.fr/inee/recherche/fichiers/Manifeste_ingenierie_ecologique.pdf

  Dossier spécial de la revue « Espaces Naturels » consacré à l’écologie de la restauration : http://www.espaces-naturels.info/articles_dossier/dossier29

  Sciences, Eaux et Territoires (IRSTEA), numéro spécial consacré à la restauration écologique : http://www.set-revue.fr/restauration-ecologique

  Dossiers en ligne, en anglais :

  Dossier spécial de « CNRS International Magazine » « Ingenious Ecological Engineering »: http://www2.cnrs.fr/en/2069.htm
  
  Numéro spécial de la revue Ecological Engineering “Ecological Engineering – Its Development, Applications and Challenges” : http://www.sciencedirect.com/science/journal/09258574/45

  Numéro spécial de la revue Procedia Environmental Sciences « Ecological Engineering: from Concepts to Applications » : http://www.sciencedirect.com/science/journal/18780296/9

  Regards sur des sujets voisins, en ligne sur cette plateforme :

  Barot S. et F. Dubs, 2010. Mieux comprendre et utiliser la diversité des organismes du sol. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°28, 17 février 2012.

  Burylo M. et R. Julliard, 2012. Regard critique sur la compensation écologique. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°36, 26 septembre 2012.

  Doré T., 2011. La biodiversité, atout pour l’agriculture. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°24, 22 novembre 2011.

  Faucon M.P., 2012. Trésor minéral et diversité végétale. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°32, 23 mai 2012.

  Mouquet N., I. Gounand et D. Gravel, 2010. Biodiversité et fonctionnement des écosystèmes. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°3, 28 octobre 2010.

  Papy F. et I. Goldringer, 2011. La biodiversité des champs. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°21, 22 septembre 2011.

  Prévot-Julliard A-C., J. Clavel et P. Teillac-Deschamps, 2011. Les quatre R de la conservation. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°14, 22 mars 2011.

  Quétier F., 2012. La compensation écologique. Regards et débats sur la biodiversité, SFE, Regard n°34, 3 juillet 2012.

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  Article édité par Anne Teyssèdre

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