Chapitre I - Etat de l’art: Toitures végétalisées, services écosystémiques et Technosol
Partie 2 : Technosol : conception, propriétés et évolution
III. Fonctionnement et pédogénèse d’un Technosol
III.3. b. Facteurs abiotiques
Nature des matériaux
De par leurs caractéristiques physico-chimiques uniques (Rokia et al. 2014) en comparaison à un sol
naturel (Baumgartl 1998), les matériaux parentaux d’un Technosol, vont influencer la nature et la
cinétique des processus en son sein. La présence de certains minéraux carbonatés peut ainsi freiner son
évolution. Au contraire, l’hétérogénéité des matériaux parentaux ou du profil de sol, peut favoriser
certaines réactions et/ou leurs vitesses en augmentant par exemple leurs surfaces spécifiques. Le taux
de matières organiques est ainsi fortement lié à la stabilité des agrégats ou à la biodégradation (Chenu
et al. 2000; Grosbellet et al. 2011). Allant plus loin, Vidal-Beaudet et al. (2016), montrent l’impact du
type de matériel parental utilisé et plus particulièrement de la nature de la matière organique sur le
processus d’agrégation. Enfin, la vitesse d’écoulement d’un fluide au sein du sol a fait l’objet de
nombreuses études qui ont montré son importance vis-à-vis de la nature et la cinétique des processus
(Baumgartl 1998). Dans le cas de sols anthropisés, leurs valeurs de masses volumiques apparentes
importantes et/ou la présence de matériaux grossiers et/ou la présence d’un scellement en surface ou en
profondeur vont impacter les écoulements qui différeront par rapport à un sol naturel à la fois d’un point
de vue vertical et horizontal (Baumgartl 1998), remettant en cause l’utilisation de concept classique tel
que la Loi de Darcy concernant l’écoulement des fluides. Une vitesse de circulation d’eau rapide pourra
ainsi favoriser les réactions à cinétiques rapides, à l’inverse celle de sol scellé en surface pourra être
faible (Burghart et al., 2004 dans Séré, 2007).
Le temps
Comme nous l’avons déjà évoqué ci-dessus, à l’échelle des temps géologiques, les Technosols construits
se différencient très nettement du fait de leur jeune âge. Ce paramètre est essentiel car l’intensité des
processus de pédogénèse a été montré comme décroissant avec l’âge d’un sol (Sauer 2010; Egli et al.
2014) . En complément, il est essentiel de garder à l’esprit que les processus de pédogénèse peuvent être
hiérarchisés selon une échelle de temps dans un sol naturel (Séré 2007). Le faible temps d’études
aujourd’hui possédé concernant des sols construits où des Technosols en général, ne permet pas de
réaliser un tel classement au sein d’un Technosol, toutefois, sa transposition peut-être discutée.
Conclusion partielle - Chapitre I - partie 2
Si l’étude de Technosols construits est aujourd’hui en pleine expansion, aucune étude ne s’intéresse
pour le moment à leurs composition et évolution dans un objectif de production alimentaire. L’évolution
d’un Technosol, en particulier durant ses premières années, est déterminante pour en apprécier sa
fonctionnalité. Les connaissances acquises dans trois domaines : horticulture, science du sol – génie
pédologique – et toitures végétalisées peuvent servir dans l’étude de Technosols productifs.
Conclusion chapitre I
Le développement récent et important de l’agriculture urbaine et en particulier de l’une de ses formes :
les toitures productives, représente une opportunité intéressante pour générer de nouveaux services
écosystémiques en ville. Les toitures végétalisées sont aujourd’hui développées pour certains services
écosystémiques notamment ceux liés à l’isolation thermique du bâtiment et la captation d’eau de pluie.
Cependant d’autres services, comme développés dans cette synthèse de la littérature, pourraient aussi
être pris en compte. Ainsi les toitures végétalisées représentent un potentiel de recyclage de déchets
urbains largement inexploré et peuvent permettre la production de biomasse alimentaire. Les études
multi-services écosystémiques sont rares dans la littérature.
Cette synthèse de la bibliographie montre que le développement de toitures végétalisées productives
passe par la connaissance des services écosystémiques qu’elles peuvent rendre et qu’une approche
multi-service est indispensable. Les multi-services écosystémiques sont aujourd’hui l’un des outils majeurs, bien
qu’encore peu utilisé, de la transformation et la planification de nos villes (Gómez-Baggethun and
Barton 2013). Les espaces de productions en ville et plus particulièrement les toitures productives,
redeviennent à ce sujet un outil d’aménagement des villes. Toutefois, le manque de connaissances
concernant (i) les services et di-services écosystémiques rendus et (ii) les compromis pouvant être fait
au niveau de leurs conceptions pour optimiser certains services, limitent aujourd’hui ce développement.
Par ailleurs, étant donné l’importance des propriétés du sol dans la fourniture de ces services, c’est un
compartiment qui doit être particulièrement étudié. Si des Technosols sont créés à partir de matériaux
résiduaires, la question de leur évolution temporelle et donc celle de leurs propriétés et services
écosystémiques rendus, est posée. Par ailleurs, d’autres questions concernant l’inocuïté environmentale
ou la faisabilité réglémentaire de l’utilisation de certains résidus peuvent être soulevées.
Les toitures productives constituent un champ d’étude peu connu tant sur le plan fondamental
qu’appliqué. L’acquisition de connaissances nouvelles concernant la mise en place de sols à partir de
résidus urbains dans le cadre de toitures productives dont il est attendu des services écosystémiques
apparait comme nécessaire. Enfin, dans l’optique de construire des villes circulaire à haut niveau de
service écosystémique, le développement de telles toitures devient une réelle opportunité de recherche
pouvant ainsi orienter vers de meilleures pratiques.
Problématique de thèse
Ce travail de thèse ambitionne d’étudier des Technosols de toitures productives avec la contrainte de
n’utiliser pour leur composition que des déchets urbains selon trois objectifs principaux :
(i) évaluer leur fonction de production alimentaire,
(ii) évaluer les services écosystémiques rendus,
(iii) décrire et quantifier les premières étapes de pédogénèse.
Un quatrième objectif est d’évaluer la pertinence de l’implantation de tels systèmes en milieu urbain et
leur optimisation possible. Pour cela, les travaux s’appuieront sur trois dispositifs expérimentaux visant
à tester différents modèles de Technosols et type de résidus. L’ensemble de la démarche et des objets
d’études sont résumés au sein de la Figure 13.Celle-ci représentant le système étudié ainsi que les deux
grands axes d’études de la thèse : services écosystémiques et pédogénèse. Le champ d’étude des
chapitres y est également représenté.
Les objectifs de la thèse seront déclinés au travers de 10 questions de recherche réparties au sein des
chapitres IV, V et VI :
Chapitre III - Services écosystémiques
o Partie 1 – Services écosystémiques :
Question n°1: Quels sont les services et di-services écosystémiques rendus par un
Technosol productif ? Existe-t-il des compromis entre services ?
Question n°2: Comment se situent ces services par rapport à une toiture végétalisée non
productive ?
o Partie 2 - Approvisionnement alimentaire
Question n°3: Un Technosol construit uniquement à partir de résidus urbains organiques
permet-il une production alimentaire significative d’un point de vue quantitatif et
acceptable au plan qualitatif ?
Question n°4: Le niveau de production et la qualité des légumes sont-ils influencés par le
type de sol et/ou son évolution ?
Chapitre IV – Fertilité d’un Technosol
Question n°5: Comment évoluent les stocks de nutriments présents au sein du Technosol
Question n°6: La fertilité du Technosol uniquement constitué de déchets urbains est-elle
satisfaisante et le reste-t-elle après un an de culture ?
Chapitre V – Pédogénèse d’un Technosol :
Question n°7: Comment des Technosols formés à partir de matériaux riches en matière
organique évoluent-ils à court terme (1 an) ? Quels processus de pédogénèse peut-on
observer et quels sont leur importance relative?
Question n°8: Quel est le bilan C au sein du Technosol durant la première
année d’implantation?
Question n°9: Quel est l’impact des matériaux parentaux, des plantes cultivées et
d’ingénieurs du sol sur les premières étapes de pédogénèse ?
Chapitre VI – Discussion générale
- Général : Question n°10: Des Technosols productifs constitués uniquement de déchets urbains
sont-ils une voie de végétalisation productive durable ?
Figure 13 : Représentation schématique du champ d’étude des différents chapitres constitutifs des travaux de thèse
T
ec
hn
oso
l con
st
ru
it
Services écosystémiques
Production alimentaire Qualité Quantité Qualité QuantitéRétention des eaux pluviales
Stockage de C
Support de biodiversité
Isolation thermique du bâti
Îlot de chaleur urbain Recyclage de résidus urbains
…
Formation
Evolution
Temps T0
Temps T 1. Produits résiduaires urbains
2. Système low tech pour toiture intensive 3. Conduite en « agriculture biologique »
Pédogénèse
Biodégradation Tassement Agrégation Altération chimique Lessivage LixiviationChapitre III
Chapitre IV et V
Discussion et
perspectives
Chapitre II - Matériel et méthodes : Dispositifs
Dans le document
Des Technosols construits à partir de produits résiduaires urbains : services écosystémiques fournis et évolution
(Page 73-79)