b. Facteurs abiotiques

Chapitre I - Etat de l’art: Toitures végétalisées, services écosystémiques et Technosol

Figure 13 : Représentation schématique du champ d’étude des différents chapitres constitutifs des travaux de thèse

Production alimentaire Qualité Quantité Qualité Quantité Rétention des eaux pluviales

Stockage de C

Support de biodiversité Isolation thermique du bâti

Îlot de chaleur urbain

Recyclage de résidus urbains

Temps T0

Temps T 1. Produits résiduaires urbains

2. Système low tech pour toiture intensive 3. Conduite en « agriculture biologique »

Biodégradation Tassement Agrégation Altération chimique Lessivage Lixiviation

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