Méthodologie d'évaluation hybride des interactions entre la biodiversité et les systèmes urbains : vers une synergie entre l'Analyse de Cycle de Vie, l'expertise écologie et la data science

Methodology to assess the interaction between biodiversity and urban system : toward a synergy of LCA, ecological expertise and data science

• Auteur / Autrice : Aline Brachet
• Direction : Nicoleta Schiopu, Philippe Clergeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie, aménagement et biodiversité en milieu urbain
• Date : Soutenance le 16/07/2020
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des sciences de la conservation (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-christine Gromaire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicoleta Schiopu, Philippe Clergeau, Marie-christine Gromaire, Guillaume Habert, Thierry Tatoni, Marion Bonhomme
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Habert, Thierry Tatoni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoconception

Analyse du cycle de vie

Empreinte écologique

Biodiversité urbaine

Mots clés libres

Bâtiment

Projet urbain

Biodiversité

Acv

Expertise écologique

Data science

Méthode hybride

Building

Urban project

Biodiversity

Lca

Ecological expertise

Data science

Hybrid method

Résumé

Face au 6ème phénomène d’extinction de masse, la préservation de la biodiversité a été placée au même rang que le changement climatique dans les priorités des politiques publiques (par ex. Plan Biodiversité adopté en 2018). À l’instar de la nécessité d’évaluer l’empreinte carbone des projets de construction (par ex. future Réglementation Environnementale pour les bâtiments neufs RE 2020), il apparait aujourd’hui nécessaire de se munir d’outils capables de mesurer l’empreinte biodiversité du cadre bâti. Cinq grandes pressions s’exercent sur la biodiversité : la perte d’habitats, le réchauffement climatique, les pollutions, la surexploitation des ressources et l’introduction d’espèces invasives. Ces pressions s’exercent sur la biodiversité, au niveau local (sur le site d’un projet de construction) et global (planétaire). Qu’elle soit considérée comme ordinaire ou reconnue comme menacée, la biodiversité dans son ensemble est affectée par ces pressions. Dans ce contexte, l’objectif scientifique de la thèse est de développer une méthodologie fiable et robuste d’évaluation des interactions entre les systèmes urbains et la biodiversité. L’objectif opérationnel est d’aboutir à des outils d’aide à la décision, qui permettent d’identifier les scénarios de construction les plus favorables à la biodiversité. Une méthodologie d’évaluation Hybride des Interactions BiOdiversité / système Urbain est proposée (méthodologie d’évaluation HIBOU). Elle est basée sur la synergie entre l’écologie, l’Analyse de Cycle de Vie (ACV) et la data science. Elle permet de prendre en compte les interactions entre les systèmes urbains et la biodiversité in-situ (locale) et ex-situ (globale), ainsi que les cinq pressions qui s’exercent sur la biodiversité. Le jeu d’échelle sous-jacent à la stratégie implique un développement de type gigogne des travaux (composant, bâtiment, parcelle, quartier, territoire). Les principaux développements méthodologiques concernent :- La prise en compte du cycle de vie des végétaux urbains dans l’évaluation : trois bases de données ont été structurées selon les critères nécessaires à la méthode hybride proposée : 1) Végétaux utilisés en ville, 2) Richesse Spécifique Floristique des Habitats en Ile de France, 3) Données environnementales pour les végétaux urbains ;- La prise en compte des spécificités du site d’implantation du projet : un modèle, une base de données et un outil de programmation permettent le calcul d’un indicateur d’utilisation des sols spécifique à l’Ile de France avec près de 900 combinaisons possibles de transformation des sols ;- La compatibilité de la méthode hybride avec les méthodes et outils promus par la réglementation : des modèles de régression linéaire et un outil de programmation permettent le calcul des impacts sur la biodiversité ex-situ à partir des sorties d’un logiciel d’évaluation environnementale conforme à la RE2020 (i.e. ÉLODIE)L’opérationnalité de la méthode pour l’identification des leviers d’action a été testée par application sur un cas d’étude réel, à l’échelle bâtiment, en Ile de France (projet EPA Marne). Des développements pour application de la méthode hybride aux échelles supérieures sont proposés à partir des outils traitant ces échelles comme le BIM/CIM (Building/City Information Modeling) et un logiciel d’évaluation à l’échelle du quartier basé sur la même approche que la RE2020 (i.e. UrbanPrint).

The ongoing 6th mass extinction event put biodiversity preservation on the same level as climate change in the list of public policy priorities (e.g. French Biodiversity Plan, 2018). The construction industry has already been asked to assess the carbon footprint of their new projects (e.g. future environmental regulations for new buildings, RE 2020). It has now also become necessary to have tools capable of measuring these projects’ impacts on biodiversity. One can list five major risks facing biodiversity: habitats loss, global warming, pollution, resources overexploitation and invasive species introduction. These risks can have local causes - on the construction site of a project – or global ones. Both common and endangered species are affected by these risks. In this context, the scientific goal of this Ph.D. is to develop a reliable and robust methodology to evaluate interactions between biodiversity and urban systems. The operational goal is to design tooling that will support with the identification of the most favorable scenarios of construction for biodiversity. We propose a hybrid methodology to evaluate the interaction between biodiversity and urban system. It is based on a combination of ecology, Life Cycle Assessment (LCA) and data science. It takes into account the interactions between urban systems and in-situ (local) or ex-situ (global) biodiversity, as well as the five risks it is facing. The multi-scale process underlying the strategy involves a vertical development of the method (component, building, plot, district, territory). The main methodological developments consider:- The urban plants’ life cycle: three data sets were structured according to the selected criteria for the proposed hybrid method: 1) Plants used in an urban setting, 2) Specific richness of floristic species for the habitats in the region Ile-de-France, 3) Environmental data for urban plants;- The construction project location specificities: a model, a database and a programming tool allow the calculation of a land use indicator, specific for the Ile-de-France region, with nearly 900 possible combinations of soil transformation;- The compatibility of the hybrid method with the methods and tools promoted by the regulatory bodies: linear regression models and a programming tool allow the calculation of ex-situ impacts from the outputs of environmental assessment software compatible with RE2020 (i.e. ELODIE)The method’s operability to identify the levers of action was tested on a real case study, on the scale of a building, in the Ile-de-France region (EPA Marne project). Developments for the hybrid method’s application to larger scales are proposed using specific tools suitable to each scale, such as BIM / CIM (Building / City Information Modeling) and a district scale evaluation software based on the RE2020 approach (ie UrbanPrint).