La nature comme modèle pour un concept nouveau des toits verts écosystémisés

Nature as a template for a new concept of extensive green roofs

• Auteur / Autrice : Carmen Van Mechelen
• Direction : Thierry Dutoit, Martin Hermy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie
• Date : Soutenance le 10/03/2015
• Etablissement(s) : Avignon en cotutelle avec Katholieke Universiteit te Leuven (1970-....). MDRN
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 536 « Sciences et agrosciences » (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Méditerranéen de Biologie et d'Ecologie
• Jury : Président / Présidente : Andre Maes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martin Hermy, Andre Maes, Nathalie Machon, Nigel Dunnett, Dirk Raes, Bart Muys
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Machon, Nigel Dunnett

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diversité végétale

Plantes -- Analyse

Toits végétalisés

Mots clés libres

Toits verts

Biodiversité

Méditérranée

Caractéristiques des plantes

Plant traits

Mediterranean

Green roofs

Biodiversity

Résumé

Au cours de notre ère dite « Anthropocène » et caractérisée par l’urbanisation, la biodiversité est fortement contrainte. Il s’agit d’un problème important car elle est considérée comme le principal moteur du fonctionnement des écosystèmes et comme une source de services écosystémiques. Les toits verts sont un exemple de nouveaux écosystèmes au sein de l’environnement urbain. Ils constituent de nouveaux habitats et peuvent alors limiter la perte de biodiversité en ville. Ils offrent de plus d’autres services écosystémiques comme la régulation thermique, la gestion des eaux pluviales, ainsi qu’une certaine valeur esthétique. Dans cette thèse, nous mettrons notamment l’accent sur les toits verts dit "extensifs" (profondeur du substrat < 20 cm) car ils ont une gamme d'applications plus large et sont plus durables (car autonomes et nécessitant donc moins de maintenance).Dans l’Europe du Sud (région Méditerranéen), les performances des toits verts extensifs sont plutôt faibles, probablement à cause de l'effet des fortes températures et de la sécheresse estivale. On peut même s’attendre à une augmentation du niveau de stress des végétaux des toits verts à cause du changement climatique. La mise en place de systèmes d’irrigation pourrait alors aider en favorisant la croissance des plantes et leur survie. Cependant, cet aménagement est souvent perçu comme une option non soutenable car l'accès à l’eau est limité en région méditerranéenne. Au cours de la période estivale, la pénurie d’eau sera de plus encore plus grave du fait du changement climatique. Par conséquent, une augmentation du nombre de recherches menées sur ce sujet est nécessaire afin de sélectionner les espèces végétales les plus adaptées aux toits verts extensifs non irrigués. Il est également nécessaire d’adapter les éléments structurels des toits extensifs pour mieux répondre aux exigences de ces plantes. Pour les pays plus au nord, avec des climats plus froids (par exemple en climat tempéré maritime), les scénarios de changements climatiques prévoient également une augmentation des températures et des précipitations plus erratiques. Les entreprises de toits végétalisés dans ces régions bénéficieront donc également des résultats d’une telle recherche.L’objectif principal de cette thèse était d’élaborer et de tester un nouveau concept pour la réalisation de toits verts extensifs, comprenant notamment la sélection de la végétation et des éléments de structure (substrat). Le travail est basé sur l’hypothèse de « l’habitat modèle », qui énonce qu’il faut cibler les habitats naturels possédant des caractéristiques similaires aux toits verts extensifs afin de trouver des espèces végétales les plus appropriées. La biodiversité en région Méditerranéenne est très riche et il y a plusieurs habitats qui ressemblent plus au moins aux conditions des toits verts extensifs (sols calcaires et superficielles, drainage rapide, pauvreté en nutriments, fluctuations de température, vents forts). Notre hypothèse est alors qu’il serait possible de trouver des plantes possédant des potentiels pour être introduites sur des toits verts extensifs. Parce que la région Méditerranéenne est très étendue, le sud de la France a été sélectionné comme région d’études. Nous concluons que la végétation méditerranéenne peut être une source d'inspiration pour le développement et l’amélioration de la conception des toits verts extensifs, que ce soit pour le climat méditerranéen actuel ou pour d’autres climats sous l'effet futur des changements climatiques prévus. Un choix de plantes appropriées est alors essentiel, ainsi que la conception en termes de techniques d’irrigation durable, de profondeur et composition du substrat et aussi des possibilités de rétention de l’eau. De plus, il existe encore de nombreuses voies pour la réalisation de recherches supplémentaires qui contribueront à la mise en place de toits verts avec une biodiversité plus importante.

In an era of urbanization, biodiversity is under pressure more than ever. Biodiversity is considered a major driver of ecosystem functioning and the provision of ecosystem services. Green roofs, a prime example of urban novel ecosystems, offer habitats and can hence mitigate some biodiversity loss in cities. Apart from biodiversity, green roofs also offer other ecosystem services, such as thermal regulation, stormwater management, and aesthetic and amenity value. Here we focused on extensive green roofs (substrate depth < 20 cm) as these can be applied widely and are more durable (i.e. less maintenance, self-sustaining). In southern Europe (Mediterranean), the performance of (extensive) green roofs is rather low, probably due to the elevated temperatures and summer drought. One may expect that plant stress on green roofs will further increase as a result of climate change. Irrigation could help plant growth and survival. However, irrigation is often perceived as an unsustainable practice, as water is already a limiting factor in many regions and climate change will lead to an even more severe water scarcity during summer. Therefore, research is needed to select plant species suitable for Mediterranean (unirrigated) extensive green roofs, and to adapt green roof design to meet the requirements of the selected plant species. More northern countries with colder climates (e.g. temperate maritime climate) will also face higher temperatures and erratic precipitation events as a result of climate change. The green roof industries located in these regions will hence also benefit from the outcome of such research. The main goal of this thesis was to elaborate and test a new concept for extensive green roof design, comprising both plant selection and design elements. The work is based on the habitat template theory, which states that natural habitats with similar characteristics as extensive green roofs should be targeted when searching for suitable plant species. Mediterranean regions are a hotspot of biodiversity and contain many habitats that match to some extent the conditions on extensive green roofs (e.g. shallow, free draining, nutrient poor and calcareous soils, high temperature fluctuations, windy). We hence hypothesized that it would be possible to find potential plant species for use on extensive green roofs. Because of practical reasons we selected the southern part of France as study region. At the end of this thesis, we conclude that natural habitats in the Mediterranean region can definitely inspire us as a source for development and improvement of extensive green roof design, whether this is for the current Mediterranean climate itself or for other climates under predicted climate change. Appropriate vegetation choice is essential, as well as the design in terms of sustainable irrigation techniques, appropriate substrate depth and composition, and water retention possibilities. Finally suggestions for further research were made.