Smart sustainable cities of the new millennium : towards design for nature

Urban environments consist of a mosaic of natural fragments, planned and unintentional habitats hosting both introduced and spontaneous species. The latter group exploits abandoned and degraded urban niches which, in the case of plants, forms what is called the Third Landscape. In the Anthropocene, cities, open spaces and buildings must be planned and designed considering not only human needs but also those of other living organisms. The scientific approach of habitat sharing is defined as Reconciliation Ecology, whilst the action of implementing the ecosystem services and functioning of such anthropogenic habitats is called Urban Rehabilitation. However, urban development still represents the main cause of biodiversity loss worldwide. Yet, the approach of planners and landscape architects highly diverges from that of ecologists and scientists on how to perceive, define and design urban green and blue infrastructure. For instance, designers focus on the positive impact that Nature (generally associated with indoor and outdoor greeneries) has on human well-being, often neglecting ecosystems’ health. Instead, considering the negative impact of any form of development and to achieve the No Net Loss Aichi’s objectives, conservationists apply mitigation hierarchy policies to avoid or reduce the impact and to offset biodiversity. The rationale of this review paper is to set the fundamentals for a multidisciplinary design framework tackling the issue of biodiversity loss in the urban environment by design for Nature. The method focuses on the building/city/landscape scales and is enabled by emerging digital technologies, i.e. Geographic Information Systems, Building Information Modelling, ecological simulation and computational design

Integration of biodiversity in landscape planning : improve the application of the mitigation hierarchy with companion and ecological modelling

L’objectif d’absence de perte nette de biodiversité constitue l’une des ambitions centrales de la loi française de 2016 sur la Reconquête de la Biodiversité, de la Nature et des Paysages. Dans la pratique, l’atteinte de cet objectif implique souvent la mobilisation de la séquence Éviter – Réduire - Compenser (ERC) dans le cas d’atteintes environnementales qui résultent de l’aménagement du territoire. L’application efficace de la séquence ERC à l’échelle des territoires souffre d’un manque de planification qui limite la réelle prise en compte des enjeux écologiques et le respect de toutes les étapes de la séquence. Le principal objectif de ces travaux de thèse est d’étudier les contributions possibles de quatre outils écologiques – la génétique du paysage, l’ADN environnemental, la simulation numérique des dynamiques de populations et la télédétection – à l’amélioration de l’application de la séquence ERC. Pour répondre à cet objectif, ce travail de thèse est structuré autour de trois axes de recherche. Le premier axe est dédié à l’analyse fine des méthodes d’évaluation de l’équivalence écologique qui constitue l’étape clef du dimensionnement de la compensation écologique. Sur la base d’analyses de la construction des 10 principales méthodes utilisées à l’échelle internationale, nous mettons en évidence des compromis entre la prise en compte des composantes écologiques et leur opérationnalité. Nous analysons ensuite les bénéfices et les limites de l’intégration des outils dans ces méthodes pour améliorer la prise en compte des enjeux écologiques dans la compensation. Le deuxième axe vise à tester empiriquement la mobilisation de l’outil de simulation numérique pour améliorer l’application de la séquence, et notamment de la phase d’évitement. Sur la base du cas d’étude de la métropole de Nîmes, nous testons les apports de cet outil à la fois pour améliorer la prise en compte de la fonctionnalité écologique du territoire, et comme support à la co-construction des stratégies de planification. Appuyé sur les démarches participatives de scénarisation prospective dans le cadre d’un projet de territoire concret, ce travail a permis de révéler les véritables apports des outils de simulation numérique pour l’élaboration d’une stratégie d’évitement partagée, comprise et acceptée par tous les acteurs du territoire.Si les axes 1 et 2 montrent les apports des différents outils pour mieux prendre en compte les enjeux écologiques dans l’application de la séquence ERC, encore faut-il qu’ils soient mobilisés par les collectivités territoriales. Le chapitre 3 vise ainsi à mieux comprendre les freins et les leviers à l’utilisation de ces outils dans les stratégies politiques de planification territoriale en identifiant leurs déterminants. Basés sur une série d’enquêtes qualitatives menées auprès des élus de 7 agglomérations, nous avons identifié différents verrous, en particulier : la faiblesse de l’engagement de l’élu pour l’intégration de la biodiversité dans l’aménagement, la méconnaissance des enjeux règlementaires associés à la séquence ERC et le décalage entre connaissances des actions mises en œuvre pour la biodiversité et la réalité de leur mise en œuvre. Ces 3 verrous nous ont permis de proposer différentes pistes d’action pour améliorer l’intégration de la biodiversité dans l’aménagement du territoire, notamment la sensibilisation des élus aux enjeux de leur territoire et aux bénéfices de leur prise en compte planifiée ou la mise en place de formations sur les outils disponibles pour mieux appréhender et appliquer la séquence ERC.The objective of no net loss of biodiversity is one of the central ambitions of the 2016 French law on the Reconquest of Biodiversity, Nature and Landscapes. In practice, achieving this objective often involves the mobilization of the mitigation hierarchy to Avoid - Reduce - Compensate in the case of environmental damage that results from land use planning. The effective application of the mitigation hierarchy at the territorial level suffers from a lack of planning that limits the real consideration of ecological issues and the respect of all the steps of the sequence. The main objective of this thesis work is to study the possible contributions of three ecological tools - landscape genetics, environmental DNA and simulation of population dynamics - to the improvement of the application of the mitigation hierarchy. To meet this objective, this thesis is structured around three main research axes that constitute the three chapters of this manuscript. Chapter 1 is dedicated to a detailed analysis of the methods for evaluating ecological equivalence, which is the key step in the design of ecological compensation. Based on statistical analyses of the composition of the 10 main methods used internationally, we highlight the need to make trade-offs between the consideration of ecological components and their operationality. We then analyze the opportunities and limitations of integrating ecological tools into these methods to improve the consideration of ecological issues in compensation. Chapter 2 aims to empirically test the use of the simulation tool for the population dynamics of target species to improve the application of all stages of the hierarchy, and in particular the avoidance phase. Based on the case study of the Nîmes metropolis, we test the contributions of this tool both to improve the consideration of the ecological functionality of the territory, and as a support for the co-constr uction of territorial planning strategies with different stakeholders. Based on the participative approaches of prospective scenarios within the framework of a concrete territory project, this work has revealed the real contributions of digital simulation tools for the elaboration of a shared avoidance strategy, understood and accepted by all the actors of the territory. Chapters 1 and 2 show the contribution of ecological tools to better consideration of the ecological issues in territorial planning, but they still need to be mobilized by territorial authorities. Chapter 3 aims to better understand the obstacles and levers to the use of ecological tools in political strategies for territorial planning by identifying their determinants. Based on a series of qualitative surveys conducted with elected officials and technical services in seven urban areas, we have identified various obstacles, the main ones being: the lack of commitment to integrate biodiversity into planning, th e lack of knowledge of the regulatory issues associated with the mitigation hierarchy, and the gap between knowledge of the actions implemented for biodiversity and the actual implementation of these actions. These three obstacles have enabled us to suggest various courses of action to improve the integration of ecological issues in land-use planning. For example, raising the awareness of elected officials to the ecological issues of their territory and to their conservation for a better quality of life of its inhabitants appears central. Also, the implementation of training on the tools available to better understand and apply the mitigation hierarchy in all its complexity would improve the transfer of ecological knowledge to action

Planification de l'aménagement des territoires et intégration des enjeux écologiques : améliorer l'application de la séquence Éviter-Réduire-Compenser par la modélisation écologique participative

The objective of no net loss of biodiversity is one of the central ambitions of the 2016 French law on the Reconquest of Biodiversity, Nature and Landscapes. In practice, achieving this objective often involves the mobilization of the mitigation hierarchy to Avoid - Reduce - Compensate in the case of environmental damage that results from land use planning. The effective application of the mitigation hierarchy at the territorial level suffers from a lack of planning that limits the real consideration of ecological issues and the respect of all the steps of the sequence. The main objective of this thesis work is to study the possible contributions of three ecological tools - landscape genetics, environmental DNA and simulation of population dynamics - to the improvement of the application of the mitigation hierarchy. To meet this objective, this thesis is structured around three main research axes that constitute the three chapters of this manuscript. Chapter 1 is dedicated to a detailed analysis of the methods for evaluating ecological equivalence, which is the key step in the design of ecological compensation. Based on statistical analyses of the composition of the 10 main methods used internationally, we highlight the need to make trade-offs between the consideration of ecological components and their operationality. We then analyze the opportunities and limitations of integrating ecological tools into these methods to improve the consideration of ecological issues in compensation. Chapter 2 aims to empirically test the use of the simulation tool for the population dynamics of target species to improve the application of all stages of the hierarchy, and in particular the avoidance phase. Based on the case study of the Nîmes metropolis, we test the contributions of this tool both to improve the consideration of the ecological functionality of the territory, and as a support for the co-constr uction of territorial planning strategies with different stakeholders. Based on the participative approaches of prospective scenarios within the framework of a concrete territory project, this work has revealed the real contributions of digital simulation tools for the elaboration of a shared avoidance strategy, understood and accepted by all the actors of the territory. Chapters 1 and 2 show the contribution of ecological tools to better consideration of the ecological issues in territorial planning, but they still need to be mobilized by territorial authorities. Chapter 3 aims to better understand the obstacles and levers to the use of ecological tools in political strategies for territorial planning by identifying their determinants. Based on a series of qualitative surveys conducted with elected officials and technical services in seven urban areas, we have identified various obstacles, the main ones being: the lack of commitment to integrate biodiversity into planning, th e lack of knowledge of the regulatory issues associated with the mitigation hierarchy, and the gap between knowledge of the actions implemented for biodiversity and the actual implementation of these actions. These three obstacles have enabled us to suggest various courses of action to improve the integration of ecological issues in land-use planning. For example, raising the awareness of elected officials to the ecological issues of their territory and to their conservation for a better quality of life of its inhabitants appears central. Also, the implementation of training on the tools available to better understand and apply the mitigation hierarchy in all its complexity would improve the transfer of ecological knowledge to action.L’objectif d’absence de perte nette de biodiversité constitue l’une des ambitions centrales de la loi française de 2016 sur la Reconquête de la Biodiversité, de la Nature et des Paysages. Dans la pratique, l’atteinte de cet objectif implique souvent la mobilisation de la séquence Éviter – Réduire - Compenser (ERC) dans le cas d’atteintes environnementales qui résultent de l’aménagement du territoire. L’application efficace de la séquence ERC à l’échelle des territoires souffre d’un manque de planification qui limite la réelle prise en compte des enjeux écologiques et le respect de toutes les étapes de la séquence. Le principal objectif de ces travaux de thèse est d’étudier les contributions possibles de quatre outils écologiques – la génétique du paysage, l’ADN environnemental, la simulation numérique des dynamiques de populations et la télédétection – à l’amélioration de l’application de la séquence ERC. Pour répondre à cet objectif, ce travail de thèse est structuré autour de trois axes de recherche. Le premier axe est dédié à l’analyse fine des méthodes d’évaluation de l’équivalence écologique qui constitue l’étape clef du dimensionnement de la compensation écologique. Sur la base d’analyses de la construction des 10 principales méthodes utilisées à l’échelle internationale, nous mettons en évidence des compromis entre la prise en compte des composantes écologiques et leur opérationnalité. Nous analysons ensuite les bénéfices et les limites de l’intégration des outils dans ces méthodes pour améliorer la prise en compte des enjeux écologiques dans la compensation. Le deuxième axe vise à tester empiriquement la mobilisation de l’outil de simulation numérique pour améliorer l’application de la séquence, et notamment de la phase d’évitement. Sur la base du cas d’étude de la métropole de Nîmes, nous testons les apports de cet outil à la fois pour améliorer la prise en compte de la fonctionnalité écologique du territoire, et comme support à la co-construction des stratégies de planification. Appuyé sur les démarches participatives de scénarisation prospective dans le cadre d’un projet de territoire concret, ce travail a permis de révéler les véritables apports des outils de simulation numérique pour l’élaboration d’une stratégie d’évitement partagée, comprise et acceptée par tous les acteurs du territoire.Si les axes 1 et 2 montrent les apports des différents outils pour mieux prendre en compte les enjeux écologiques dans l’application de la séquence ERC, encore faut-il qu’ils soient mobilisés par les collectivités territoriales. Le chapitre 3 vise ainsi à mieux comprendre les freins et les leviers à l’utilisation de ces outils dans les stratégies politiques de planification territoriale en identifiant leurs déterminants. Basés sur une série d’enquêtes qualitatives menées auprès des élus de 7 agglomérations, nous avons identifié différents verrous, en particulier : la faiblesse de l’engagement de l’élu pour l’intégration de la biodiversité dans l’aménagement, la méconnaissance des enjeux règlementaires associés à la séquence ERC et le décalage entre connaissances des actions mises en œuvre pour la biodiversité et la réalité de leur mise en œuvre. Ces 3 verrous nous ont permis de proposer différentes pistes d’action pour améliorer l’intégration de la biodiversité dans l’aménagement du territoire, notamment la sensibilisation des élus aux enjeux de leur territoire et aux bénéfices de leur prise en compte planifiée ou la mise en place de formations sur les outils disponibles pour mieux appréhender et appliquer la séquence ERC

Planification de la séquence « Éviter-Réduire-Compenser » à l’échelle du paysage : quel apport de la modélisation des réseaux écologiques à la mise en œuvre des sites naturels de compensation ?

National audienceIn recent years, several teams of researchers have developed methodological frameworks and specific modeling tools to take into account the dynamic dimension of biodiversity in environmental assessments. Today, these developing approaches are still little used in France. However, as the authors of this paper illustrate, recent work has shown their interest and relevance in all phases of projects, from preliminary reflections to design, both at the scale of operations and that of territorial planning.Plusieurs équipes de chercheurs ont développé ces dernières années des cadres méthodologiques et des outils de modélisation spécifiques permettant de prendre en compte la dimension dynamique de la biodiversité dans les évaluations environnementales. Aujourd’hui, ces approches en développement sont encore peu utilisées en France. Cependant, comme l’illustrent les auteurs de cet article, de récents travaux ont montré leur intérêt et leur pertinence à toutes les phases des projets, des réflexions préliminaires à la conception, tant à l’échelle des opérations qu'à celle de la planification territoriale