Écologiser le génie civil pour innover dans la restauration des écosystèmes : le cas d'un chantier de réhabilitation d'une fuite d'hydrocarbures

La réserve naturelle des Coussouls-de-Crau, milieu steppique abritant des espèces uniques en Europe, mettra des centaines d'années pour se reconstituer après la rupture en 2009 d'une canalisation d’hydrocarbures sur le site. Cet article nous montre ici comment un dialogue permanent entre les différents acteurs a permis toutefois d'élaborer et de faire accepter des protocoles innovants de réhabilitation du site, dont la réalisation d’opérations d’ingénierie écologique originales qui n’auraient pas été mises en place sans l'existence de ce dialogue, les moyens financiers et l’urgence des interventions à mener

Restauration écologique d’une pelouse sèche méditerranéenne (La plaine de La Crau, Sud-Est de la France) : du génie civil au génie écologique

The main objective of the thesis was to experiment new techniques of ecological engineering to restore the soil and the vegetation of a mediterranean sub-steppe dry grassland, destroyed by an oil leak (plain of La Crau, Bouches-du-Rhône, France). After evacuation of the polluted soil in a specialized dump, soil was transferred in spring 2011, by direct translocation, at a 1:1 ratio and keeping or not of the vertical organization of the soil main layers. After three years of monitoring, we were able to highlight the importance of taking into account different components (soil, vegetation, myrmecofauna) of the ecosystem, and especially their interactions to better assess the future success of ecological restoration operations. We found that soil regeneration for physico-chemical and biological parameters, could be quick for some of them (carbon biodegradation, microbial biomass) but much slower for others (recovery of vertical exchanges between layers in the soil profile). Similarly, the regeneration of the steppe vegetation was reached in the short term (three years) concerning its species richness, its species diversity and its similarity of composition with the reference steppe, but at high economic and environmental costs (destruction of the donor site). Then, the harvester ant Messor barbarus was considered as a potential ecosystem engineer which can complement the undertaken restoration works by accelerating the redistribution of viable seeds. Indeed, our results showed that, by the construction of refuse piles, this ant allowed the reference ecosystem to locally concentrate some seeds and increase vegetation species richness, where the refuse piles were naturally destroyed during the winter. The monitoring of the natural recolonization of ants and a new experimental protocol of transfer of founding queens, from the reference ecosystem to the restored ecosystem, also showed, that when the habitat was not conducive for the natural recolonization of Messor barbarus, transplantation achieved excellent results in the survival rate of transferred ants. However, the monitoring will have to be pursued for several years to validate the positive role of ants on the restoration of the spatial structure of the steppe plant community.L’objectif principal de la thèse a été d’expérimenter de nouvelles techniques en ingénierie écologique afin de restaurer le sol et la végétation d'une pelouse sèche méditerranéenne sub-steppique, détruite suite à une fuite d'hydrocarbures (plaine de La Crau, Bouches-du-Rhône, France). Après évacuation des terres polluées en décharge, un transfert de sol a été réalisé au printemps 2011 en procédant à une translocation directe, selon un ratio 1/1 avec respect ou non de l’organisation verticale des principaux horizons du sol. Après trois années de suivis, nous avons pu mettre en évidence l’importance de prendre en considération différentes composantes (sol, végétation, myrmécofaune) de l'écosystème, et surtout leurs interactions, pour mieux évaluer à l'avenir la réussite d'opérations de restauration écologique. Ainsi, nous avons mesuré que la régénération du sol en ce qui concerne les paramètres physico-chimiques et biologiques pouvait être rapide pour certains d'entre eux, comme c’est le cas pour la biodégradation du carbone et de la biomasse bactérienne, mais beaucoup plus lente pour d'autres comme c’est le cas pour le rétablissement des échanges verticaux entre les horizons dans le profil de sol. De même, la régénération de la végétation steppique a été atteinte à très court terme (trois années) concernant sa richesse, sa diversité spécifique, et sa similarité de composition avec la steppe de référence mais au prix d'interventions de restauration à fort coût économique et environnemental (destruction du milieu donneur). C'est pourquoi, la fourmi moissonneuse Messor barbarus est apparue comme un ingénieur des écosystèmes potentiel pour compléter le travail entrepris en accélérant la redistribution des graines viables, et ainsi en restaurant la structuration de la végétation qui fait encore défaut. En effet, cette fourmi concentre localement certaines graines par la construction de dépotoirs aux entrées de leur nid et d’augmente la richesse spécifique de la végétation dans l’écosystème de référence lorsque les dépotoirs sont naturellement détruits au cours de l’hiver. Un suivi de la recolonisation naturelle des fourmis et une expérimentation originale de transfert de reines fondatrices, de l'écosystème de référence vers l'écosystème à restaurer, ont également montré, que lorsque l’habitat n’était pas favorable à la recolonisation naturelle de Messor barbarus, la transplantation permettait d'obtenir d’excellents résultats sur le taux de survie des fourmis transférées. Il sera cependant encore nécessaire de poursuivre ces suivis pendant quelques années pour valider in fine le rôle positif des fourmis vis-à-vis de la restauration de la structuration spatiale de la communauté végétale steppique

Restauration écologique d’une pelouse sèche méditerranéenne (La plaine de La Crau, Sud-Est de la France) : du génie civil au génie écologique

The main objective of the thesis was to experiment new techniques of ecological engineering to restore the soil and the vegetation of a mediterranean sub-steppe dry grassland, destroyed by an oil leak (plain of La Crau, Bouches-du-Rhône, France). After evacuation of the polluted soil in a specialized dump, soil was transferred in spring 2011, by direct translocation, at a 1:1 ratio and keeping or not of the vertical organization of the soil main layers. After three years of monitoring, we were able to highlight the importance of taking into account different components (soil, vegetation, myrmecofauna) of the ecosystem, and especially their interactions to better assess the future success of ecological restoration operations. We found that soil regeneration for physico-chemical and biological parameters, could be quick for some of them (carbon biodegradation, microbial biomass) but much slower for others (recovery of vertical exchanges between layers in the soil profile). Similarly, the regeneration of the steppe vegetation was reached in the short term (three years) concerning its species richness, its species diversity and its similarity of composition with the reference steppe, but at high economic and environmental costs (destruction of the donor site). Then, the harvester ant Messor barbarus was considered as a potential ecosystem engineer which can complement the undertaken restoration works by accelerating the redistribution of viable seeds. Indeed, our results showed that, by the construction of refuse piles, this ant allowed the reference ecosystem to locally concentrate some seeds and increase vegetation species richness, where the refuse piles were naturally destroyed during the winter. The monitoring of the natural recolonization of ants and a new experimental protocol of transfer of founding queens, from the reference ecosystem to the restored ecosystem, also showed, that when the habitat was not conducive for the natural recolonization of Messor barbarus, transplantation achieved excellent results in the survival rate of transferred ants. However, the monitoring will have to be pursued for several years to validate the positive role of ants on the restoration of the spatial structure of the steppe plant community.L’objectif principal de la thèse a été d’expérimenter de nouvelles techniques en ingénierie écologique afin de restaurer le sol et la végétation d'une pelouse sèche méditerranéenne sub-steppique, détruite suite à une fuite d'hydrocarbures (plaine de La Crau, Bouches-du-Rhône, France). Après évacuation des terres polluées en décharge, un transfert de sol a été réalisé au printemps 2011 en procédant à une translocation directe, selon un ratio 1/1 avec respect ou non de l’organisation verticale des principaux horizons du sol. Après trois années de suivis, nous avons pu mettre en évidence l’importance de prendre en considération différentes composantes (sol, végétation, myrmécofaune) de l'écosystème, et surtout leurs interactions, pour mieux évaluer à l'avenir la réussite d'opérations de restauration écologique. Ainsi, nous avons mesuré que la régénération du sol en ce qui concerne les paramètres physico-chimiques et biologiques pouvait être rapide pour certains d'entre eux, comme c’est le cas pour la biodégradation du carbone et de la biomasse bactérienne, mais beaucoup plus lente pour d'autres comme c’est le cas pour le rétablissement des échanges verticaux entre les horizons dans le profil de sol. De même, la régénération de la végétation steppique a été atteinte à très court terme (trois années) concernant sa richesse, sa diversité spécifique, et sa similarité de composition avec la steppe de référence mais au prix d'interventions de restauration à fort coût économique et environnemental (destruction du milieu donneur). C'est pourquoi, la fourmi moissonneuse Messor barbarus est apparue comme un ingénieur des écosystèmes potentiel pour compléter le travail entrepris en accélérant la redistribution des graines viables, et ainsi en restaurant la structuration de la végétation qui fait encore défaut. En effet, cette fourmi concentre localement certaines graines par la construction de dépotoirs aux entrées de leur nid et d’augmente la richesse spécifique de la végétation dans l’écosystème de référence lorsque les dépotoirs sont naturellement détruits au cours de l’hiver. Un suivi de la recolonisation naturelle des fourmis et une expérimentation originale de transfert de reines fondatrices, de l'écosystème de référence vers l'écosystème à restaurer, ont également montré, que lorsque l’habitat n’était pas favorable à la recolonisation naturelle de Messor barbarus, la transplantation permettait d'obtenir d’excellents résultats sur le taux de survie des fourmis transférées. Il sera cependant encore nécessaire de poursuivre ces suivis pendant quelques années pour valider in fine le rôle positif des fourmis vis-à-vis de la restauration de la structuration spatiale de la communauté végétale steppique

Restauration écologique d’une pelouse sèche méditerranéenne (La plaine de La Crau, Sud-Est de la France) : du génie civil au génie écologique

The main objective of the thesis was to experiment new techniques of ecological engineering to restore the soil and the vegetation of a mediterranean sub-steppe dry grassland, destroyed by an oil leak (plain of La Crau, Bouches-du-Rhône, France). After evacuation of the polluted soil in a specialized dump, soil was transferred in spring 2011, by direct translocation, at a 1:1 ratio and keeping or not of the vertical organization of the soil main layers. After three years of monitoring, we were able to highlight the importance of taking into account different components (soil, vegetation, myrmecofauna) of the ecosystem, and especially their interactions to better assess the future success of ecological restoration operations. We found that soil regeneration for physico-chemical and biological parameters, could be quick for some of them (carbon biodegradation, microbial biomass) but much slower for others (recovery of vertical exchanges between layers in the soil profile). Similarly, the regeneration of the steppe vegetation was reached in the short term (three years) concerning its species richness, its species diversity and its similarity of composition with the reference steppe, but at high economic and environmental costs (destruction of the donor site). Then, the harvester ant Messor barbarus was considered as a potential ecosystem engineer which can complement the undertaken restoration works by accelerating the redistribution of viable seeds. Indeed, our results showed that, by the construction of refuse piles, this ant allowed the reference ecosystem to locally concentrate some seeds and increase vegetation species richness, where the refuse piles were naturally destroyed during the winter. The monitoring of the natural recolonization of ants and a new experimental protocol of transfer of founding queens, from the reference ecosystem to the restored ecosystem, also showed, that when the habitat was not conducive for the natural recolonization of Messor barbarus, transplantation achieved excellent results in the survival rate of transferred ants. However, the monitoring will have to be pursued for several years to validate the positive role of ants on the restoration of the spatial structure of the steppe plant community.L’objectif principal de la thèse a été d’expérimenter de nouvelles techniques en ingénierie écologique afin de restaurer le sol et la végétation d'une pelouse sèche méditerranéenne sub-steppique, détruite suite à une fuite d'hydrocarbures (plaine de La Crau, Bouches-du-Rhône, France). Après évacuation des terres polluées en décharge, un transfert de sol a été réalisé au printemps 2011 en procédant à une translocation directe, selon un ratio 1/1 avec respect ou non de l’organisation verticale des principaux horizons du sol. Après trois années de suivis, nous avons pu mettre en évidence l’importance de prendre en considération différentes composantes (sol, végétation, myrmécofaune) de l'écosystème, et surtout leurs interactions, pour mieux évaluer à l'avenir la réussite d'opérations de restauration écologique. Ainsi, nous avons mesuré que la régénération du sol en ce qui concerne les paramètres physico-chimiques et biologiques pouvait être rapide pour certains d'entre eux, comme c’est le cas pour la biodégradation du carbone et de la biomasse bactérienne, mais beaucoup plus lente pour d'autres comme c’est le cas pour le rétablissement des échanges verticaux entre les horizons dans le profil de sol. De même, la régénération de la végétation steppique a été atteinte à très court terme (trois années) concernant sa richesse, sa diversité spécifique, et sa similarité de composition avec la steppe de référence mais au prix d'interventions de restauration à fort coût économique et environnemental (destruction du milieu donneur). C'est pourquoi, la fourmi moissonneuse Messor barbarus est apparue comme un ingénieur des écosystèmes potentiel pour compléter le travail entrepris en accélérant la redistribution des graines viables, et ainsi en restaurant la structuration de la végétation qui fait encore défaut. En effet, cette fourmi concentre localement certaines graines par la construction de dépotoirs aux entrées de leur nid et d’augmente la richesse spécifique de la végétation dans l’écosystème de référence lorsque les dépotoirs sont naturellement détruits au cours de l’hiver. Un suivi de la recolonisation naturelle des fourmis et une expérimentation originale de transfert de reines fondatrices, de l'écosystème de référence vers l'écosystème à restaurer, ont également montré, que lorsque l’habitat n’était pas favorable à la recolonisation naturelle de Messor barbarus, la transplantation permettait d'obtenir d’excellents résultats sur le taux de survie des fourmis transférées. Il sera cependant encore nécessaire de poursuivre ces suivis pendant quelques années pour valider in fine le rôle positif des fourmis vis-à-vis de la restauration de la structuration spatiale de la communauté végétale steppique

Refuse pile turnover by harvester ants (Hymenoptera: Formicidae) increases seed density and seedling species richness in dry grasslands

International audienceMessor barbarus (LINNAEUS, 1767) ants are Mediterranean region seed predators. However, transported seeds can be found rejected in refuse piles around their nests, making this ant a seed dispersal agent. This raises the following quesdons: Do refuse piles affect seed distribution? Do their small-scale seed composition, richness, and density in autumn and winter differ from those of areas without refuse piles? Are there differences in the vegetation found the following spring in refuse piles that have survived the winter or on sites where they have been destroyed, compared with control areas without refuse piles? In a Mediterranean steppe, we measured autumn and winter seed banks in a greenhouse, both in refuse piles and in controls. The following spring, in situ seedlings from refuse piles, from refuse piles artificially destroyed (sieved) in winter, and from controls without refuse piles were recorded. Seedling species richness and density were significantly higher in autumn in refuse piles than in controls. Nevertheless, no increased seedling contribution from the transient seed bank was detected in the winter refuse piles. The following spring, natural persistent refuse piles showed no seedlings. However, seedling species richness and density were significantly higher in places where refuse piles had been sieved before in winter. The construction of refuse piles by M. barbarus locally concentrates seed density and seed species richness; for the first time, a positive impact on seedlings is observed in places where refuse piles were sieved before winter and the potential bias of this methodology must be now compared with actions of natural agents (surface runoff) that destroyed refuse piles in winter

A comparison of different soil transfer strategies for restoring a Mediterranean steppe after a pipeline leak (La Crau plain, South-Eastern France)

International audienceAmong the techniques used for the restoration of terrestrial ecosystems, soil transfer has already produced encouraging results for re-establishing species-rich grassland plant communities. On August 7 2009, a serious oil pipeline leak occurred in the La Crau steppe in southeastern France. In 2010, more than 5 ha of steppe vegetation were then destroyed by the excavation, and removal of polluted soil. Restoration of the site was achieved by transferring 72 000 t of identical soil from a nearby quarry. Soil was applied in four treatments, each with a different degree of profile complexity. After three years (2011, 2012 and 2013), our results show that the replacement of the soil to include horizon similar to the reference steppe allows recovery of the vegetation in terms of composition, similarity and species richness of the steppe vegetation during this period. The ecological engineering guidelines aimed at limiting the transit time of the soil and the reconstitution of its vertical layer organisation resulted in the improved recovery of the vegetation without colonisation by non-target species. This system may further benefit from rein-troduction of traditional sheep grazing to promote sustainability following the restoration of the steppe vegetation

Reconstruction pédogénétique après transfert : impacts sur le sol et la végétation

International audienc

Soil transfer impacts restored soil profiles and hydrodynamic properties

International audienceNatural and semi-natural grasslands, particularly dry grasslands, are high-value biodiversity hotspots in Europe and major challenges for ecological conservation and restoration. Soil transfer has been used successfully to restore dry grassland ecosystems (soil and vegetation), but should only be applied as a last resort and where an undegraded ecosystem has previously independently been earmarked for destruction. Assessing overall restoration success means taking soil recovery into account as well as vegetation regeneration. In Mediterranean regions and under global warming, soil hydrodynamic properties are the most critical limiting factors for the restoration of dry ecosystems. This study analyses soil physico-chemical parameters and hydrodynamic properties in reconstructed soils after soil transfer following a petrol land spill. Six years after soil transfer and compared to the surrounding soil reference steppe, the horizons of the soil transfer treatments were significantly less colonised by plant roots and showed very few biological activities and earthworm galleries. Then, their porosity was also significantly lower. Hydrodynamic properties continue to differ significantly between the restored site and the surrounding reference steppe ecosystem. There is also less available soil water and water drains faster in all soil transfer treatments. This can be explained by significant higher finer grain size (clays, silt), chemical elements (N, P, K), and plant cover for soil transfer treatments but significant, lower levels of organic matterdue to mechanical soil compaction during soil spreading. The soil transfer treatment involving full reconstitution of the three main soil layers yields the most encouraging results. However, the question arises of whether long-term vegetation recovery might be compromised by soil hydrological dysfunction under global warming

Reconstruction pédogénétique après transfert: impacts sur le sol et la végétation

International audienc

A new transplantation protocol for harvester ant queens Messor barbarus (Hymenoptera: Formicidae) to improve the restoration of species-rich plant communities in the future

International audienceA new transplantation protocol for harvester ant queens Messor barbarus (Hymeno-ptera: Formicidae) to improve the restoration of species-rich plant communities Abstract We present a protocol for the transplantation of founding queens of the harvester ant Messor barbarus (LINNAEUS, 1767), monitoring their survival at six months, one year and 18 months. Once established, these ants are expected to have a positive impact on vegetation restoration via their ability to disperse seeds harvested by workers, thus accelerating the rehabilitation and restoration already undertaken using conventional civil engineering. The transplantations were performed on two sites currently undergoing ecological restoration, one previously degraded by intensive fruit growing (AOA) and the other destroyed by an industrial accident (OLA), and compared with natural colonisation on a reference steppe site. Founding-queen transplantation was also performed at the reference steppe site. We report here the first steps of the protocol, with results on transplantation success and on natural colonisation. Short-term rates of survival of the transplanted founding queens are encouraging: 15% at the AOA site (after one and a half years) and 35% at the OLA site (after one year). It will take a few years longer to assess any significant impact on composition, species richness and distribution of the different plant populations characteristic of the steppe. However, we demonstrate that the density of natural nests is significantly lower at the degraded site (AOA) than at the reference steppe. It also appears that natural recolonisation by Messor barbarus at the destroyed site (OLA) would be difficult without the creation of a favourable habitat. These two results attest to the value of transplantation operations and confirm our hypothesis that for successful establishment the suitability of host habitats for founding queens is a more limiting factor than dispersal during the nuptial flight