L'utilisation de matériaux locaux, naturels et non transformés offre des solutions prometteuses de construction à faible impact environnemental. La grande variabilité spatiale de ces matériaux est cependant un obstacle à une utilisation à plus grande échelle. Les stratégies de construction développées par les anciens bâtisseurs ont été dictées par le climat local et la qualité ainsi que la quantité de matériaux de construction disponibles localement. Ces stratégies de construction peuvent être considérées comme une gestion optimisée des ressources locales, naturelles et variables et sont une source d'inspiration pour la construction durable moderne. Malheureusement, cette connaissance a été perdue dans les pays occidentaux au cours du 20ème siècle. La redécouverte des savoir-faire traditionnels requiert le développement de moyens rationnels d’analyse du patrimoine. Un autre problème concernant l'utilisation de matériaux de construction naturels et variables est leur conformité vis-à-vis de la réglementation du secteur du bâtiment. Le développement de procédures d’essais performantiels est proposé comme solution pour faciliter l'utilisation des techniques de construction en terre. Une approche multidisciplinaire est proposée, combinant micromorphologie, pédologie, géotechnique et étude du patrimoine pour analyser le bâti vernaculaire en terre. Cette approche fournit des outils complémentaires pour évaluer la source des matériaux de construction et identifier les caractéristiques géotechniques de la terre employées dans le patrimoine. Il fournit également une description détaillée des processus vernaculaires de construction. En utilisant ces résultats, il a été possible d'élaborer des cartes de ressources et d’estimer l’ordre de grandeur de la disponibilité des ressources à l'échelle d’une région. Deux procédures d’essais performantiels ont été proposées afin de tenir compte de la variabilité naturelle des terres dans le contexte réglementaire actuel. La construction en terre jouera un rôle important dans la construction durable du 21ème siècle si les acteurs du secteur adoptent des procédés de construction capables de répondre à la demande sociale, avec un faible impact environnemental et à un coût abordable. L'étude du patrimoine en terre a démontré la capacité des anciens bâtisseurs à innover afin de se conformer aux variations de la demande sociale et aux développements techniques. La construction en terre bénéficie d'un passé ancien et riche et il convient de tirer profit de ce retour d’expérience. L'analyse du patrimoine en terre et la redécouverte des techniques de construction vernaculaire est une source d'inspiration précieuse pour la construction contemporaine. La valorisation des connaissances vernaculaires permettra d’économiser du temps, de l'énergie et d'éviter de répéter les erreurs passées. L'avenir de la construction de la terre doit s’inscrire dans la continuité de la construction en terre vernaculaire. / The use of local, natural and unprocessed materials offers promising low impact building solutions. The wide spatial variability of these materials is, however, an obstacle to a large-scale use. The construction strategies developed by past builders were dictated by the local climate and the quality and the amount of locally available construction materials. These construction strategies can be regarded as an optimized management of local, natural and variable resources and are a source of inspiration for modern sustainable building. Unfortunately, this knowledge was lost in Western countries during the 20th century. Vernacular earth construction know-how rediscovering requires the development of rational built heritage investigation means. Another issue regarding the use of natural and variable building material is their compliance with modern building regulation. The development of performance based testing procedures is proposed as a solution to facilitate the use of earth as a building material. A multidisciplinary approach is proposed, combining micromorphology, pedology, geotechnics and heritage disciplines to study vernacular earth heritage. It provides complementary tools to assess pedological sources of construction material and geotechnical characteristics of earth employed in vernacular earth heritage. It also provides a detailed description of the construction process of vernacular earth heritage. Using these results, it was possible to draw resource maps and provide a scale of magnitude of resource availability at regional scale. Two performance based testing procedures were proposed in order to take into account the natural variability of earth in a modern building context. Earth construction will play an important role in the modern sustainable building of the 21st century if the actors of the sector adopt earth construction processes able to meet social demand, with low environmental impact and at an affordable cost. The study of earth heritage demonstrated the ability of historical earth builders to innovate in order to comply with social demand variations and technical developments. Earth construction benefits of an old and rich past and it would be a non-sense to leave this past behind. The analysis of earth heritage and the rediscovering of vernacular construction techniques is a valuable source of inspiration for modern earth construction. The valorisation of vernacular knowledge will save time, energy and avoid repeating past mistakes. The future of earth construction should be a continuation of past vernacular earth construction.

Modéliser le comportement des aquifères est primordial, notamment en Inde, où l'on observe une diminution drastique des niveaux piézométriques du fait des prélèvements intensifs de l'irrigation agricole. L'objectif de ce doctorat est de simuler la distribution spatiale de la percolation (infiltration profonde) à l'échelle du bassin versant. Ce travail, effectué dans le cadre du programme de coopération franco-indien initié par le BRGM, est appliqué au bassin versant de Maheshwaram, situé dans l'Etat de l'Andhra Pradesh. L'outil numérique choisi est le système de modélisation « POWER » (Planner Oriented Watershed modeling system for Environmental Responses) développé au sein du LTHE et en collaboration avec l'entreprise d'hydro-informatique Hydrowide. La première étape de l'étude consiste en un travail de terrain, visant à estimer in-situ les différents paramètres hydrodynamiques des sols (e.g., conductivité hydraulique à saturation, paramètres de rétention en eau), ainsi que les propriétés texturales des sols (e.g., granulométrie, épaisseurs des horizons du profil des sols). Afin d'extrapoler ensuite ces observations expérimentales à l'échelle spatiale de la modélisation, une procédure spécifique mariant la géologie, la pédologie, la physique du sol, l'information sur la topographie et la technique de la classification floue est développée. Les diverses propriétés de ces sols sont alors résumées dans la Carte des Sols, nécessaire au système de modélisation POWER. Les résultats numériques sont ensuite présentés. Le bassin versant est discrétisé en 3171 entités irrégulières selon la procédure-SIG spécifique de POWER, qui tient compte du MNT, de la carte des sols et de l'occupation des sols. Le modèle est calibré à l'aide de cinq profils d'humidité des sols mesurés localement avec une sonde à neutrons. La distribution spatiale de la percolation sur le bassin versant est enfin calculée au pas de temps journalier sur les années 2001 à 2003.

Les Hohokam et leurs descendants les Akimel O'Odham ont exploité et irrigué la basse vallée de la Salt et la moyenne vallée de la Gila dans le bassin semi-désertique de Phoenix en Arizona depuis presque deux millénaires. Leur histoire culturelle repose sur une interaction constante de ses membres avec une ressource rare, l'eau. Pour comprendre les dynamiques socio-environnementales, résultats de cette interaction sur la longue durée, nous avons adopté une approche géoarchéologique, chronologique et paléoenvironnementale des systèmes hydrauliques et des formations alluviales, approche affinée par les méthodes géophysiques et micromorphologiques. La reconstruction de l'agro et de l'hydrosystème met en relief un développement de l'irrigation autour de 300 apr. J.-C. lors de conditions environnementales stables mais sèches. De 300 à 1050 apr. J.-C. (période pré-Classique), l'agrosystème Hohokam est caractérisé par une irrigation efficace de la plaine alluviale et des basses terrasses, qui s'exhaussent puis se stabilisent entre 850 et 1000 apr. J.-C. (Petit Optimum Climatique Médiéval) Un épisode d'élargissement puis d'incision est enregistré entre 1050-1150 apr. J.-C. Malgré un entretien poussé des structures hydrauliques, l'organisation du territoire évolue. Les basses terres sont abandonnées, de nouveaux systèmes d'irrigation sont construits et les pratiques agraires se diversifient. L'exhaussement du lit est à nouveau attesté à partir du 13ème s. et le fonctionnement de l'irrigation est optimal entre 1150 et 1450 apr. J.-C. (période Classique). Le bassin de Phoenix est toutefois abandonné jusqu'au 17ème s. Cette déprise agraire est associée à une phase de stabilité du paysage, entre 1450 et 1600 apr. J.-C, puis par une reprise rapide de l'aggradation associée à une forte mobilité fluviale jusqu'en 1870 (Petit Age Glaciaire), date après laquelle le système s'incise à nouveau. L'agrosystème Akimel O'Odham fonctionne de façon optimale du 17ème jusqu'à l'arrivée massive des pionniers (circa 1870), après laquelle il évolue de façon presque irréversible (réduction de la superficie irrigable, coupe du bois, pratique de l'agriculture sèche). Ces résultats permettent d'aborder les modalités de la morphogénèse en contexte semi-aride mais également les concepts de rupture et de stabilité socio-environnementale. Nous réfutons l'hypothèse d'un déclin d'origine environnementale autour de 1450 apr. J.-C. Par contre, une crise environnementale autour de 1000-1150 apr. J.-C., associée à des conditions climatiques contraignantes (changements climatiques rapides avec épisodes El Niño) conduisant à des migrations massives et une surexploitation du territoire dans un milieu déjà fragilisé car trop spécialisé, pourrait être responsable du lent déclin de la communauté d'irrigation Hohokam, 200 à 300 ans plus tard. Le système socio-environnemental des Akimel O'Odham au 19ème s. semble reproduire le même schéma sur une échelle spatiale et temporelle plus réduite.

La fertilité des sols du volcan Mont Cameroun attire depuis des siècles une mosaïque de populations en cohabitation parfois difficile, dans un contexte de brassage culturel intense. Officiant comme autant d'archives vivantes des soubresauts de l'histoire, la mémoire pédologique enregistre et restitue la marque des usages, et par-là même celle des épisodes tragiques de l'occupation humaine. En retour, la mémoire sociale se fait l'écho des particularités du milieu, s'approprie ses originalités et adapte un système de représentations et de pratiques agraires diversifiées. Ces dernières sont commandées par la survie du groupe lorsqu'il s'agit des communautés paysannes mais aussi par les motivations financières de structures productivistes aux dimensions internationales. Les décennies passées, particulièrement riches en mutations sociales, ont donné lieu à une accélération de la chronologie événementielle dont les répercutions à l'échelle du sol sont lisibles. L'analogie de fonctionnement des mémoires sociale et pédologique, tant par leur similitude structurale que par le jeu de leurs interactions permanentes, constitue les fondements de ce travail. L'étude de certains indicateurs mémoriels permet de connaître de manière précise l'état de santé des sols comme celui des sociétés qui en vivent. Cette thèse contribue, à travers la mise en place d'une démarche pluridisciplinaire alliant l'ethnologie et la pédologie, à identifier les mécanismes de l'interaction entre les mémoires sociale et pédologique du Mont Cameroun.

Doctorat en philosophie et lettres / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Située dans la région de la rivière Biscarat au Nunavik, l'étude a été réalisée grâce à 18 profils de sols situés sous les sillons de polygones de toundra, un profil au géoradar, deux forages et les données climatiques d'une station automatique locale. Cinq phases de développement du réseau polygonal ont été reconstituées: 1. émersion et fissuration thermique initiale du sol (1041 ans cal. BP); 2. interruption de la fissuration et sédimentation localisée entre 900-700 cal. BP ; 3. réactivation de la fissuration entre 700-50 ans cal. BP ; 4. interruption de la fissuration (1900-1950); 5. fissuration sporadique (depuis 1960). Ces données permettent de mieux définir les conditions régissant l'activité des coins de glace actifs présents sous les sillons des réseaux dans une région climatiquement à la limite méridionale favorable du développement de ces formes. Malgré le réchauffement actuel, le climat demeure propice à une fissuration sporadique du réseau polygonal.

Le site routier expérimental de Beaver Creek (62º 20’ 20’’ N – 140º 50’ 10’’ O) est sis sur la moraine de Beaver Creek pré datant le Dernier Maximum Glaciaire. Dans un périmètre d’un kilomètre carré, son relief, sa végétation, son sol et sa cryostratigraphie ont été étudiés avec une perspective géosystémique, afin d’en détailler la catena et sa structure. Ensuite, la cryostratigraphie a été interprétée pour suggérer un modèle d’évolution du paysage. Enfin, les changements récents y ont été intégrés en vue d’actualiser la tendance évolutive du géosystème. Il ressort de cet ouvrage que la durabilité du pergélisol est fortement appuyée par la présence des milieux humides dans les replats. Quelques affleurements de la moraine sont toujours visibles, quoique faiblement exprimés. Ils contiennent peu de glace et leur teneur en matière organique est mince. Quant aux dépressions, elles sont peu profondes et étendues. Non seulement elles ont hérité des sédiments érodés des crêtes, mais elles ont aussi fixé une quantité importante de glace et de matière organique par le truchement d’un pergélisol syngénétique (>15 m) généré par le climat et protégé par l’écosystème. Au moins un évènement de thermo-érosion est survenu avant le dernier stade d’aggradation syngénétique (Holocène), mais il n’a été que partiel. L’actuel réchauffement climatique menace d’engager un autre épisode de dégradation à l’échelle du bassin versant. Contrairement au changement climatique, l’utilisation du territoire provoque déjà la dégradation du pergélisol, mais de manière localisée seulement. / The Beaver Creek Road Experimental Site (62º 20’ 20’’ N – 140º 50’ 10’’ O) sits on the Beaver Creek moraine. This landform was already evolving before the Last Glacial Maximum. In a single square kilometer perimeter, its topography, vegetation, soil and cryostratigraphy have been studied with a geosystemic perspective to detail its catena and related structure. Furthermore, the cryostratigraphy has been interpreted considering the literature to suggest a landscape evolution model. Recent changes at the site were integrated in the model to actualize the geosystem’s evolutive trend. This work has shown that the durability of the permafrost is strongly supported by the wetlands associated to flat lowlands. On the one hand, some moraine hillcrests are still slightly outcropping. There, the limited moisture inhibited the development of peat and intrasedimentary ice (<1 m). On the other hand, the depressions are quite flat and extended. They inherited not only of the crest’s eroded sediments, but they also fixed an important quantity of ice and organic matter (>15 m) by the mean of syngenetic permafrost aggradation driven by the climate and preserved by the ecosystem. At least one thermoerosion event occurred before the last syngenetic aggradation stage (Holocene), but was only a partial one. The ongoing global warming threatens to trigger another permafrost degradation stage on the drainage basin scale. On the field unit scale, the land use is already degrading the local ice-rich permafrost.

La restauration des fonctions des sols est une étape clé de la requalification des sites dégradés par les activités humaines. Ces opérations nécessitent de disposer de procédés de remise en état du couvert pédologique favorisant la résilience écologique. Ils génèrent de nouveaux sols dont il faut prévoir l’évolution. Notre objectif est de caractériser le fonctionnement et la pédogenèse de sols construits à l’aide d’un nouveau procédé fondé sur la formulation de déchets et sous-produits (terre industrielle traitée, sous-produit papetier, compost). Dans ce but, des colonnes en laboratoire ainsi que des parcelles lysimétriques in situ ont été mises en place. Des paramètres descriptifs des fonctionnalités et de la pédogenèse des sols construits ont été mesurés. Les résultats ont montré que les matériaux parents présentent des propriétés aptes à remplir des fonctions comme la fourniture d’éléments ou la rétention en eau. Les sols construits remplissent les rôles de support de végétation, d’échange/filtre et de support de la biodiversité comme des sols naturels. Les premiers stades de leur évolution pédogénétique se caractérisent par leur intensité, leur rapidité et leur caractère non habituel (e.g. dissolution conjointe de gypse et de calcite). La prospective sur l’évolution des sols construits démontre que, de Technosols, ils évoluent vers des types de sols analogues aux sols naturels. Ce cheminement nous conduit à proposer une évolution de la classification des sols très anthropisés sur des critères génétiques. Enfin, les bases de la modélisation de la pédogenèse des sols très anthropisés sont posées ainsi que celles d’un outil d’aide à la décision pour le génie pédologique / Human activities induce growing impacts on soils. This has produced derelict lands that need thorough reclamation to minimize their negative effect on the environment. A better knowledge and control of the evolution of highly anthropized soils is needed in order to achieve a sustainable management of these sites. This work emphasizes on both the development of a process of soil construction with wastes and by-products (paper sludge, treated industrial soil, compost) and the study of the functioning and pedogenic evolution of the constructed soils. The project relies on both in situ pilot scale application and lab-scale experiments. The characterization of the parent materials and their compounding highlighted their properties and their originalities compared to geological or pedological materials. The study of the functioning of constructed soils demonstrated that they could fulfil the soil basic functions. In this way, the process has been able to achieve the reclamation of the pedological cover and initiate the ecological resilience. The nature, the intensity and the kinetics of the pedogenic processes have been identified. It appeared that the reactions were very fast and that they sometimes strongly differ from the natural local pedo-climate (e.g. dissolution of gypsum, amorphous silica). We suggest that they will spontanuously evolve to analogous natural form of soils. Our results are confronted with the present classification of the Technosols and some propositions are made in favour of a more genetic-oriented way. Some thoughts about the modelling of the pedogenesis of very anthropized soils are proposed. At last, this work evocates the basis for the development of a decision tool for the pedo-engineering approach.

L’écologie de la restauration est une discipline scientifique qui a vu le jour il y a une quarantaine d’années pour tenter de compenser les impacts négatifs du développement des sociétés sur les écosystèmes. Aujourd’hui, suite à des méta-analyses planétaires révélant le succès relatif des opérations de restauration écologique, une nouvelle question émerge : faut-il restaurer activement ou laisser en libre évolution les écosystèmes dégradés ? C’est dans ce contexte que ce projet de thèse a eu lieu avec une démarche qui s’est voulue pluridisciplinaire et a porté sur l’étude de l’impact de carrières sur la steppe méditerranéenne de Crau (Bouches-du-Rhône, France). Deux cas ont été pris en compte, (i) d’anciennes carrières exploitées dans les années 1970 et abandonnées présentant une diversité de modalités d’exploitation ou de réaménagement et, (ii) une carrière encore en cours d’exploitation dont la législation oblige la remise en état. L’objectif est de mieux identifier les éventuels verrous scientifiques en matière de connaissances pour la restauration et mieux définir les attentes sociétales afin de proposer au final une stratégie générale destinée à servir à la gestion future de ces écosystèmes. Les recherches de cette thèse se sont basées sur deux grandes questions, réflexions : (1) Les opérations de restauration écologique mises en place permettent-elles de restaurer l’écosystème de référence (= ici l’écosystème préexistant) ? En comparant différents traitements de restauration sur le long terme (transfert de sol selon différentes modalités, dépôts de matériaux anthropogéniques, absence de réhabilitation), nous avons pu montrer que le transfert de sol reste une bonne méthode, surtout lorsque les caractéristiques initiales du sol sont respectées. Néanmoins, il ne compense toujours pas à moyen-terme (35 ans) la destruction de l'écosystème préexistant : le sol et la communauté végétale de la steppe de référence ne sont pas encore complètement rétablis. Une deuxième technique de mélange de sol lorsque le sol originel n’est plus disponible a également été testée, mais elle ne présente pas non plus un succès total de restauration à court terme (3 ans). Une deuxième question s’est donc posée en parallèle: (2) Sans restauration active, quelle est la valeur de la biodiversité générée par les activités humaines ? Et plus globalement, quelles natures voulons-nous ? Les carrières ont détruit l’écosystème steppique qui préexistait mais ont créé également de nouvelles conditions (pédologiques, de nouveaux habitats) qui soutiennent le fonctionnement et la connectivité d’espèces pionnières et abritent une importante biodiversité patrimoniale absente de l’écosystème d’origine. De plus, la comparaison entre les paysages de carrières et l’écosystème de référence auprès de différents acteurs territoriaux et du grand public a montré que les anciennes carrières sont perçues comme étant beaucoup plus naturelles que la steppe de référence et qu’elles sont également associées à une importante biodiversité. Ces résultats pourraient donc réorienter les choix de restauration ou de gestion, afin de choisir entre 1) ce qui est actuellement recommandé (une restauration active appliquée en fin d’exploitation avec l’écosystème historique en référence) et 2) une libre expression de la nature férale encore appelée restauration passive (avec ou pas réaffectation initiale ; i.e. où l’écosystème de référence est différent de l’écosystème préexistant). / Restoration ecology is a scientific discipline that has emerged forty years ago to try to compensate the negative impacts of society development on ecosystems. Today, following global meta-analyzes revealing the relative success of ecological restoration, a new question emerges: should we actively or passively restore degraded ecosystems? It is in this context that this thesis project took place with a multidisciplinary approach and focused on the study of quarrying impacts on the Mediterranean steppe of Crau (Bouches-du-Rhône, France). Two cases were taken into account: (i) old quarries operated in the 1970s and abandoned then, presenting a variety of exploitation types or rehabilitation modalities, and (ii) a quarry still in the process of exploitation, the legislation now requiring repairs. The aim is to better identify possible scientific obstacles in the field of knowledge for ecological restoration and better define societal expectations in order to finally propose a general strategy intended to serve the future management of these ecosystems. The research of this thesis was based on two major questions, reflections: (1) Do ecological restoration actions restore the reference ecosystem (= the pre-existing ecosystem)? By comparing different long-term restoration treatments (various types of soil transfers, anthropogenic deposits, lack of rehabilitation), we were able to show that soil transfer is still the best method, especially when the initial characteristics of the soil are respected. However, it still does not compensate in the medium term (35 years) for the destruction of the pre-existing ecosystem: the soil and the plant community of the reference steppe are not completely restored yet. A second soil mixing technique used when the original soil is no longer available has also been tested, but it is not very successful either in the short-term (3 years). A second question arose in parallel: (2) Without active restoration, what is the value of biodiversity generated by human activities? And more generally, what kind of nature do we want? Quarries have destroyed the pre-existing steppe ecosystem but have also created new conditions (soil, new habitats) that support the functioning and connectivity of pioneer species and shelter important heritage biodiversity that is absent from the pre-existing ecosystem. In addition, the comparison between the quarry landscapes and the reference ecosystem landscapes with different stakeholders and the general public has shown that the old quarries are perceived as being much more natural than the reference steppe and that they are also associated to an important biodiversity. These results could therefore reorient the choice of restoration or management, in order to choose between 1) what is currently recommended (active restoration applied after the end of quarry exploitation with the historical ecosystem as a reference) and 2) the free expression of feral nature also called passive restoration (with or without reclamation, i.e. where the reference ecosystem is different from the pre-existing ecosystem).

Ce travail traite d'une partie souvent oubliée de la ville, le sous-sol peu profond qui accueille les réseaux, les racines de la végétation, les déchets urbains, à travers le cas français, parisien en particulier. Dans une première partie, on met en exergue les dysfonctionnements actuels de la pédosphère urbaine : dégradations des réseaux, de la végétation, perturbation des nappes, etc. Dans la seconde partie, on recherche les racines historiques de la perte de connaissance sur le sol urbain en analysant les doctrines scientifiques et techniques qui se succèdent du XVIIIe au XXe siècles chez les médecins, géographes et ingénieurs. On montre comment les premiers ont analysé le rôle du sol dans l'épidémiologie urbaine au XVIIIe siècle puis ont perdu cette sensibilité dès la restauration en substituant la statistique à l'observation, avant de se tourner vers le milieu intérieur à la fin du XIXe siècle. Les géographes ont permis, malgré de nombreuses difficultés, la reconnaissance de la topographie urbaine en élaborant les outils cartographiques de représentation du relief, qui sont repris par les ingénieurs des Ponts et Chaussées auxquels est confiée au XIXe siècle la rectification de la ville. On insiste sur les difficultés que rencontrent ces derniers à saisir la nature du sol, qui se traduit par la mathématisation de la poussée des terres et l'empirisme dans les techniques de fondation. Les transformations de la ville, ébauchées sous le Premier Empire, entraînent dès la Monarchie de Juillet une série de dysfonctionnements dans la gestion du sol urbain : revêtement des rues, apparition du déchet liquide. Le sol industriel n'est plus considéré pour sa valeur artisanale ou son rôle délétère mais accueille parfois les eaux usées et est ravalé au rang de filtre. Si l'automobilisme permet l'accomplissement de la ville abiotique, on souligne le désintérêt des urbanistes, des hygiénistes (rarement médecins), des mécaniciens des sols du premier XXe siècle pour le milieu urbain. Un regain d'intérêt pour le sol urbain se manifeste dans l'Entre-deux-guerres, mais dans une nouvelle perspective, celle de l'urbanisme souterrain. Ces deux siècles et demi conduisent au chaos actuel du sous-sol et traduisent non seulement la complexité de l'industrialisation du sol mais aussi le désintérêt progressif de certaines disciplines scientifiques pour la ville dans laquelle elles ont vu le jour.