Le génie végétal sur les berges de cours d’eau : des
techniques aux multiples bénéfices
André Evette, Philippe Janssen, Guillaume Piton, Fanny Dommanget, Nadège
Popoff, Delphine Jaymond, Camille Guilloteau, Solange Leblois, Sébastien de
Danieli, Alain Recking, et al.
To cite this version:
André Evette, Philippe Janssen, Guillaume Piton, Fanny Dommanget, Nadège Popoff, et al.. Le génie
végétal sur les berges de cours d’eau : des techniques aux multiples bénéfices. Comprendre pour agir,
2022, pp.1-29. hal-04102067
HAL Id: hal-04102067
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Submitted on 31 May 2023
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Le génie végétal
sur les berges de cours d’eau : des techniques
Sommaire
André Evette, Guillaume Piton, Philippe
Janssen, Fanny Dommanget, Nadège Popoff,
Delphine Jaymond, Camille Guilloteau,
Solange Leblois, Sébastien De Danieli,
Alain Recking, Delphine Jung, Anne Vivier,
François-Marie Martin, Renaud Jaunatre,
Éléonore Mira, Marie Didier
N°48
I - Le génie végétal : définition
et objectifs
2 - Un apport certain du génie végétal
pour la biodiversité
aux
multiples bénéfices
Dans
les zones où la pression foncière est forte, l’espace disponible pour
les forêts riveraines (ripisylves) est souvent réduit, et les endiguements et
protections de berges associées sont fréquents. La place disponible pour la
préservation ou la restauration d’un espace de mobilité pour le cours d’eau est
ainsi souvent limitée. Des aménagements sont construits dans l’objectif de
protéger les enjeux humains (habitations, infrastructures…) des risques d’érosion
et d’inondation. D’une façon générale, les ouvrages de protection de berge sont
de trois types : les ouvrages de génie civil constitués de maçonneries en pierre
ou en béton, de gabions ou d’enrochements ; les ouvrages de génie végétal
constitués de végétaux vivants et qui utilisent les caractéristiques des plantes
pour protéger les berges contre l’érosion ; et les ouvrages mixtes qui associent
ces deux techniques.
Le génie végétal fait l’objet de multiples travaux de recherche depuis de
nombreuses années. Mais qu’est-ce que le génie végétal ? Quels sont les
avantages des ouvrages en génie végétal pour la biodiversité par rapport
à d’autres techniques ? Quelle est leur résistance mécanique ? Quelles
préconisations peut-on formuler en ce qui concerne leur entretien ? Cette
publication a pour objectif d’apporter des éléments de réponse à ces questions.
3 - Résistance mécanique et entretien
des ouvrages de génie végétal
© Sébastien De Danieli - INRAE
4 - Bibliographie
1 - Le génie végétal : définition et objectifs
Les berges de cours d’eau constituent des milieux
d’interface qui accueillent une grande biodiversité floristique et faunistique. Ces milieux remplissent également
un grand nombre de fonctions et services écologiques,
comme les fonctions de corridor biologique, la dépollution,
l'ombrage, les services récréatifs...
Il est important de laisser aux cours d’eau leur capacité
de divagation tant sur les plans hydrogéomorphologiques qu’écologiques. Pour leur bon fonctionnement, et notamment pour le maintien de leur
biodiversité et de leur capacité de transport solide, les
cours d’eau doivent rester libres de se déplacer sur les
plans verticaux et horizontaux. Toutefois, lorsque des
enjeux liés aux biens et aux personnes doivent être
protégés de l’érosion induite par les crues, il apparaît
nécessaire de stabiliser les berges.
« Les solutions fondées sur la nature sont des actions
visant à protéger, gérer de manière durable et restaurer
des écosystèmes naturels ou modifiés, pour relever
directement les enjeux de société de manière efficace
et adaptative tout en assurant le bien-être humain et
des avantages pour la biodiversité » (UICN, 2016). Les
techniques de génie végétal sur les berges de cours
d’eau font partie des solutions fondées sur la nature
(SFN) (Fernandes & Guiomar, 2018), en ce sens qu’elles
cherchent à reproduire des modèles naturels aux
bénéfices conjoints de la société et des écosystèmes.
Ainsi ces techniques contribuent à au moins 6 des 7
grands défis sociétaux relevés par les SFN (UICN, 2020).
Pour ce qui est du bien être humain, les techniques de
génie végétal protègent les biens et les personnes situés
à proximité de cours d’eau (Frossard & Evette, 2009),
notamment en empêchant l’érosion des berges (voir 3.
Résistance mécanique pour les ouvrages de génie
végétal) ; elles contribuent aussi à l’atténuation des
effets du changement climatique en étant moins gourmandes en énergies que les techniques de génie civil, en
créant des îlots de fraicheur et en stockant du carbone
(von der Thannen et al., 2017) ; de plus, le génie
végétal constitue une filière économique verte (Rey &
Labonne, 2015) et concourt donc au développement
socio-économique du territoire ; par ailleurs, les techniques
de génie végétal permettent le développement de
végétaux vivants en lieu et place de matériaux minéraux
(enrochements, béton) et la présence de végétation
contribue à la bonne santé humaine (Laïlle et al., 2013) ;
le génie végétal, par la recréation d’une ripisylve
fonctionnelle, va aussi agir en dépolluant l’eau
(Symmank et al., 2020). Enfin, le génie végétal va avoir
2
une action positive sur la qualité de l’environnement et
la biodiversité. Ces techniques vont en effet permettre
de restaurer une biodiversité proche de celles des berges
naturelles (voir 2.1. Biodiversité accueillie par les
différents types de berges aménagées), de restaurer la
continuité écologique des berges (voir 2.2. Le génie
végétal pour restaurer la continuité des berges), elles
peuvent également aider à soutenir des espèces en
danger (voir 2.3. Les protections de berge pour
contribuer à la conservation d’espèces menacées) ou à
contrôler les espèces exotiques envahissantes (voir 2.4.
Le génie végétal et les invasions biologique).
Si on s’intéresse ici aux berges de cours d’eau, les
principaux domaines d’utilisation du génie végétal
concernent plus largement la lutte contre l’érosion du
sol ou l’instabilité des talus, la réhabilitation d’un site
(écologique, paysagère…), la lutte contre les espèces
envahissantes ou même certaines protections contre les
risques naturels ou le bruit (Frossard & Evette, 2009).
Pour Schiechtl et Stern (1996), les techniques de génie
végétal assurent quatre fonctions principales : géotechnique, écologique, économique et esthétique. Le génie
végétal peut être défini plus spécifiquement comme
l’emploi d’herbes, arbustes, arbres et autres types de
végétation dans des ouvrages d’ingénierie construits
pour améliorer et protéger les talus et les berges des
problèmes liés à l’érosion et aux glissements superficiels
(Clark & Hellin, 1996; Schiechtl & Stern, 1996). Il s'agit
donc bien de solutions fondées sur la nature qui
s’appuient sur les structures et processus des systèmes
naturels (Fernandes & Guiomar, 2018). Au-delà des
structures, on cherche également à s’inspirer des
processus naturels en œuvre dans la recolonisation de
sites fortement perturbés en ré-initiant les successions
végétales. Le génie végétal est donc un outil pour passer
des filtres (ou seuils) abiotiques comme des pentes
fortes ou instables et/ou des processus érosifs et rétablir
les trajectoires successionnelles, généralement en
installant une végétation pionnière dont on favorise le
développement (Polster, 2016; Rey et al., 2019).
Pour certains auteurs un ouvrage ne rentre dans la
définition du génie végétal que si la végétation y assure
des fonctions structurelles (stabilité, ancrage), et qu’elle
n’intervient pas uniquement comme supplément
(verdissement) d’une structure qui se suffit à elle-même
sur le plan mécanique. Ainsi Schiechtl and Stern (1996)
stipulent que pour le génie biologique, les plantes et le
matériel végétal constituent des matériaux de
construction vivants en eux-mêmes ou en association
avec des matériaux inertes. De même, Bernard Lachat
indique que le génie végétal exploite non seulement
« comme modèle les capacités naturelles du végétal,
mais il utilise ce dernier comme matériel de base à la
construction d’ouvrages » (Lachat, 1994). Dans cet
esprit, un ouvrage ne peut être qualifié de génie
végétal que si les matériaux vivants sont utilisés comme
base de sa construction (Adam et al., 2008).
Les matériaux utilisés dans les ouvrages de génie
végétal sont ainsi principalement des végétaux vivants
(semences, boutures, plants…). En appui à ces matériaux
vivants, des matériaux inertes à base de matière
végétale (troncs, pieux en bois, géotextiles…) ou
minérale (enrochements, pieux métalliques, fils de fer…)
peuvent toutefois être utilisés. Les techniques de génie
végétal utilisant à la fois des matériaux végétal et
minéral sont appelées techniques mixtes.
© Sébastien De Danieli - INRAE
Certains auteurs différencient les techniques de
stabilisation « biotechniques » (biotechnical stabilization)
du génie biologique proprement dit (soil bioengineering)
(Gray & Sotir, 1996). Pour ces auteurs, les techniques
de stabilisation « biotechniques » combinent des
structures inertes (blocs, grillage...) et des végétaux
vivants sans que ces derniers n’assurent nécessairement
de rôle mécanique. Le génie biologique apparaît ainsi
comme un sous ensemble du domaine biotechnique
pour lequel les végétaux et leurs racines et tiges servent
comme éléments structurants de l’ouvrage, assurant un
vrai rôle mécanique.
Figure 1. Caisson végétalisé une dizaine d’années après sa réalisation.
Les matériaux inertes sont parfois installés pour assurer
la tenue de la berge en attendant que la végétation se
développe et prenne le relai de la protection de la berge,
comme c’est le cas pour les géotextiles biodégradables
ou dans une certaine mesure pour les caissons en bois
végétalisés (Fig. 1). Cependant, des matériaux inertes
peuvent également être utilisés en complément de la
végétation pour accroître la stabilité de la berge dans
des zones à trop fortes contraintes. Par exemple, en
rivière de montagne, des enrochements sont souvent
utilisés en pied de berge afin de compléter l’ouvrage en
génie végétal et ainsi augmenter la stabilité. Cette
pratique peut notamment se justifier par la présence
naturelle de blocs dans les berges de rivière de
montagne. Dans ces milieux à fortes contraintes, les
enrochements végétalisés correspondent en effet aux
modèles naturels de nombreux torrents à forte pente.
Les techniques d’enrochements végétalisés peuvent
alors être considérées comme des techniques de génie
végétal en ce sens qu’elles copient les modèles naturels
(Bonin et al., 2013; Evette et al., 2015).
S’agissant d’ouvrages vivants construits à l’interface
entre la terre et l’eau, développer des techniques
de génie végétal demande un savoir-faire particulier et
interdisciplinaire. En effet, travailler avec des végétaux
vivants exige de mobiliser des compétences en
botanique (connaître les espèces), en écologie (savoir
où et comment les utiliser) et en biologie (connaître
leurs caractéristiques). La conception de l’ouvrage
demande à prendre en compte les forces hydrauliques
en présence qui dépendent de l’hydrologie du cours
d’eau et de son transport solide. La prise en compte des
3
possibilités d’affouillement apparaît particulièrement
importante. La conception de l’ouvrage est également
un travail d’ingénierie où il faut connaître les matériaux
utilisés, les agencer sur les profils et plans et prescrire
les conditions techniques de leur mise en place. De
même, le compartiment sol occupe une dimension
supplémentaire à prendre en compte dans la mesure où
la stabilité des talus et le développement des plantes
demandent de respecter les règles géotechniques, et de
s’appuyer sur la pédologie et la géologie. Par ailleurs,
les travaux sur les berges de cours d’eau peuvent être
soumis à la loi sur l’eau. Enfin, les berges sont des lieux
de forte présence humaine et d’attachements
particuliers. La prise en compte des points de vue des
riverains et des usagers exige d’avoir une démarche
sociologique. Plutôt que d’avoir une vision dissociée de
chacune de ces disciplines, il est nécessaire qu’elles se
parlent et que la démarche soit intégrée, faisant
du développement d’un ouvrage de génie végétal une
démarche interdisciplinaire par essence (Fig. 2).
Sciences Biologiques
Physiologie végétale
Botanique
Écologie végétale
Sciences de l’eau
Sciences Sociales
Hydromorphologie
Sociologie
Hydraulique
Droit administratif
Droit de l’eau
Sciences des sols
Génie végétal
pour
la protection
des berges
Hydrologie
Sciences de l’ingénieur
Géologie
Connaissance des materiaux
Pédologie
Dessins techniques
Géotechnique
Ingénierie de la construction
Figure 2. Le génie végétal en rivière, une approche interdisciplinaire à la croisée des sciences biologiques, de l’eau, de l’ingénieur,
du sol… Modifié d’après Frossard, 2021.
4
BD GeniVeg, une base de données française sur le génie végétal
Depuis
Une visualisation cartographique de la base de données
est disponible en ligne (https://genibiodiv.irstea.fr/basede-donnees-des-ouvrages/). Cette carte dynamique
permet de voir rapidement les ouvrages recensés en
France métropolitaine et en Outre-mer. Chaque ouvrage
possède une fiche au format PDF décrivant ses
principales caractéristiques et présentant quelques
photos (avant, pendant et après la réalisation de
l’ouvrage) (Fig. 3).
L’ajout d’ouvrages à la cartographie aura lieu tout au
long du projet. Des communications techniques et
scientifiques sur ce projet ont eu lieu (Leblois et al.,
2021) et d’autres suivront au cours des prochaines
années.
© INRAE
2017, l'Institut national de recherche pour
l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE)
mène un projet de base de données recensant des
ouvrages comportant des techniques de génie végétal
en berge de cours d’eau. Ce projet, financé par l’Office
français de la biodiversité (OFB), a une double vocation :
communiquer largement afin de promouvoir le génie
végétal à l’aide de retours d’expérience et analyser un
grand nombre d’ouvrages afin de développer les
connaissances sur ce sujet et donc d’améliorer l’utilisation
des techniques de génie végétal (Jaymond et al., 2021).
Figure 3. Vue des ouvrages de la base de données et sélection d’un ouvrage donnant accès à une fiche de synthèse
en pdf (250 ouvrages disponibles en 2020).
5
2 - Un apport certain du génie végétal pour la biodiversité
2.1. Biodiversité accueillie par les différents types de berges aménagées
2.1.1. Partie terrestre de la berge
L’introduction active de végétaux pour stabiliser les
berges des cours d’eau a un effet direct et indirect sur
la biodiversité terrestre, en particulier sur les cortèges
de plantes vasculaires. En utilisant des espèces
indigènes, pionnières, appartenant souvent à la famille
des salicacées, le génie végétal permet d’accélérer la
recolonisation de la berge par des espèces nécessitant
des conditions environnementales spécifiques et ainsi
d’orienter la succession végétale vers les stades
post-pionniers (Tisserant et al. 2020). En augmentant le
couvert arbustif et arboré, le génie végétal augmente
l’ombrage et favorise l’installation d’espèces sciaphiles ;
en augmentant la biomasse végétale, le génie végétal
favorise les apports en matière organique dans le sol
et la constitution d’une litière tempérant les effets de
la sécheresse et formant un lit de germination pour
des espèces plus compétitives ; en augmentant les
ressources disponibles (l’inflorescence des Saules est
nectarifère) et les abris potentiels, le génie végétal
permet l’installation d’espèces auxiliaires (pollinisateurs)
et in fine l’accueil de cortèges d’espèces caractéristiques
des ripisylves (oiseaux, chauve-souris) (Newsholme,
1992; Tisserant et al., 2020). Concernant les oiseaux,
des tronçons aménagés avec des techniques de génie
végétal présentent une plus forte richesse spécifique
que des tronçons en enrochements. Il semblerait
également que les berges restaurées en génie végétal
abritent plus d’espèces végétales menacées (comme
l’Inule des fleuves) que les berges en enrochements
(Schmitt et al., 2018). Par ailleurs, l’utilisation d’espèces
souvent qualifiées d’ingénieurs de l’écosystème, comme
par exemple le Saule des vanniers (Salix viminalis), le
Saule pourpre (Salix purpurea) ou le Saule à trois
étamines (Salix triandra), permet de renforcer et/ou
d’initier un ensemble de dynamismes hydro-géomorphologiques par leurs interactions avec les régimes
sédimentaires et hydrauliques du site. Ces interactions
favorisent l’évolution des formes fluviales, en permettant des dépôts localisés de sédiments fins mais aussi
des graines des espèces hydrochores1 associées. Prises
dans leur ensemble, ces modifications physiques de
l’environnement favorisent une plus grande
hétérogénéité de conditions abiotiques, qui, via des
processus de facilitation et d’amélioration de la qualité
6
de l’habitat riverain, vont permettre la cooccurrence
d’un plus grand nombre d’espèces (Corenblit et al.,
2009; Gurnell et al., 2012). Plusieurs études ont ainsi
montré que, comparativement à des berges stabilisées
par des enrochements, les techniques de génie végétal
– caissons végétalisés, fascines – favorisaient une plus
grande diversité d’espèces de plantes et un recouvrement plus important du sol par la végétation, renforçant
par là même l’efficacité de l’ouvrage (Cavaillé et al.,
2015 ; Janssen, Cavaillé, Bray, et al., 2019) (Fig. 4). Aussi,
bien qu’encore peu d’études se soient penchées sur
l’intérêt du génie végétal pour la faune terrestre, il a été
montré que le développement de la végétation sur les
berges favorisait l’avifaune nicheuse, en augmentant la
mosaïque d'habitats favorables disponible pour ces
espèces, particulièrement dans les paysages très
artificialisés et monotones (Schmitt et al., 2018). Enfin,
non seulement le génie végétal favorise une plus grande
diversité d’espèces terrestres, mais il permet également
d’augmenter la complexité dans la composition des
assemblages de plantes. En comparant les trajectoires
des communautés végétales entre des ouvrages de
génie végétal et des ouvrages de génie civil sur plus de
10 années, il a ainsi été montré que les communautés
en place sur les enrochements étaient moins diversifiées,
accueillaient un couvert plus important d’espèces
invasives et tendaient à rester « bloquées » en
composition dans le temps. Inversement, les communautés
en place sur les ouvrages constitués de fascines étaient
plus diversifiées et changeaient en composition d’une
manière comparable avec les trajectoires successionnelles
observées en forêts alluviales, c’est-à-dire en favorisant
l’installation d’espèces compétitives et tolérantes à
l’ombre (Tisserant et al., 2020) (Fig. 4). Du point de vue
de la restauration écologique, le génie végétal peut
donc être vu comme une solution de compromis entre
la protection des berges contre l’érosion et le retour de
la biodiversité riveraine, permettant un renforcement
des capacités d'auto-organisation des écosystèmes
riverains et engageant les communautés végétales dans
une succession secondaire les rapprochant des structures naturelles.
1 - Diaspores hydrochores : partie végétale (graine, bouture, spore…) pouvant donner naissance à une plante et transportée par l’eau.
Figure 4. Comparativement à des berges
stabilisées par des techniques de génie civil
(enrochements), le génie végétal (fascines)
permet d’accueillir un plus grand nombre
d’espèces herbacées (A) et une densité plus
élevée de végétation (B). Le génie végétal
permet également d’initier au cours du temps
une dynamique successionnelle similaire à celle
trouvée théoriquement dans des conditions
naturelles, en favorisant des communautés
plus compétitives (C) et plus tolérantes à
l’ombre (sciaphiles, D). Enfin, comme illustré
pour l’analyse canonique en coordonnées
principales (E), la composition des communautés
végétales diverge fortement entre les deux
types d’ouvrages, avec pour les enrochements
des communautés plus similaires et stables
au cours du temps (la taille du symbole est
proportionnelle à l’âge de la structure).
Données issues de Janssen,Cavaillé et al.
(2019) et Tisserant et al. (2020).
7
2.1.2. Partie aquatique de la berge
pures favorisaient une plus grande diversité de microhabitats aquatiques mais aussi que ces habitats avaient
un potentiel d’habitabilité pour la faune aquatique plus
important (par exemple racines, litières, hydrophytes et
bryophytes) (Cavaillé et al., 2018; Sudduth & Meyer,
2006). Comparativement, les techniques de génie civil
et les techniques mixtes ayant recours aux enrochements
en pied de berge augmentent artificiellement la
représentativité d’habitats aquatiques à faible potentiel
biogène pour la faune aquatique (blocs, dalles) et vont
favoriser des dépôts en couches épaisses de
vases/limons/sables entre les blocs rocheux, diminuant
un peu plus encore le potentiel d’attractivité écologique
de la berge stabilisée. Dans ce sens, il a été montré que
la richesse et l’abondance des macroinvertébrés
benthiques et des poissons étaient supérieures au droit
des ouvrages réalisés avec des techniques de génie
végétal, comparativement à des ouvrages mixtes ou de
génie civil (Janssen, Cavaillé, Bray, et al., 2019; Pander et
al., 2017). La végétalisation des berges semble
également favoriser les populations piscicoles juvéniles.
© Sébastien De Danieli - INRAE
Au-delà de son intérêt plus visible pour la biodiversité
terrestre de la berge, le génie végétal peut aussi profiter
directement et indirectement à la biodiversité
aquatique. Ainsi, l’introduction active de végétaux
arbustifs et arborés pour stabiliser la berge va modifier
les conditions environnementales jusque dans la partie
immergée de la berge : en augmentant l’ombrage et
donc en tempérant les variations de la température de
l’eau, en augmentant et en diversifiant les apports
en matière organique (feuilles, débris ligneux) dans la
rivière au bénéfice des communautés de détritivores, en
développant un réseau dense de racines à l’interface
sol-eau et donc en diversifiant les conditions d’habitat
dans le cours d’eau (Fig. 5). Aussi, les interactions hydrogéo-morphologiques entre la végétation riveraine et la
charge solide vont favoriser les dépôts localisés de
sédiments, l’accumulation de matières organiques et de
nutriments, et la diversification des faciès d’écoulement.
Cela va créer in fine une plus grande hétérogénéité des
conditions d’habitat pour la faune aquatique et/ou pour
l’installation de plantes macrophytes. Plusieurs études
ont ainsi montré que les techniques de génie végétal
Figure 5. Réseaux de racines immergées, mises à l’air lors d’un étiage sévère.
De plus, en favorisant des apports réguliers de matière
organique dans le cours d’eau, la végétalisation des
berges favorise plus spécifiquement des groupes
d’espèces spécialisées, comme c’est le cas des
« broyeurs » et des « racleurs » chez les invertébrés. Le
génie végétal, s’il n’est pas associé à des enrochements
en pied de berge, permet ainsi de favoriser une plus
grande étendue de microsites et de conditions de
ressources, favorisant l’accueil d’un plus grand nombre
8
d’individus et d’une plus large diversité d’organismes
aquatiques. Cependant, contrairement à la biodiversité
terrestre qui bénéficie plus directement des efforts de
restauration locaux, le retour de la biodiversité
aquatique est soumis dans une large mesure au contrôle de paramètres régionaux (qualité de l’eau,
occupation et utilisation des terres environnantes, taille
du bassin versant amont), contraignant la colonisation
de la berge stabilisée. En particulier, il a été montré que
le succès des opérations de restauration visant à
améliorer la qualité des habitats aquatiques pour les
macroinvertébrés benthiques variait en fonction du
réservoir d’espèces disponible en amont et en aval, de la
qualité de l’habitat hydro-morphologique régional et de
la position du tronçon concerné au sein du réseau hydrographique (Janssen et al., 2021) (Fig. 6). Ces études et
d’autres suggèrent un bénéfice écologique plus important
des techniques de génie végétal pour la biodiversité
aquatique au niveau des berges des petits cours d’eau,
se trouvant dans un paysage avec une faible proportion
d’espaces urbains. Plus généralement, cela suggère que
les techniques d’ingénierie écologique ne peuvent pas à
elles seules contrecarrer les effets négatifs sur la
biodiversité aquatique d’une dégradation des conditions
environnementales à plus large échelle.
Figure 6. Bien que les ouvrages de génie civil (utilisant
des enrochements en pied de berge) présentent parfois
un nombre d’habitats aquatiques équivalent à celui des
ouvrages de génie végétal (caissons végétalisés et
fascines), la capacité d’accueil de ces habitats pour la
faune aquatique diverge fortement entre les deux types
de structure (A). Cette différence de qualité d’habitat
permet la cooccurrence d’un plus grand nombre
d’espèces de macroinvertébrés benthiques, notamment
d’espèces spécialisées, se nourrissant de matière
organique grossière (B). Les communautés de
macroinvertébrés sont en revanche fortement contrôlées
par des facteurs agissants à large échelle – qualité de
l’eau, composition du paysage environnant, forme et
taille du réseau hydrographique amont – rendant
nécessaire la contextualisation de l’ouvrage pour en
évaluer la plus-value écologique (C). Données issues
de Janssen, Cavaillé, Vivier, et al. (2019)
et Janssen et al. (2021).
9
Démarche de l’écoconception2 appliquée au génie végétal
Si le génie civil présente certains avantages sur le génie
végétal notamment en termes de résistance mécanique
maximale ou d’outils de dimensionnement, le génie
végétal présente aussi des atouts indéniables comme
une augmentation de la résistance avec le temps, des
capacités de déformation et d’adaptation, une matière
première généralement peu coûteuse et locale. Dans le
domaine environnemental, le génie végétal a des atouts
certains, avec généralement une moindre dépense
d’énergie fossile, une meilleure insertion paysagère, et
aussi l’accueil d’une plus grande biodiversité associée
au retour des fonctions écologiques de la ripisylve.
© André Evette - INRAE
Pourtant, le génie végétal peut également induire une
pollution du milieu qui peut être évitée en respectant
certaines recommandations. En effet, aux matériaux
végétaux vivants (plants, boutures et semences) et morts
(pieux, rondins, géotextiles), sont souvent associés
d’autres matériaux potentiellement impactant pour les
milieux. Les fils de fer sont souvent utilisés pour fixer les
fascines ou couches de branches à rejets aux pieux.
Outre le fer, ils contiennent souvent des métaux lourds
en vue d’empêcher leur oxydation, ces fils de fer vont
rester jusqu’à plusieurs décennies après la mise en place
de l’ouvrage. De même les agrafes en fer à béton
souvent utilisées pour fixer les géotextiles vont
également perdurer sur les anciens ouvrages et peuvent
ressortir du sol, c’est aussi parfois le cas pour les fers à
bétons utilisés pour solidariser les rondins des caissons.
Les fils de fer et agrafes vont rouiller et peuvent créer
des pièges pour la faune ou les hommes (Fig. 7)
Figure 7. Fils de fer et fer à bétons créant de potentiels pièges une vingtaine d’année après la construction d’un ouvrage.
Des matériaux plastiques sont également parfois utilisés
pour tenir le sol sur les berges de cours d’eau. Ils peuvent
être mélangés à des fibres végétales au sein de géotextiles,
ou être utilisés seuls ou avec un grillage, au sein de géosynthétiques comme les géo-grilles (Fig. 8). Une partie de
ces matériaux finira inévitablement dégradée dans les
milieux aquatiques, il va sans dire que la contamination
des cours d’eau par le plastique est à proscrire.
Pourtant d’autres solutions techniques existent, le fil de
fer peut ainsi être avantageusement remplacé par des
cordes en fibres végétales, les agrafes peuvent être en
bois, et il existe aujourd’hui une large gamme de
géotextiles en fibres végétales biodégradables (Fig. 9 et
10).
2 - Démarche responsable qui vise à délivrer des produits ou des services conçus en intégrant le souci de préserver l’environnement tout au long du cycle de vie.
10
© André Evette - INRAE
© Olivier Ziberlin - CFPPA Angers
Figure 8. Exemple d’utilisation de géo-grilles plastiques pour la stabilisation de berges de cours d’eau.
© Pierre Raymond - Terra Erosion Control
Figure 9. Exemple d’utilisation de corde de chanvre pour maintenir une couche de branches à rejet et de coco pour fixer une fascine.
Figure 10. Exemple d’agrafes bois
utilisées avec succès pour le maintien
du géotextile en fibres végétales
biodégradables.
11
2.2. Le génie végétal pour restaurer la fonction de corridor écologique des berges
Les corridors riverains fournissent un grand nombre de
fonctions et services écologiques d’importance et
notamment un rôle de corridor écologique. Les forêts
riveraines sont même les seules bandes de végétation
semi-naturelles qui subsistent dans de nombreux
paysages agricoles ou urbanisés. La fonction de
corridor assurée par les ripisylves apparaît centrale dans
le rôle de conservation de la biodiversité des rivières et
des milieux connexes. Ces corridors riverains servent
ainsi aux animaux terrestres à passer d’une tache
d’habitat favorable à une autre. Parallèlement et en lien
avec ces corridors boisés, des diaspores hydrochores
circulent en pied de berge, pendant que des animaux
terrestres progressent sur les berges et que le vent et les
oiseaux transportent des propagules par les airs. Le
cours d’eau constitue ainsi un trait d’union entre
l’amont et l’aval, mais peut constituer une frontière de
part et d’autre de ses rives (Naiman et al., 1993).
Toutefois, les travaux de restauration menés sur ces
milieux le sont souvent sans une bonne connaissance
de leurs structures et de leur fonctionnement,
notamment en ce qui concerne les fonctions de corridor
et leur connexion avec le paysage.
Des travaux récemment menés montrent cependant
que comparativement aux enrochements, les
techniques de génie végétal s’intègrent bien dans la
continuité structurelle de leur environnement riverain.
À l'inverse, les enrochements ont tendance à rompre
durablement la continuité structurelle des berges
(Martin et al., 2020).
Si ces premiers travaux renseignent sur l’importance du
génie végétal par rapport aux techniques de génie civil
pour renforcer la connectivité structurelle3 des berges
aménagées, un effort reste à faire pour comprendre
comment ces ouvrages peuvent contribuer de manière
effective au rétablissement de la circulation des espèces
(et donc de la connectivité fonctionnelle).
2.3. Le génie végétal et les invasions biologique
2.3.1 Le génie végétal pour prévenir les invasions
biologiques ?
Une espèce exotique envahissante est une espèce
introduite par l’homme en dehors de son aire de
répartition naturelle (volontairement ou fortuitement)
et dont l’implantation et la propagation menacent
les écosystèmes, les habitats ou les espèces indigènes
avec des conséquences écologiques et/ou économiques
et/ou sanitaires négatives, selon la définition
officielle adoptée par la France et l'Union européenne
(http://especes-exotiques-envahissantes.fr/definitions/).
Ces espèces peuvent constituer une menace pour la
biodiversité, poser des enjeux de santé publique ou
affecter les activités humaines. Les berges de cours
d’eau sont des milieux particulièrement concernés par
les invasions végétales. Dynamiques et soumises à de
fortes perturbations, elles font partie des milieux les plus
envahis à l’échelle du globe (Pyšek et al., 2010). Par
ailleurs, leur fonction de corridor favorisant les flux de
graines et de propagules participe à leur invasibilité.
Les ouvrages de génie écologique, en rétablissant une
continuité végétale dans les cordons rivulaires, soulèvent
alors la question de leur rôle dans la propagation des
espèces exotiques envahissantes. Cependant, des
études récentes ont montré que les ouvrages de
protection de berge mobilisant des techniques de génie
végétal hébergeaient un couvert moins dense d’espèces
12
3 - Connectivité relative à la continuité physique de l’habitat.
végétales exotiques envahissantes que des ouvrages de
génie civil. Il a ainsi été observé une moindre abondance
de plantes exotiques envahissantes sur les berges
aménagées en génie végétal ou en génie mixte que sur
celles aménagées en génie civil (Cavaillé et al., 2013;
Martin et al., 2020). La densité des plantes exotiques
envahissantes apparaît également moins importante sur
les ouvrages de génie végétal que sur les berges en
amont et en aval des ouvrages, alors que l’on observe
l’inverse pour le génie civil (Martin et al., 2020). Ainsi,
différentes études montrent une forte représentation
des espèces exotiques sur les enrochements par rapport
aux berges naturelles (Schmitt & Symmank, 2017;
Strayer David et al., 2016) ou en génie végétal (Schmitt
et al., 2018). Une autre étude menée au Québec
(Tisserant et al., 2020) montre que les espèces indigènes
spontanées sont significativement moins représentées
sur les berges aménagées en génie civil que sur les
autres types d’aménagements et leur présence tend à
augmenter avec la naturalité des berges.
Dans le compartiment aquatique, les enrochements
semblent proposer un habitat favorable à certains
poissons exotiques de la famille des Gobiidae (Borcherding
et al., 2011). À l’inverse, on trouve des études où des
mesures d’amélioration impliquant la présence de bois
mort bénéficient aux espèces natives (Schmitt et al.,
2018) et d’autres qui montrent un impact positif des
berges plus naturelles sur les espèces cibles pour la
conservation (Pander et al., 2017). Néanmoins, une
autre étude ne montre pas d’impact évident des
différents types d’aménagement sur les populations de
poissons allochtones (Schmitt & Symmank, 2017). En ce
qui concerne les macroinvertébrés, si on trouve un peu
plus d’espèces d’invertébrés benthiques autochtones
sur les berges végétalisées, il semblerait que leur
abondance et leur richesse dépendent plus du contexte
hydrologique et paysager que des conditions locales
(Janssen et al., 2021).
2.3.2 Le génie végétal pour contrôler les espèces
exotiques envahissantes ?
Ordinairement utilisé contre l’érosion des berges de
cours d’eau, le génie végétal peut également constituer
une solution intéressante pour contrôler les invasions
végétales. En effet, en rétablissant une pression de
compétition et en réintroduisant une certaine biodiversité,
les ouvrages de génie végétal permettent de limiter la
vigueur et le développement des plantes exotiques
indésirables. Les plantes exotiques envahissantes
possèdent souvent des caractéristiques physiologiques
leur permettant de profiter des opportunités offertes
par les perturbations qu’elles soient naturelles comme
les crues, ou anthropiques comme les remaniements de
berges. Ces perturbations augmentent la disponibilité
des ressources, par l’apport de nutriments, la mise à
nu des sols ou la réduction de la biomasse végétale
en place (Fig.11). Ainsi, les végétaux exotiques
envahissants à forte capacité de dispersion ou à fort
taux de croissance, comme les renouées asiatiques, vont
bénéficier de ces conditions favorables pour exprimer
leur potentiel compétitif et développer des populations
monospécifiques. Une fois installées, ces espèces seront
difficiles à contrôler.
Figure 11. Schéma illustrant le rôle des
perturbations dans la résistance à l’invasion
d’une berge de cours d’eau par une plante
exotique envahissante. Un milieu jusque-là
résistant à l’invasion (A) peut devenir sensible
à l’invasion (B, C ou D) par l’effet de deux
facteurs intimement liés aux perturbations :
l’augmentation du niveau de ressources
(A vers B) et la diminution de la préemption
des ressources par les espèces locales (A vers
C). Chacun de ces deux effets peut
individuellement diminuer la résistance à
l’invasion et/ou se combiner.
D’après Davis et al. 2000
Le génie végétal, en s’appuyant sur les mécanismes
écologiques régulant l’assemblage des communautés
(p.ex. compétition), peut contrôler l’établissement ou la
dominance de ces espèces végétales exotiques
envahissantes, par la restauration d’une communauté
végétale compétitive, réduisant l’accès aux ressources
des plantes exotiques indésirables. Les interventions
peuvent être soit préventives, soit curatives.
Dans le cas du Buddleia (Buddleja davidii Franch.),
arbuste originaire d’Asie, affectionnant les milieux
rudéraux et produisant une forte quantité de graines,
un semis précoce effectué à la suite d’un remaniement
du sol peut permettre de stopper l’établissement de
cette espèce. Un mélange d’espèces adaptées au
contexte local, semées précocement, peut alors, par
effet de priorité, limiter l’invasion de berges remaniées
par le Buddleia. Les espèces ainsi semées vont s’installer
13
et utiliser les ressources (eau, espace, nutriments,
lumière) préalablement au développement des plantules
de Buddleia, affectant leur survie et réduisant leur
développement (Dommanget et al., 2021).
Dans le cas des renouées asiatiques (Reynoutria spp.),
espèces affectionnant particulièrement les berges de
cours d’eau et pour lesquelles les praticiens trouvent
difficilement des solutions de gestion efficaces sur le
long terme, le contrôle de massifs existants peut
s’appuyer sur du bouturage et de la plantation
d’espèces ligneuses concurrentes. Associées à des
interventions de fauche régulières les premières années,
ces techniques permettent de restaurer un couvert
végétal compétitif limitant la lumière pour les renouées.
Sans viser l’éradication, la restauration d’un couvert
végétal filtrant la lumière disponible pour les renouées
asiatiques, permet de limiter leur dominance dans les
milieux riverains et par là-même, leurs impacts. Des tests
ont été réalisés avec succès dans le cadre d’expérimentations de recherche et de manière empirique par des
gestionnaires de cours d’eau, sous les conditions d’un
suivi rigoureux les premières années visant à faucher de
manière ciblée les tiges de renouées asiatiques
(Dommanget et al., 2015; Hoerbinger & Rauch, 2019).
Le choix des espèces concurrentes peut s’appuyer sur
les mécanismes écologiques de hiérarchie compétitive
ou de similarité limitante. Les espèces les plus efficaces
pour limiter la performance des espèces exotiques
ciblées doivent donc être choisies parmi celles capables
de préempter de manière la plus efficace les ressources
limitantes ou avoir un fonctionnement écologique au
plus proche de l’espèce envahissante, respectivement.
Ainsi pour les renouées asiatiques, des espèces à forte
vitesse de croissance ont toute leur chance de
développer rapidement un couvert filtrant la lumière,
limitant le développement de ces espèces envahissantes.
De même, des espèces disposant de capacités
allélopathiques (effet phytotoxique réduisant la
germination et la croissance des espèces végétales
voisines) comme le sureau yèble ou la bourdaine peuvent aussi constituer de bonnes candidates
(Dommanget et al., 2019; Rouifed et al., 2019).
Tous ces résultats constituent donc un argument
complémentaire pour utiliser les techniques de génie
végétal plutôt que l’enrochement, à savoir qu’ils
contribuent à un meilleur contrôle du développement
des espèces exotiques envahissantes et à un meilleur
développement des espèces indigènes.
2.4. Le génie végétal et les techniques mixtes pour contribuer à la conservation d’espèces menacées
La restauration des espèces à fort enjeu de conservation
passe d’abord par la restauration de leurs habitats.
Cependant, l’anthropisation massive des cours d’eau et
de leurs berges interdit souvent cette possibilité,
notamment en ce qui concerne les bancs alluviaux et
les espèces qui leur sont inféodées. Afin de maintenir
certaines de ces espèces au sein de ces milieux
anthropisés où les bancs sont réduits ou absents, des
essais ont été réalisés sur des techniques couplant génie
civil et végétation. Ainsi, l’artificialisation des berges de
cours d’eau à l’aide de techniques d’ingénierie et
notamment à l’aide d’enrochements crée parfois des
micro-habitats susceptibles d’abriter les espèces ciblées.
Des expérimentations in situ de techniques de
végétalisation d’enrochements ont ainsi pu être
développées (Evette et al., 2015), et des essais ont été
menés sur des espèces menacées à l’échelle Alpine :
Myricaria germanica (Evette et al., 2015; Lavaine et al.,
2011) et Typha minima (Popoff et al., 2021). Les résultats
ont notamment permis de développer des chantiers
expérimentaux d’installation de ces espèces dans des
ouvrages de protection de berge (Fig. 12).
14
Le projet « Isère Amont » (https://symbhi.fr/nos-territoires/le-gresivaudan/isere-amont/), visant principalement
à mener des travaux de confortement des digues de
l’Isère entre les communes de Pontcharra et Grenoble,
fut initié en 2004 par le Syndicat mixte des bassins
hydrauliques de l’Isère (SYMBHI). La réalisation des
travaux a impacté plusieurs espèces protégées dont la
petite massette (Typha minima Hoppe), une espèce
classée sur la liste rouge de la flore menacée en RhôneAlpes. Ces impacts ont donc fait l’objet de mesures
compensatoires dans le cadre d’une dérogation pour le
déplacement ou la destruction d’espèces protégées, afin
de restaurer les populations de petite massette initialement présentes avant les travaux. Les individus impactés
ont fait l’objet de mesures de transplantations dans la
zone d’emprise des chantiers. Plusieurs sites ont donc
été sélectionnés, dont des ouvrages de protection des
berges en enrochement et en technique mixte de génie
végétal (Fig. 13).
© André Evette - INRAE
Figure 12. Présence de Myricaria germanica dans une zone très perturbée sur un enrochement à l’aval d’un seuil plus de 4 ans
après leur mise en place.
En 2015, des populations de petite massette ont été
réintroduites sur trois types de berges le long de l’Isère :
des berges « naturelles » (défrichées et remaniées en
pente douce), une berge en enrochement et une berge
alliant enrochement et technique de génie végétal
(appelée technique mixte).
Cette expérimentation a permis de mettre en évidence
que la petite massette pouvait se maintenir et croître
(dans une moindre mesure) sur les enrochements et les
ouvrages de génie végétal qui peuvent donc servir de
refuge à cette espèce menacée (Fig. 13). On voit sur
cette figure, que si les plants de petite massette
transplantés se développent mieux sur les berges
naturelles, ils arrivent néanmoins à se maintenir sur des
enrochements ou des techniques mixtes associant
enrochements de pied de berge et génie végétal. Ceci
corrobore les observations faites sur le terrain,
d’apparitions spontanées de populations de petite massette sur des ouvrages de protection de berges similaires. Ce cas de figure ne concerne pas l'ensemble des
espèces inféodées aux bancs alluviaux. Le maintien de
ces habitats via le maintien de la dynamique naturelle
des cours d'eau reste la meilleure solution pour la
conservation de ces espèces.
Figure 13. Surface moyenne des populations transplantées de T. minima,
selon les différents types de berges
utilisés. Les barres d’erreurs sont des
erreurs standards, les lettres différentes correspondent à des différences significatives statistiquement.
15
à des travaux de transplantation. En dépit des
contraintes très fortes générées par les marées,
ces travaux ont permis le développement de cette
espèce protégée (Fig. 14).
© Biotec
Au début des années 2000, les berges de la Loire de l’île
de Nantes ont été restaurées en recréant des conditions
favorables au développement de l’Angélique des
estuaires (Angelica heterocarpa, J. Lloyd 1859) associée
Figure 14. Plantation des angéliques dans leur nouveau substrat après un séjour au jardin botanique de Nantes.
Dans le cadre du projet « Protéger », visant à promouvoir
et développer des techniques de génie végétal pour la
protection des berges en Guadeloupe, Lonchocarpus
roseus (Mill.) DC., fait partie des espèces à potentiel
pour le génie végétal étudiées. Cet arbre de la famille
des fabacées, strictement ripicole est en danger critique
d’extinction à l’échelle régionale (liste rouge UICN
2019). Les résultats d’expérimentations conduites ex situ
ont mis en évidence une compatibilité de l’utilisation de
cette espèce avec certaines techniques de génie végétal
et son intégration, sous forme de plantule, sur les
futurs chantiers permettront d’étendre son aire de
répartition aujourd’hui extrêmement restreinte.
16
Il est ainsi parfois possible d’associer aux autres fonctions de la berge restaurée (et notamment la fonction
de protection contre l’érosion), une fonction de conservation
vis-à-vis d’espèces protégées ou en régression. L’idée est
d’avoir une approche pragmatique de soutien de
populations en danger par l’utilisation de microhabitats adaptés dans un milieu fortement anthropisé.
Ce type d’approche innovante pose parfois des
problèmes d’acceptation sociale, et demande un travail
pédagogique particulier auprès des gestionnaires, des
concepteurs et des naturalistes.
Centre de ressource génie écologique et réseaux d’acteurs
Le
génie écologique permet, en tant que Solution
fondée sur la nature (SFN), la création de milieux
naturels, la restauration de milieux dégradés et
l’optimisation de fonctions assurées par les
écosystèmes. Il s'agit de l'ensemble des actions qui,
grâce à l'intervention humaine, contribue à « réparer »
certains écosystèmes et certaines fonctionnalités.
Préservation de la biodiversité, adaptation au changement climatique, prévention des risques naturels,
amélioration du cadre de vie : les projets de génie
écologique sont dits « multi-bénéfices ».
Le Centre de ressources génie écologique est un
dispositif multipartenarial et collaboratif visant l’accompagnement technique et la montée en compétences
des professionnels du génie écologique. Il est animé par
l’OFB et s’adresse à un panel varié d’acteurs de la
biodiversité : maîtres d’ouvrage, bureaux d'études,
entreprises de travaux, collectivités, services de l’État,
associations, instituts de recherche, etc.
Il s’appuie sur 3 moyens d’actions indissociables pour
mobiliser les acteurs : animation de réseaux (évaluation
des besoins, organisation d’événements techniques,
coordination de projets...) ; accompagnement
technique (conseil, formation...) ; production et mise à
disposition de ressources techniques et scientifiques
(méthodes et outils, retours d'expériences, agendas,
annuaires…).
À travers cet outil, tout acteur du génie écologique peut
participer ou s'inscrire aux journées d’échanges
techniques, et s’inscrire aux formations ; tout acteur
peut également proposer ou consulter des retours
d’expériences, de la documentation, et des événements
à venir sur le thème.
l’UPGE, Union professionnelle du génie écologique
participe au développement et à la structuration de la
filière génie écologique, http://www.genie-ecologique.fr/ ;
n
l’AFIE, Association française interprofessionnelle des
écologues a pour objectifs de promouvoir la profession
d’écologue et plus généralement le professionnalisme
en environnement et de favoriser la prise en compte des
lois de l’écologie dans l’aménagement du territoire et
la gestion des milieux naturels, https://afie-asso.fr/ ;
n
n le
réseau REVER, Réseau d’échanges et de valorisation
en écologie de la restauration, a pour but d’organiser
et de favoriser les relations entre gestionnaires,
praticiens, étudiants et scientifiques œuvrant dans les
domaines de l’écologie de la restauration et/ou de la
restauration écologique https://reseau-rever.fr/ ;
l’A-IGÉco est l’Association fédérative des acteurs de
l’ingénierie et du génie écologiques, elle promeut le
développement d’une ingénierie écologique et d’un
génie écologique de qualité technique et scientifique,
et fédère notamment les associations présentées
ci-dessus http://a-igeco.fr/.
n
À noter également les réseaux régionaux de gestionnaires
de milieux aquatiques regroupés au sein de « Réseaux
Rivières », https://reseauxrivieres.org/, et qui se rejoignent
autour d’un objectif commun : promouvoir une gestion
globale et durable des milieux aquatiques et de l’eau.
Ces acteurs du territoire sont incontournables dans
le domaine du génie végétal en rivière. Parmi eux,
l’Association Rivière Rhône Alpes Auvergne (ARRA²)
œuvre pour l’essor et l’amélioration des techniques de
génie végétal, https://www.arraa.org/.
L’ensemble des actions et productions du Centre
de ressources est mis en visibilité sur un site internet
dédié, accessible à tous les professionnels :
www.genieecologique.fr.
La filière du génie végétal s’est structurée ces dernières
années autour d’associations dédiées. Outre le Centre
de ressource Génie écologique décrit ci-dessus, les
professionnels se sont regroupés au sein d’associations
pour promouvoir et faire avancer ces techniques :
l’AGéBio, Association française pour le génie végétal, a
pour but de promouvoir l’utilisation des techniques de génie
biologique ou de génie végétal, https://www.agebio.org/ ;
n
17
3 - Résistance mécanique et entretien des ouvrages de génie végétal
3.1. Une résistance qui augmente avec le temps
Si la résistance des ouvrages de génie civil est maximale
lors de leur mise en place, il en va tout autrement de
celle des ouvrages de génie végétal dont la résistance
est minimale lors de leur installation, et augmente
graduellement grâce au développement des végétaux
(Fig. 15). Le développement des végétaux va ainsi
contribuer au renforcement de la stabilité de la berge
par le développement des systèmes racinaires qui vont
maintenir le sol, et par les parties aériennes qui vont
freiner le courant à proximité du sol (effet peigne) et/ou
se coucher contre la berge et protéger celle-ci (effet
tapis). Ce développement est très rapide lors de la
seconde saison de végétation durant laquelle les
biomasses aériennes et racinaires des saules peuvent
augmenter respectivement jusqu’à 10 et à 20 fois
(Lavaine, 2013).
Figure 15. Schéma illustrant la
résistance mécanique des ouvrages au
cours du temps. La résistance des
ouvrages de génie civil diminue au
cours du temps, celle du génie végétal
augmente très fortement les premières
années.
Il est important de savoir qu’un ouvrage de génie
végétal ne cède pas à cause des forces exercées par le
courant sur la partie aérienne (tronc, tiges et feuilles). En
effet celles-ci ne sont pas assez puissantes pour arracher
les plantes dès lors qu’elles ont pu développer leur
système racinaire. En fait, un ouvrage de génie végétal
cède généralement suite à l’érosion du substrat en lien
avec les parties racinaires des plantes, sous l’effet des
circulations d’eau.
3.2. Enseignements des modèles réduits en canal
Dans la conception des ouvrages de protection de berge
en génie végétal, les critères de conceptions d’ordre
hydraulique se limitent généralement à un calcul de la
force tractrice τ=ρgRj (N/m²). Cette contrainte est le
produit du poids volumique de l’eau ρg=9810 N/m3, par
le rayon hydraulique R (m) (qui correspond approximativement à la hauteur d’eau moyenne) et par la pente j
(m/m). La force tractrice se calcule donc en un point
précis du cours d’eau et pour une crue donnée. Elle
18
peut ensuite être comparée à des valeurs de résistance
d’ouvrages issues de la littérature (voir par exemple les
tableaux fournis par Lachat [1994], guide Geni’Alp
2013 [http://ouvrage.geni-alp.org/], et Leblois et al.
[2016]). Les valeurs de résistance sont issues de relevés
de terrain sur des ouvrages existants, leur tenue ou leur
ruine après le passage de diverses crues permettant
d’identifier des valeurs seuils au-delà desquelles il a été
constaté que les ouvrages n’ont pas résisté.
© Sébastien De Danieli - INRAE
Figure 16. Canal hydraulique expérimental pour documenter les processus d’endommagement
du génie végétal.
Les détails des mécanismes hydrauliques et géomorphologiques amenant un ouvrage à être détérioré puis
ruiné n’avaient toutefois été ni décrits, ni observés
jusqu’au travail récent de Recking et al. (2019). Des
fascines de saule miniatures ont été construites dans un
canal hydraulique de pente 2 % et de 6 m de long au
laboratoire du centre INRAE de Grenoble (Fig. 16). Des
ouvrages protégeant les berges en extrados de coudes
plus ou moins marqués ont été soumis à de multiples
crues. De nombreuses dispositions constructives ont été
testées afin de mettre en évidence leur effet sur la
résistance de l’ouvrage et le développement des
processus d’endommagement. On retient les leçons
suivantes de ces travaux :
il n’a jamais été observé l’arrachement des fascines
sans un affouillement préalable généralisé de l’ouvrage.
Le processus d’endommagement de l’ouvrage est donc
d’abord lié à l’érosion des matériaux entourant la
fascine avant de concerner les tiges de saules. Sur les
rivières connues pour générer des problèmes
d’affouillements, il est donc primordial de porter une
attention forte à la lutte contre ces derniers en
complément des précautions liées à un bon ancrage de
l’ouvrage par des pieux fichés dans le lit de la rivière ;
n
plus le coude protégé est marqué, plus l’intensité
d’affouillement l’est aussi et donc moins la fascine est
résistante. On adaptera donc l’effort et le soin dans la
protection contre les affouillements au caractère plus
ou moins marqué du coude protégé. Il est intéressant de
noter que le calcul de la force tractrice ne prend pas en
compte cet aspect et qu’un critère complémentaire est
probablement nécessaire ;
n
n quatre points de faiblesses préférentiels ont été
observés (Fig. 17) :
- les fascines qui n’avaient pas été ancrées en profondeur
dans la berge en amont et en aval, en général via la mise
en place de blocs rocheux dans leur continuité, ont été
érodées au niveau des extrémités et finalement
contournées. Il est important de noter que la tête aval
de la fascine doit faire l’objet d’autant de soin que la
tête amont : les turbulences et recirculations de courant
localisées à la jonction de l’ouvrage avec la berge ayant
un fort pouvoir d’érosion,
- le pied des fascines construites sur des matériaux à
faible cohésion a très souvent été sous-cavé (érosion
sous le corps de la protection). La présence de pieux et
de diverses aspérités génèrent de la turbulence qui finit
par creuser sous les ouvrages si les matériaux de pied
sont mobiles. La mise en place d’enrochements devant
la fascine en assez grande quantité pour tapisser la fosse
d’affouillement est une solution efficace mais coûteuse.
Des tests réalisés avec des ramilles anti-affouillement
(boutures de saule fichées sous et dépassant la fascine)
ont démontré des performances intermédiaires entre la
fascine nue et les enrochements. Le sous-cavage est
alors limité par la réduction des vitesses d’écoulement
au droit de l’ouvrage due à l’accroissement de la
rugosité et par l’effet couvrant des ramilles protégeant
le substrat en formant un tapis végétal,
- les talus surplombants les fascines n’étaient pas
couverts de géotextile ou protégés par d’autres
techniques de génie végétal. Ils ont donc naturellement
été soumis à des érosions de surface,
- des tests ont été menés pour identifier l’effet de la
mise en place de fascines non continues : les écoulements
turbulents pénètrent et occupent immédiatement les
ruptures dans la continuité de la protection et des
érosions préférentielles y apparaissent très rapidement.
Assurer la continuité de l’ouvrage aux jonctions entre
boudins ou autour de points durs est donc aussi de
première importance ;
19
la dernière leçon apprise est que l’endommagement
de l’ouvrage s’accélère fortement quand plusieurs
processus érosifs se rencontrent (Fig. 18) : un début de
contournement amont peut par exemple persister et
évoluer lentement s’il est isolé. Si par contre le pied de
la fascine commence aussi à s’affouiller, les courants
pénétrant en amont risquent de trouver un cheminement
jusqu’à l’affouillement de pied. Le contournement de
n
l’ouvrage avec circulation d’eau derrière la fascine est
alors capable de la vider rapidement. L’ouvrage est alors
ruiné. Le suivi des ouvrages et la mise en œuvre de
petites opérations de réparation semblent donc
préférables à une position attentiste : in fine, c’est
probablement tout l’ouvrage qu’il faudra refaire dans
l’urgence.
3.3. Entretien et suivi des ouvrages de génie végétal
débuts de défaillance, en replantant des boutures, des
pieux... Un bon suivi de la végétation permettra également une détection précoce de l’arrivée d’espèces exotiques envahissantes, et leur éradication avant qu’elles
ne prolifèrent.
Dans un second temps, on peut chercher à maintenir
des tiges de petits diamètres par un recépage régulier
pour maintenir leur flexibilité. En effet, les tiges de gros
diamètres (supérieures à 3 à 5 cm) perdent leur
flexibilité et ne se couchent plus lors des crues. Alors
que les tiges de petits diamètres se couchent sur la
berge pour fournir un effet tapis, les tiges de plus gros
diamètres restent rigides et non seulement ne protègent
plus le sol par effet tapis, mais créent en plus des
turbulences qui peuvent générer des érosions préjudiciables aux ouvrages.
Enfin, sur les petits cours d’eau, lorsqu’il existe des
risques d’inondation, notamment en milieu urbain, on
peut être amené à intervenir régulièrement de façon à
empêcher l’obstruction de celui-ci (Fig. 19).
Écou
leme
nt
Comme on peut le voir sur les expérimentations en
canal, la dégradation des ouvrages peut être plus ou
moins progressive, et un suivi et une détection précoce
des débuts de défaillance est utile pour éviter la ruine
des ouvrages. S’agissant de milieux vivants, une
attention particulière doit ainsi être portée aux ouvrages
surtout les premières années. La sécheresse est en effet
un des facteurs majeurs d’échec. Une irrigation
éventuelle et la bonne reprise des végétaux doivent ainsi
être surveillées de près. Ce suivi ainsi que d’éventuelles
reprises sur les 1 à 3 premières saisons de végétation
peuvent être prévus au marché de travaux et donc se faire
en appui avec l’entreprise ayant réalisé ceux-ci. Cette
vigilance sur la bonne tenue de l’ouvrage les premières
années est très importante pour engager ces ouvrages
de génie écologique sur une trajectoire assurant leur
bonne stabilité, en effet des défaillances précoces
rendent la rupture plus probable (Jaymond et al., 2021;
Leblois et al., 2021). Il peut ainsi être utile de
ré-intervenir sur les ouvrages pour y conforte d’éventuels
Affouillement de pied
Érosion du talus
Figure 17. Processus élémentaires d’endommagement.
20
Contournement amont et
aval
Érosion d entre fascines disjointes
Endommagement [%]
100
Connexion entre affouillement et érosion amont
Affouillement de pied et érosion amont localisés
Érosion progressive de la berge
Circulation d’eau derrière la fascine,
vidange et ruine rapide de l’ouvrage
Temps laboratoire [min]
Berge
Lit cours d’eau
Fascine
Blocs d’ancrage
Érosion de pied
© André Evette – INRAE
Figure 18. Évolution temporelle des phases principales de la ruine d’un ouvrage : processus localisés, connexion entre les érosions,
ruine rapide. L’échelle de temps est celle du laboratoire, très accélérée par rapport à la dynamique réellement observée sur site, le
processus étant d’autant plus lent que l’ouvrage est grand, que les matériaux de la berge sont résistants à l’érosion et que les
dispositions constructives de l’ouvrages ont été soignées.
Figure 19. Illustration d’un ouvrage pouvant réduire la section d’écoulement d’un petit
cours d’eau en milieu urbain.
21
Films sur le génie végétal
L’OFB
et INRAE ont développé de courts films de
vulgarisation sur le génie végétal à destination du grand
public et des professionnels.
Ces films sont en ligne sur un site internet dédié au
génie végétal : https://genibiodiv.inrae.fr/.
n Film
3: Le génie végétal en torrent de montagne
https://genibiodiv.inrae.fr/genie-vegetal-en-video/filmgenie-vegetal-le-genie-vegetal-en-torrent-de-montagne/
n Film
1: Le génie végétal pour la protection des berges
de cours d’eau
https://genibiodiv.inrae.fr/genie-vegetal-en-video/filmgenie-vegetal-pour-la-protection-des-berges-de-coursdeau/
n Film
2: Réalisation d’un ouvrage de génie végétal pour
restaurer une berge
© Sébastien De Danieli - INRAE
https://genibiodiv.inrae.fr/genie-vegetal-en-video/filmgenie-vegetal-realisation-dun-ouvrage-pour-restaurerune-berge/
Figure 20. Ouvrage de génie végétal (technique mixte sur un torrent de montagne).
22
Le génie végétal en Outre-mer
Si
le génie végétal a connu un fort essor en France
métropolitaine depuis une trentaine d’années, un effort
est aujourd’hui porté pour le développement de ces
techniques en Outre-mer.
© Sébastien De Danieli - INRAE
On peut ainsi noter le projet « Protéger » pour la
promotion et le développement du génie écologique
dans les rivières de Guadeloupe https://genie-vegetalcaraibe.org/. Ce projet porté par le Parc national de
Guadeloupe prévoit quatre phases. La première permet
de mieux connaître les cortèges floristiques des berges
et de sélectionner des espèces locales susceptibles d’être
utilisées en génie végétal. La seconde phase consiste à
caractériser les aptitudes de ces espèces à être utilisées
en génie végétal grâce à des expérimentations et à leur
mise en place dans des chantiers pilotes. Les phases 3 et 4
sont dédiées au développement d’une filière de génie
écologique et à la diffusion des résultats au sein du
territoire et au-delà.
Mais la Guadeloupe n’est pas le seul territoire
ultra-marin à avancer sur le génie végétal pour la
protection des berges de rivière. Des chantiers ont par
exemple déjà été réalisés ces dernières années en
Martinique ou en Nouvelle-Calédonie. Enfin, un projet
de développement de génie végétal sur les rivières de
la Réunion est en cours d'élaboration.
Figure 21. Berge d’une rivière de Guadeloupe.
23
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27
© André Evette - INRAE
Rédaction
André Evette, Guillaume Piton, Philippe Janssen,
Fanny Dommanget, Nadège Popoff, Delphine Jaymond,
Camille Guilloteau, Solange Leblois, Sébastien De Danieli,
Alain Recking, Delphine Jung, Anne Vivier,
François-Marie Martin, Renaud Jaunatre, Éléonore Mira,
Marie Didier
Relecture
Christine Saint-Andrieux (DRAS, OFB)
Édition
Béatrice Gentil-Salasc (OFB)
Création et mise en forme
graphiques
Béatrice Saurel (saurelb@free.fr)
Citation
Evette A. et al., 2022. Le génie végétal sur les berges
de cours d’eau : des techniques aux multiples bénéfices.
Office français de la biodiversité. Collection Comprendre
pour agir. 28 pages.
Contact
anne.vivier@ofb.gouv.fr
Mentions légales
Éditeur : Office français de la biodiversité (OFB) 12, cours Lumière - 94300 Vincennes
Imprimeur : Estimprim - ZA À la Craye - 25110 Autechaux
Gratuit
Achevé d’imprimer en octobre 2022
Dépôt légal à parution
ISSN print : 2607-060X
ISBN web : 978-2-38170-155-4
ISBN print : 978-2-38170-156-1
La reproduction à des fins non commerciales,
notamment éducatives, est permise sans autorisation
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