Les milieux humides côtiers, les marais de sel, les forêts de mangroves et les prairies de graminées, comptent parmi les écosystèmes les plus productifs de la Terre. Ils tamponnent les rivages des ondes de tempête, purifient le ruissellement, séquestrent le carbone à des taux bien supérieurs aux forêts terrestres et fournissent des aires de pépinière pour les poissons et les mollusques commercialement précieux. Pourtant, ces habitats critiques disparaissent à un rythme alarmant. Les estimations mondiales indiquent qu'environ 50 % de la zone humide originale a été perdue depuis 1900, sous l'effet de l'expansion urbaine, de la conversion agricole, de l'hydrologie altérée et de l'accélération de l'élévation du niveau de la mer.

Définir l'ingénierie des écosystèmes dans un contexte côtier

Dans les zones humides côtières, l'ingénierie de l'écosystème peut être naturelle : les mangroves piégent les sédiments, les huîtres construisent des récifs, les marais salants herbent des vagues de baffling, ou sont dirigées par l'homme. Lorsque les gens construisent ou modifient intentionnellement des habitats pour imiter ou améliorer les processus de génie naturel, la pratique est souvent appelée -ingénierie fondée sur la nature - - ou - -ingénierie écologique de l'écosystème - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

La restauration vise généralement à ramener un écosystème à un état de référence historique en éliminant les facteurs de stress (p. ex., les espèces envahissantes, le drainage) et en permettant le rétablissement naturel. L'ingénierie des écosystèmes, par contre, reconnaît que de nombreux milieux côtiers ont franchi des seuils irréversibles – par exemple, une profonde subsidence ou une perte de l'approvisionnement en sédiments – et nécessite une intervention active pour rétablir les conditions physiques et écologiques qui permettent l'auto-organisation.

Dans les zones humides côtières, les principaux ingénieurs de l'écosystème naturel sont les écueils (Crassostrea virginica et autres), qui forment des structures de récifs tridimensionnelles qui atténuent l'énergie des vagues et les sédiments de pièges; les mangroves, dont les systèmes racinaires stabilisent les rives et favorisent l'accrétion; les herbes des marais salt (p. ex., Spartina alterniflora), qui réduisent la vitesse du courant et facilitent l'accumulation de matières organiques; et les organismes qui se nourrissent comme les crabes de la morue, qui aéreront les sols et influencent le cycle des nutriments.

Techniques fondamentales d'ingénierie des écosystèmes pour les zones humides côtières

Restauration hydrologique

Les digues, les digues, les ponceaux et les fossés de drainage peuvent déconnecter les zones humides de la chasse à la marée, ce qui entraîne une mise en fourrière, une hypersalinité ou une stagnation de l'eau douce. La restauration hydrologique rétablit l'échange naturel d'eau : en éliminant les barrières, en remplaçant les ponceaux de taille inférieure ou en construisant des barrières de marée qui permettent de maîtriser les inondations.

Établissement et amélioration de la végétation

La végétation indigène des milieux humides est la forme la plus visible de l'ingénierie des écosystèmes. Les mangroves, les herbiers de marais salés et les herbiers marins jouent chacun un rôle d'ingénierie distinct :

  • Les mangroves : Leur système dense de prop-root amortit l'énergie des vagues de 50 à 90 % sur quelques centaines de mètres et piège les sédiments fins, l'élévation des bâtiments. Les projets de plantation en Indonésie, en Floride et en Australie ont montré que les plantules de mangrove peuvent survivre si l'hydrologie est adéquate, mais le succès dépend d'une sélection soigneuse des sites.
  • Les herbages de marais de sel: Des espèces comme Spartina alterniflora et Juncus roemerianus stabilisent les vasières à travers leurs larges tapis racinaires.
  • Les herbiers: Bien qu'ils offrent une protection structurelle moins contre les vagues, les herbiers marins tels que Zostera marina piège des sédiments fins et du carbone organique. La restauration des herbiers marins a progressé avec des techniques basées sur les graines, en faisant de la sauvagine dans des tapis biodégradables, comme dans les projets de la baie Chesapeake.

Interventions structurelles: Lignes de rivage et brise-lames vivantes

La stabilisation traditionnelle des rives (boules, revitements) accélère généralement l'érosion dans les zones adjacentes et élimine l'habitat des eaux peu profondes. L'ingénierie écosystémique offre des rives vivantes, qui combinent la végétation indigène avec des structures à faible profil en matériaux naturels. Les seuils rocheux, les sacs à coquille d'huîtres ou les grumes de fibre de coco sont placés à la ligne moyenne de haute eau pour absorber l'énergie des vagues tout en permettant l'échange de marées. La végétation au large de la structure piège les sédiments et, éventuellement, construit une plate-forme de marais. Une méta-analyse de 157 projets riverains vivants aux États-Unis a révélé qu'ils réduisaient l'érosion de 75 % en moyenne par rapport aux côtes blindées, tout en soutenant une abondance de 30 % de poissons plus élevée.

Pour les zones plus exposées, des brise-lames (roche, béton ou boules de récifs) sont placés au large pour créer une zone tranquille pour le dépôt de sédiments et l'établissement de marais. Le brise-lames réduit la hauteur des vagues incidentes, permettant aux sédiments fins de s'installer; la végétation indigène peut alors coloniser le haut-fond en développement.

Gestion des sédiments : utilisation utile et placement de couches minces

L'ingénierie écosystémique s'attaque à cette situation par l'intermédiaire de ] l'utilisation de matériaux dragués : les sédiments retirés des canaux de navigation sont placés sur des marais dégradés pour augmenter leur élévation. Connue sous le nom de placement de couches minces, cette technique a été largement utilisée dans le delta du Mississippi et le long de la côte atlantique. Une couche de 30 à 60 cm de sédiments propres est répartie sur les marais subsidérants, augmentant immédiatement l'altitude. Les projets pionniers au refuge national de la faune de Blackwater au Maryland, aux États-Unis, démontrent que le PLT peut prolonger la durée de vie des marais de 30 à 50 ans dans des scénarios d'élévation modérée du niveau de la mer.

Outre les PLT, les détournements de sédiments —des blessures dans les léves de rivière qui permettent aux eaux chargées de sédiments de s'écouler sur les zones humides adjacentes—sont des interventions techniques à grande échelle utilisées dans le delta du Mississippi. Les dérivations Moss Point et Caernarvon ont permis de transmettre des sédiments aux marais semi-étournés, de ralentir la perte de terres et de stimuler la croissance de la végétation.

Avantages quantifiables de l'ingénierie des écosystèmes

Surgélation et réduction des inondations

On estime que les terres humides côtières permettront aux États-Unis d'économiser en moyenne 23,2 milliards de dollars par année en dommages causés par les tempêtes (Gratwicke & autres, 2020). L'ingénierie des écosystèmes qui restaure ou étend les terres humides amplifie ces avantages. Par exemple, un marais salé de 100 mètres de large peut réduire la hauteur des vagues de 50 à 70 %.

Récupération de la biodiversité

Les récifs d'huîtres créés par des sacs de coquille en Caroline du Sud ont attiré plus de 40 espèces de poissons et d'invertébrés en deux ans. Au Royaume-Uni, les marais salés restaurés ont soutenu deux fois plus d'espèces d'oiseaux que les côtes blindées adjacentes. Les projets de restauration de la mangrove en Thaïlande ont documenté le retour de crabes et de crevettes juvéniles qui sont essentiels pour la pêche locale.

Amélioration de la qualité de l'eau

Un seul hectare de marais salé restauré peut enlever 100 à 200 kg d'azote par an par dénitrification et absorption de plantes.Les milieux humides aménagés pour traiter les ruissellements agricoles – comme les zones de traitement des eaux pluviales en Floride – ont réduit de 80 % ou plus les charges de phosphore. L'ingénierie écosystémique qui restaure l'hydrologie naturelle maximise souvent ces services de filtration en veillant à ce que l'eau ait suffisamment de temps de résidence.

Séquestration du carbone bleu

Les marais et les mangroves restaurés agissent comme des puits de carbone bleu. Une étude des marais de couche mince en Louisiane a révélé que les sédiments ajoutés enterraient de 0,5 à 1,0 tonne de carbone par hectare par année. Les projets de restauration de la mangrove au Vietnam ont séquestré en moyenne 1,5 tonne de carbone par hectare par année. Ces taux suggèrent que, sur des décennies, l'ingénierie des écosystèmes pourrait compenser une fraction significative des émissions anthropiques, bien que les méthodes de vérification soient toujours en évolution.

Défis et gestion adaptative

Échelle et coût

Les projets d'ingénierie écosystémique, en particulier ceux qui impliquent l'implantation de sédiments ou des interventions structurelles à grande échelle, sont coûteux. Le projet de dérivation du fleuve Mississippi, par exemple, coûte plus de 1 milliard de dollars, ce qui limite la mise en oeuvre à des initiatives bien financées, souvent dirigées par le gouvernement. De plus, l'ampleur des pertes de terres humides côtières dépasse de loin la capacité actuelle du projet.

Incertitudes liées aux changements climatiques

De même, les changements de fréquence des tempêtes, de précipitations et de température peuvent modifier la composition des espèces et la dynamique des sédiments des milieux humides aménagés. La gestion adaptative – par le biais de données de surveillance pour ajuster les structures, les régimes de plantation ou les apports de sédiments itératifs – est essentielle. Par exemple, le programme des berges vivantes du Maryland exige une surveillance trimestrielle du couvert végétal et des taux d'érosion pendant les trois premières années, avec des options pour ajouter des sacs de coquille ou des renforts de plantes si nécessaire.

Conséquences écologiques non prévues

L'introduction de matériaux ou la remodelage de l'hydrologie peut avoir des effets secondaires imprévus. L'emplacement des sédiments en couche mince peut enterrer les communautés benthiques existantes ou modifier la chimie des sédiments, réduisant ainsi la survie de certains invertébrés. Les brise-lames peuvent modifier les courants locaux, provoquant l'érosion dans les zones adjacentes non visées par le projet.

Les obstacles sociaux et réglementaires

Les propriétaires fonciers peuvent résister aux rivages vivants s'ils craignent une réduction de la protection des vagues ou des changements dans les perspectives d'eau. L'engagement communautaire au début du processus de conception, y compris les réunions publiques, les projets de démonstration et la communication claire des avantages mutuels, est crucial. Les projets qui s'harmonisent avec les intérêts économiques locaux, comme l'amélioration des pêches, tendent à obtenir un soutien plus fort et une gérance à long terme.

Orientations futures

Lignes directrices sur l'intégration aux solutions fondées sur la nature (NbS)

Les cadres internationaux, y compris la norme mondiale de l'UICN pour les solutions fondées sur la nature [ (2020), fournissent des critères pour la conception et l'évaluation de projets d'ingénierie écosystémique, qui soulignent que les interventions devraient répondre aux défis de société (p. ex., réduction des risques de catastrophe, adaptation au climat), accroître le gain net de biodiversité et être économiquement viables.

Progrès technologiques

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) équipés de capteurs Lidar et multispectraux peuvent surveiller la santé de la végétation, le changement d'altitude et la distribution des sédiments avec une précision à l'échelle du centimètre. Les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent analyser l'imagerie satellitaire pour identifier les sites les plus appropriés pour les interventions techniques.

Politique et marchés du carbone

À mesure que la comptabilité du carbone bleu progresse, les zones humides restaurées peuvent générer des crédits carbone qui peuvent être vendus sur les marchés volontaires ou conformes. Ce flux de revenus pourrait compenser certains coûts de projet et inciter à l'investissement privé. Aux États-Unis, le [Projets de carbone bleu] [Projets de carbone bleu] volontaires a déjà financé la restauration de la mangrove et des marais salés en Floride et en Louisiane.

Approches communautaires et hybrides

De nombreux projets réussis impliquent des communautés locales dans la plantation, la surveillance et l'entretien – par exemple, le Mangrove Action Project en Thaïlande, qui forme les villageois dans la restauration écologique de la mangrove -basée sur la communauté. . Ces approches ont le double avantage de générer une gérance locale et de réduire les coûts de main-d'oeuvre.

Conclusion

L'ingénierie des écosystèmes est apparue comme une stratégie indispensable pour préserver et restaurer les zones humides côtières face à des changements environnementaux sans précédent.En rétablissant activement l'hydrologie, la végétation, la dynamique des sédiments et la complexité structurelle, nous pouvons créer ou améliorer des habitats résilients aux tempêtes, à l'élévation du niveau de la mer et à la pollution par les éléments nutritifs. Les données recueillies dans le cadre de centaines de projets dans le monde montrent que les zones humides restaurées peuvent assurer la protection des tempêtes, soutenir la biodiversité, améliorer la qualité de l'eau et séquestrer le carbone à des taux significatifs.