Ecosystèmes Urbains

 

Ecologie et écosystèmes

 

Par définition, l’écologie est la science ou l’étude des habitats (οίκος = habitat et λογία = science ou étude scientifique d’un sujet). Ainsi, l’écologie étudie la relation entre des êtres vivants et leurs milieux d’habitats.

Les écosystèmes sont des ensembles qui sont constitués d’une biocénose (ensemble des populations végétales, animales et microbiennes, rassemblées dans un milieu déterminée) et d’un environnement définit par le sol, le climat, l’eau, …

Afin de se nourrir, de fonctionner et de se décharger de ses déchets la biocénose utilise les ressources disponibles de l’environnement de manière optimale. A l’intérieur même de l’écosystème, les espèces ont des relations ou échanges entre elles. Ces relations peuvent être bénéfique (symbiose), néfaste (compétition, prédation) ou neutre. Le plus souvent ces liens sont d’ordre alimentaire et nous pouvons différencier les espèces présentes dans un écosystème en trois catégories :

  • les producteurs (les plantes) : qui consomment la matière minérale et produisent la matière organique
  • les consommateurs (les animaux) : qui peuvent être de 1er ordre (se nourrissant de plantes) ou de 2ème ordre (carnivores)
  • les décomposeurs (les bactéries et champignons) : qui dégrade nt les matières organiques des deux autres catégories d’espèces et les restituent au milieu

Ces liens ou relations entre les différentes espèces brasse en permanence la matière organique (substances chimiques fabriquées par les êtres vivants) et la matière minérale (substances chimiques qui constituent le monde non-vivant et ne contient pas de carbone). En effet, ces matières sont consommées durant la croissance et le maintien des espèces et sont rejetées dans les déchets. Cette circulation cyclique de matière (cycles biogéochimiques) permet d’assurer la pérennité, l’équilibre et la durabilité des écosystèmes et est maintenue par des phénomènes d’actions et de rétroactions.

Pour finir, il est important de préciser qu’un écosystème peut être de taille variable. En effet, un arbre, une forêt, un étang, une biorégion peuvent tous être étudiés comme un écosystème à part entière. Les limites spatiales de l’écosystème sont uniquement une convention théorique. En réalité, les écosystèmes ne sont pas des systèmes isolés. Ils interagissent entre eux, l’un est inclus dans l’autre, …

Ecosystèmes naturels

 

Afin de mieux comprendre en pratique comment fonctionne un écosystème nous exposons ici à titre d’exemple le fonctionnement d’un écosystème forêt. Pour fonctionner, les espèces vivantes de la forêt nécessitent l’énergie fournie par le soleil, l’eau fournit par les précipitations et la matière minérale. La seconde étape nécessaire pour le fonctionnement de l’écosystème est la transformation des producteurs (arbres, plantes) de la matière et énergie disponibles par le milieu en matière utilisable par les consommateurs. Les consommateurs sont peuvent être de différents ordres. Par exemple, les herbivores (lapin, cerf, sanglier, écureuil, escargot, insectes, …) consomment directement certains producteurs. Par après, certains de ces herbivores sont consommés par des carnivores de 1er ordre (renard, belette, …). Les carnivores de 1er ordre sont eux-mêmes consommés par des carnivores de 2ème ordre (hibou, épervier).

La mort des producteurs et consommateurs permet de retourner une grande masse de matière organique (la matière fabriquée par les espèces vivantes) vers leur environnement. Cette matière est décomposée par des organismes (coléoptère, vers de terre, …) en micro-produits complexes. Ces micro-produits sont par la suite métabolisés par les champignons et les bactéries. Ces décomposeurs jouent un rôle principal sur la restitution d’éléments nutritifs sur l’environnement et ainsi maintenir l’équilibre de l’écosystème.

 

Ecosystèmes urbains

 

Inspiré par les travaux d’écologie et d’écosystèmes naturels, P. Duvigneaud ainsi que d’autres biologistes et écologues ont fait surgir l’idée que les villes sont également des écosystèmes qui valent la peine d’être étudiés. Cependant, les écosystèmes urbains se distinguent des écosystèmes naturels par un nombre de caractéristiques.

Par exemple, la biocénose (ensemble des espèces vivantes) est tellement modifiée qu’il s’agit à présent d’une “anthropocénose”. Par ailleurs, l’apport énergétique dominant n’est plus la lumière du soleil mais les énergies importées par l’homme (carburants d’origine fossile, électricité); de même, le cycle de l’eau est dominé par apports externes et ruissellement intense, avec très peu de stockage dans le système; la pr oductivité des sols est “dopée” par des engrais, etc. Par ailleurs, la majorité des écosystèmes urbains se composent de consommateurs ne contiennent que très peu ou pas de producteurs (industries) ou de décomposeurs (centrale de tri et de traitement de déchets). Ainsi, afin de subvenir aux besoins des consommateurs les villes nécessitent non seulement de ressources mais aussi de producteurs (usines souvent délocalisées en Asie du Sud-Est) et des décomposeurs (exportation et rejet de déchets en Afrique et Asie du Sud) provenant en dehors des limites « administratives » de la ville.

Les villes modernes sont donc liées et dépendantes de manière très complexe et étendue avec l’entièreté de la Terre. Elles sont des systèmes complexes qui entremêlent habitat, travail, consommation, déplacement, culture parmi tant d’autres activités qui doivent être étudiés de manière approfondie et prioritaire afin de préserver les écosystèmes naturels qui sont nécessaires pour notre survie.

 

Ecosystème Bruxelles (années 1970)

 

L’écosystème urbain que P. Duvigneaud et son équipe (aussi appelé « Ecole de Bruxelles ») ont le plus étudié est celui de Bruxelles durant les années ‘70. Cette étude est mondialement connue et est une référence académique dans le domaine de l’écologie urbaine et le métabolisme urbain.

L’objectif principal de cette étude était de comprendre le fonctionnement de l’écosystème urbain ainsi que de ses sous-systèmes. Cette étude comprenait quatre parties principales.

Premièrement, le bilan énergétique qui était subdivisé en énergie naturelle (énergie qui provient du soleil) et énergie subsidiaire (énergie importée tels que les combustibles fossiles et l’électricité). L’analyse de ce bilan énergétique, il devenait apparent que l’énergie « artificielle » importée correspondait à environ la moitié de l’énergie naturelle arrivant sur la ville de Bruxelles.

Par après, le cycle de l’eau était étudié incluant les précipitations (qui sont soit perdues par ruissellement soit par évaporation), l’eau potable importée et les eaux usées. Notons que la totalité de l’eau potable est rejetée dans les égouts et se mélange aux eaux de ruissellement pour arriver à la Senne.

La prochaine partie de l’étude de l’écosystème Bruxelles était l’étude des biocénoses (ensemble des espèces vivantes) sur le territoire bruxellois. Cette biocénose comportait environ 1.000.000 habitants qui correspondent à 59.000 tonnes, 100.000 chiens (1.000 t) et 250.000 chats (750 t). Par ailleurs, le nombre total de lombric était estimé à 8 milliards (8.000 t). La biomasse des plantes vertes était estimée à 750.000 t de matière sèche dont 10.000 t d’arbres plantés le long des avenues.

La dernière partie étudiée de l’écosystème Bruxelles est son métabolisme comprenant la production primaire de la biomasse, le rejet des polluants et la génération des déchets. En effet, la production de la biomasse était estimée à environ 180 t de matière organique. En ce qui concerne les polluants, 6.350 t de CO2 étaient émis (dont 5.900 t proviennent de la combustion des combustibles et 450 t de la respiration des humains). Cette combustion résulte également à d’autres polluants tels que le CO, le SO2, NOx, les hydrocarbures mais aussi des particules solides et du plomb.

Les conclusions de cette étude sont qu’en règle générale les ressources importées (énergie et eau) sont de l’ordre de la moitié de celles qui sont fournies naturellement, lesquelles ne sont guère utilisées. Dans le cas, l’eau des précipitations perdues par ruissellement sont non seulement pas utilisées mais au contraire alourdissent le système d’égouttage puisqu’elles sont considérées comme eaux usées. Finalement, notre consommation de matière produit une quantité importante de refus (1 kg de déchets par jour pour un habitant moyen) qui court-circuitent les cycles naturels de production, consommation, décomposition et retour de matière d’éléments à l’environnement.

P. Duvigneaud

 

Ecosystème Bruxelles (années 2010)

 

40 ans plus tard, A. Athanassiadis s’est également intéressé à l’écosystème Bruxelles mais cette fois ci du point de vue des flux de matières, d’énergie et d’eau entrants et sortants.

Très rapidement, il a découvert que les travaux de l’Ecole de Bruxelles sont une référence mondiale dans le sujet du métabolisme urbain et l’écologie industrielle et territoriale qui sont ces domaines de recherche.

Le concept de métabolisme se rapproche aux travaux de l’Ecole de Bruxelles puisqu’il compare les villes à des organismes vivants qui ont besoins de ressources pour survivre et durant leur fonctionnement produisent des déchets. Il s’agit essentiellement de l’évaluation et l’analyse du bilan des flux entrants et sortants afin de surveiller la « durabilité » de nos villes.

L’écologie industrielle et territoriale, quant à eux, sont des concepts qui désirent boucler les flux de matières grâce à une meilleure connaissance des réseaux complexes de consommation de ressources, chaînes de production et de consommation ainsi que de traitement de déchets. L’écologie industrielle et territoriale essaye donc de changer le modèle industriel traditionnel « prendre-faire-jeter », vers un écosystème qui tend à optimiser et réduire d’un côté les entrées d’énergie et de matière, et de l’autre réduire les sorties (déchets, effluents ou sous-produits) d’une industrie/territoire en les réutilisant comme matières premières pour une autre.

En dressant un bilan métabolique sommaire pour les années alentour de 2010 (bilan dressé à titre indicatif par A. Athanassiadis), nous pouvons réalisé l’impressionnante quantité de ressources requises pour faire fonctionner la ville de Bruxelles mais aussi la quantité de déchets que nous rejetons.

Nous pouvons par exemple voir que notre consommation d’énergie (pour se chauffer, s’éclairer, se déplacer, travailler, …) vaut 19 MWh par habitant à l’année ou 50 kWh par jour pour chaque habitant de Bruxelles (cela équivaut environ 35 ampoules de 60 W allumées pendant un jour). En ce qui concerne l’eau, chaque Bruxellois consomme environ 150 l par jour (100 bouteilles de 1,5 litres). Par ailleurs, tous les jours notre consommation matérielle est estimée à 22 kg.

De l’autre côté, cette consommation de ressources rejette environ 8 kg de CO2, 5 kg de déchets et 320 litres d’eaux usées par jour. Finalement, près de 16 kg de matériaux sont exportés de Bruxelles pour chacun de ses habitants.

Il est important de noter ici que les quantités présentées ici contiennent non seulement les consommations des habitants mais aussi celles des bureaux, de l’industrie (bien que très peu présente à Bruxelles) et des transports à l’intérieur des limites de Bruxelles.

Lorsque nous voulons les villes à des écosystèmes naturels, il est également important d’étudier l’environnement ou le milieu des villes. De nos jours, le territoire des villes est très minéralisé et artificialisé. En effet, lorsque nous essayons d’estimer le stock de matière de Bruxelles nous arrivons à la masse impressionnante de 165 000 kg par habitant (chaque habitant pèse environ donc 165 voitures). Cependant, contrairement à un écosystème naturel, les villes ne consomment que très peu des éléments provenant de leurs milieux.

Métabolisme Urbain Bruxelles

 

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