Ingénierie écologique — Exercices

Identifier les procédés, analyser des cas concrets, évaluer avantages et limites. Corrigé en fin de fiche.

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1Identifier les procédés/ 4 pts

Pour chacune des situations suivantes, nomme le procédé d'ingénierie écologique mis en œuvre et justifie en une phrase.

Une commune installe un bassin planté de roseaux en aval de son réseau d'assainissement pour traiter les eaux ménagères avant rejet dans la rivière.
Un agriculteur lâche des coccinelles (Coccinella septempunctata) dans ses cultures pour limiter la prolifération de pucerons.
Sur un ancien site minier contaminé au cadmium, on plante Arabidopsis halleri dont les parties aériennes sont récoltées chaque année.
Les berges érodées d'un ruisseau sont stabilisées en plantant des boutures de saule dont les racines ancrent le sol.

2Calcul sur la phytoremédiation/ 5 pts

Un site industriel est pollué par du zinc (Zn) à 3 000 mg·kg⁻¹ de sol sec, soit 10 fois la valeur seuil réglementaire (300 mg·kg⁻¹). On envisage une phytoextraction avec Arabidopsis halleri, capable de concentrer jusqu'à 10 000 mg·kg⁻¹ de matière sèche végétale. La biomasse récoltée est de 2 tonnes de matière sèche par hectare et par an. La superficie polluée est de 1 ha et la couche de sol à assainir a une masse de 2 000 tonnes.

Calcule la masse totale de zinc (en kg) contenue dans la couche de sol polluée.
Calcule la masse de zinc (en kg) extraite par la récolte annuelle de biomasse végétale.
En déduire le nombre d'années théoriques nécessaires pour ramener la teneur en zinc sous 300 mg·kg⁻¹.
Ce résultat illustre-t-il un avantage ou une limite de l'ingénierie écologique ? Explique en une phrase.

3Génie civil vs ingénierie écologique/ 4 pts

Pour protéger les berges d'une rivière de l'érosion, deux solutions sont envisagées : A) couler un mur de béton ; B) planter des saules et des aulnes (génie végétal).

Cite deux services écosystémiques que la solution B fournit et que la solution A ne peut pas rendre.
Dans quel cas la solution A peut-elle être préférable à la solution B ? Justifie.
Quel risque propre à l'ingénierie écologique faut-il anticiper lors du choix des espèces végétales ? Explique.

4Situation-problème : lagunage et service de régulation/ 5 pts

Une ville souhaite améliorer la qualité de l'eau d'une rivière traversant son territoire. L'eau est chargée en nitrates (NO₃⁻) et en phosphates (PO₄³⁻) provenant de rejets agricoles en amont. Le budget est limité et la collectivité veut une solution durable.

Quel procédé d'ingénierie écologique est le plus adapté ? Nomme-le et décris brièvement son principe.
Quels organismes jouent un rôle clé dans l'élimination des nitrates et des phosphates dans ce type de dispositif ?
Propose deux indicateurs de suivi permettant d'évaluer l'efficacité du dispositif.
En quoi ce dispositif illustre-t-il la notion de service écosystémique de régulation ?

Corrigé détaillé

1Identifier les procédés

a) \(\text{Bassin planté de roseaux pour épurer les eaux ménagères}\) \(\text{Lagunage : les plantes aquatiques et les micro-organismes associés dégradent et assimilent les polluants des eaux usées avant leur rejet dans le milieu naturel.}\)

b) \(\text{Lâcher de coccinelles contre les pucerons}\) \(\text{Lutte biologique : la coccinelle est un prédateur naturel du puceron et régule sa population sans recours aux pesticides chimiques.}\)

c) \(\text{Plantation d'}\textit{Arabidopsis halleri}\text{ sur site contaminé au cadmium}\) \(\text{Phytoremédiation (phytoextraction) : la plante hyperaccumulatrice concentre le cadmium dans ses parties aériennes récoltées et éliminées, assainissant progressivement le sol.}\)

d) \(\text{Boutures de saule pour stabiliser les berges érodées}\) \(\text{Génie végétal : les racines des saules ancrent mécaniquement le sol des berges et limitent l'érosion, remplaçant une structure artificielle en béton.}\)

2Calcul sur la phytoremédiation

a) \(\text{Masse de Zn} = 3\,000 \; \text{mg·kg}^{-1} \times 2\,000\,000 \; \text{kg} = 6 \times 10^{9} \; \text{mg}\) \(6\,000 \; \text{kg de zinc}\)

b) \(\text{Masse extraite/an} = 10\,000 \; \text{mg·kg}^{-1} \times 2\,000 \; \text{kg de biomasse} = 2 \times 10^{7} \; \text{mg}\) \(20 \; \text{kg de zinc par an}\)

c) \(\text{Masse à extraire pour atteindre le seuil} = (3\,000 - 300) \times 2\,000\,000 \; \text{mg} = 5\,400 \; \text{kg} \quad \Rightarrow \quad \text{Durée} = \dfrac{5\,400}{20} = 270 \; \text{ans}\) \(270 \; \text{années théoriques}\)

d) \(\text{Interprétation du résultat :}\) \(\text{Ce résultat illustre une limite de l'ingénierie écologique : la phytoextraction est une technique très lente, peu adaptée aux sites fortement contaminés nécessitant une dépollution rapide.}\)

3Génie civil vs ingénierie écologique

a) \(\text{Services de la solution B (végétaux) absents de A (béton) :}\) \(\text{Parmi : habitat et ressource alimentaire pour la faune (biodiversité) ; épuration naturelle de l'eau par filtration racinaire ; séquestration de carbone ; régulation thermique des berges (ombrage) ; valeur paysagère.}\)

b) \(\text{Cas où A est préférable :}\) \(\text{En cas d'urgence (érosion menaçant des infrastructures à court terme) ou en milieu urbain très dense, où l'espace est insuffisant pour les végétaux et où une résistance mécanique immédiate est indispensable.}\)

c) \(\text{Risque propre à l'ingénierie écologique :}\) \(\text{Introduction d'espèces invasives : une espèce végétale non locale peut proliférer, concurrencer la flore indigène et dégrader davantage l'écosystème. Il faut impérativement utiliser des espèces autochtones.}\)

4Situation-problème : lagunage

a) \(\text{Procédé adapté :}\) \(\text{Lagunage (zones humides artificielles) : des bassins plantés de végétaux aquatiques (roseaux, massettes) retiennent et assimilent les nitrates et phosphates dissous, épurant l'eau avant son retour à la rivière.}\)

b) \(\text{Organismes clés :}\) \(\text{Bactéries dénitrifiantes (transforment NO₃⁻ en N₂ gazeux inoffensif) ; plantes aquatiques (assimilent NO₃⁻ et PO₄³⁻ pour leur croissance) ; biofilm microbien fixé sur les rhizomes.}\)

c) \(\text{Indicateurs de suivi :}\) \(\text{(1) Mesure mensuelle des concentrations en nitrates et phosphates à l'entrée et à la sortie du lagunage ; (2) suivi de la biodiversité aquatique (macroinvertébrés, amphibiens) comme indicateur de la qualité écologique globale.}\)

d) \(\text{Service de régulation :}\) \(\text{Le lagunage fournit un service de régulation car il régule la qualité chimique de l'eau (épuration des polluants azotés et phosphorés) grâce aux processus biologiques naturels, sans énergie fossile ni matériaux inertes.}\)