Predictive modeling of urban soil properties based on their land use history
Modélisation prédictive des propriétés des sols urbains basée sur leur historique d'usages
Résumé
Land take and the associated environmental issues (heat islands, flooding, biodiversity degradation) have become a major issue in urban planning and development. The objective of this thesis is to propose an approach to characterise urban soils based on the analysis of their historical trajectory of land use, considering that the land use successions and the associated human practices determine the physico-chemical properties of soils. To do this, a scientific approach based on three complementary approaches was carried out to achieve an operational methodological proposal for predictive mapping of urban soil properties. The first approach is cartographic and documentary, and aims to better characterise the historical trajectories of urban soils and thus to better understand all of the human practices that the soils have undergone over time. It turns out that twenty historical trajectories are sufficient to describe the majority of the surface area of an urban unit. Moreover, the majority of historical trajectories represent land use successions composed of a maximum of one or two land uses, showing a low dynamic of land use changes and practices over time. The second approach is a field approach aimed at characterising the impact of three historical trajectories representative of urban soils on the physico-chemical properties of soils. It highlights the link between the historical trajectory of a soil and its physical and chemical properties. The impact of human practices on soil properties also appears to be dependent on the intensity of the practices carried out on the soil. These links, which are still underdeveloped, could be highlighted by the development of a new concept: the "anthroposequence". The last approach is an experimental approach that helps to characterise the pedogenetic processes involved during these historical trajectories and to describe the evolution of physico-chemical properties over time. It shows that the individual effects of practices can be contrary to the effect resulting from the whole of these practices. Moreover, the pedogenetic processes put forward during these experiments reflect the reality of the field, thus reinforcing the proposed experimental method. Thus, these three methodological approaches were finally discussed in order to transcribe the results obtained into "simple" rules allowing the cartographic prediction of soil types and certain agronomic parameters in urban environments through the knowledge of historical trajectories.
L'artificialisation des sols, et les enjeux environnementaux associés (îlots de chaleur, inondation, dégradation de biodiversité), sont devenus une problématique majeure de l'aménagement et de la planification urbaine. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche de caractérisation des sols urbains fondée sur l'analyse de leur trajectoire historique d'usage, en considérant que les successions d'usages et les pratiques humaines associées, déterminent les propriétés physico-chimiques des sols. Pour ce faire, une démarche scientifique s'appuyant sur trois approches complémentaires a été menée pour aboutir à une proposition méthodologique opérationnelle de cartographie prédictive des propriétés des sols urbains. La première approche est cartographique et documentaire, elle vise à mieux caractériser les trajectoires historiques des sols urbains et ainsi mieux appréhender l'ensemble des pratiques humaines que subit les sols au cours du temps. Il s'avère qu'une vingtaine de trajectoires historiques suffisent à décrire la majorité de la superficie d'une unité urbaine. Par ailleurs, les trajectoires historiques majoritaires représentent des successions d'usages composées au maximum d'un à deux usages montrant une faible dynamique des changements d'usages et pratiques au cours du temps. La seconde approche est une approche de terrain ayant pour objectif de caractériser l'impact de trois trajectoires historiques représentatives des sols urbains sur les propriétés physico-chimiques des sols. Elle met en évidence le lien existant entre la trajectoire historique d'un sol et ses propriétés physiques et chimiques. L'impact des pratiques humaines sur les propriétés du sol semble de plus, être dépendant de l'intensité des pratiques exercée sur le sol. Ces liens encore aujourd'hui peu développés, pourraient être mis en avant par le développement d'un nouvel concept : l' « anthroposéquence ». La dernière approche est une approche expérimentale aidant à la caractérisation des processus pédogénétiques impliqués au cours de ces trajectoires historiques et à décrire l'évolution des propriétés physico-chimiques au cours du temps. Il en ressort que les effets individuels des pratiques peuvent être contraire à l'effet résultant de l'ensemble de ces pratiques. De plus, les processus pédogénétiques mis an avant au cours de ces expériences reflètent la réalité du terrain, renforçant ainsi la méthode expérimentale proposée. Ainsi, ces trois approches méthodologiques ont finalement été discutées afin de retranscrire les résultats obtenus en règles « simples » permettant la prédiction cartographique des types des sols et de certains paramètres agronomiques en milieux urbains par la connaissance des trajectoires historique.
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