Restauration écologique en carrière, habitats analogues et résistances aux invasions végétales | Ecological restoration in quarry, analogous habitats and resistances to plant invasion

English. Growing concern over the continued global loss of biodiversity has led to increased efforts for biodiversity conservation and restoration in anthropogenic ecosystems. Mining activities and introduction of exotic species are listed as two of the seven major causes of human disturbance. Many studies have shown that adequate quarry management can significantly improve biodiversity. On the other hand, it is generally accepted that the choice of an appropriate target ecosystem is a decisive factor in the success of any restoration program, particularly in anthropogenic ecosystems. One of the major challenges in these novel ecosystems is to identify to which natural habitat they can be analogous (to define new restoration targets) and to deepen our understanding of the ecological (taxonomic and functional) succession that is naturally taking place in these human ecosystems, in order to know how and under which circumstances can restoration programs rely on spontaneous succession to sufficiently develop the target habitat (passive restoration) and when and to what extent human intervention is more effective (active restoration). In this thesis, we studied the assumption that dry zones of calcareous quarries could be analogous to semi-natural grasslands, and that these natural habitats could be used as restoration target of these dry zones. We based our reasoning on this same premise to establish seed mixtures sown in active restoration, choosing a priori calcareous grasslands species, also because these communities have a dominance of species harboring stress-tolerance strategies, which are theoretically more adapted to this type of bare substrate. We examined plant communities’ types that spontaneously assemble in these dry areas, both taxonomically and functionally, and compared these communities to those of semi-natural reference habitats. To that purpose, we compared field inventories in dry areas of calcareous quarries in the Walloon Region with semi-natural grasslands references vegetation. We also tested the installation of seed mixtures of semi-natural grassland species on different quarry substrates, by the establishment of experimental tests in three quarries of the Walloon Region. The various studies carried out during this thesis allowed the evaluation of passive and active restoration on dry zones of calcareous quarries. They allowed putting into perspective implications for quarry management, in several areas tested through the thesis. White chalk or dolomite dry areas of limestone quarries can naturally be oriented by passive restoration to hay meadows, a community of interest throughout the Walloon Region. It has been demonstrated that on calcareous spoil heap, a technical improvement of the substrate by the addition of a large spectrum of granulometry raw spoil (0-30 mm), allows a considerable improvement of the capacity of grassland species to settle along with a better resistance to Buddleja davidii Franch invasion. Finally, on dry areas of hard limestone quarries, where plant assemblages naturally tend towards mesophilous calcareous grasslands, active interventions could be carried out to promote assemblages of species similar to species-rich temperate grasslands, which have a particularly high conservation value. To that purpose, several restorations options are practicable after exploitation, according to targeted temporality criteria, financial resources that can be allocated and long-term management resources. These techniques include: passive restoration after overcoming dispersion limits; technical improvement of the substrate by the addition of a large spectrum of granulometry raw spoil (0-30 mm) or mimicry of the natural succession by initiating processes with ruderal species. Furthermore, this thesis allowed to identify the main components of biodiversity that should be targeted in order to implement relevant and accepted by all restoration and management actions at European level, to promote and conserve biodiversity at a regional level. In any case, this thesis is a new contribution to the definition of potential analogous habitats in anthropogenic habitats, and to the knowledge of practical methods to optimize ecological restorations in these disturbed limestone quarries habitats, with a view to reaching a balance between installation of vegetation of interest for the conservation of biodiversity and resistance to plant invasions.

French. Les préoccupations croissantes concernant la perte continue de la biodiversité à l’échelle mondiale ont entraînés des efforts accrus pour la conservation de la biodiversité et la restauration dans les écosystèmes anthropogéniques. L'exploitation minière et l'introduction d'espèces exotiques sont listées parmi deux des sept principales causes de perturbations anthropiques. Il a été démontré à travers de nombreuses études, qu’une gestion adéquate des carrières peut améliorer considérablement la biodiversité. D’autre part, il est généralement admis que le choix d'un écosystème cible approprié est un facteur déterminant du succès de tout programme de restauration, et ce particulièrement dans les écosystèmes anthropogéniques. Un des défis majeurs avec ces nouveaux écosystèmes est d’identifier à quel habitat naturel ils peuvent être analogues (afin de définir de nouvelles cibles de restauration) et d’approfondir les connaissances sur la succession écologique (taxonomique et fonctionnelle) qui se met naturellement en place dans ces écosystèmes anthropiques, afin de savoir à quel point et dans quelles circonstances les programmes de restaurations peuvent compter sur la succession spontanée pour développer suffisamment l’habitat cible (restauration passive) et quand et dans qu’elle mesure une intervention humaine est plus efficace (restauration active). Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié l’hypothèse selon laquelle les zones sèches des carrières calcaires pouvaient être des analogues des écosystèmes naturels de pelouses semi-naturelles, et que ces habitats naturels pouvaient être utilisés comme cible de restauration de ces zones sèches. Nous avons basé notre raisonnement sur ce même postulat, pour construire les mélanges de graines semés en restauration active, en choisissant à priori des espèces de pelouses calcaires, également car ces communautés présentent une dominance d’espèces à stratégies de stress-tolérance théoriquement adaptées à ce type de substrat dénudé. Nous avons examiné les types de communautés végétales, tant d’un point de vue taxonomique que fonctionnel, qui se rassemblent spontanément dans ces zones sèches et avons comparé ces communautés aux communautés des habitats semi-naturels de référence. Cela a été réalisé à l’aide de la comparaison d’inventaires de terrain dans les zones sèches des carrières calcaires en Région Wallonne, aux végétations de pelouses semi-naturelles de référence. Nous avons également testé l’installation de mélanges de graines de pelouses semi-naturelles sur différents substrats de carrière calcaire, par l’établissement de dispositifs expérimentaux dans trois carrières de la Région Wallonne. Les différentes études menées au cours de cette thèse on permit d’évaluer la restauration passive et active sur les zones sèches des carrières calcaires. Elles permettent de mettre en perspective des implications pour la gestion en carrière, sur plusieurs zones testées à travers la thèse. Les zones sèches des carrières calcaires de craie blanche ou dolomie peuvent s’orienter naturellement par restauration passive vers les prairies de fauche, communauté d’intérêt à l’échelle de la Région Wallonne. Il a été démontré que sur les buttes de découverture à charge calcaire, une amélioration technique du substrat par l’apport de graviers à large spectre de granulométrie (0-30 mm), permet à la fois une amélioration considérable de la capacité des espèces de pelouses calcaires à s’installer et une meilleure résistance à l’invasion par le Buddleja davidii Franch. Enfin, sur les zones sèches des carrières de calcaire dur, où les assemblages de plantes ont tendance à se succéder naturellement vers les pelouses calcaires mésophiles, une intervention active pourrait être menée pour promouvoir des assemblages d’espèces analogues aux pelouses tempérées riches en espèces, qui ont une valeur de conservation particulièrement élevée. Pour ce faire, plusieurs optiques de restaurations après l’exploitation sont envisageables, en fonction des critères de temporalité ciblés, des ressources financières qui peuvent être alloués et des ressources de gestion à long terme. Ces techniques incluent : la restauration passive après avoir surmonté les limites à la dispersion ; une amélioration technique du substrat par l’apport de graviers à large spectre de granulométrie (0-30 mm) ou un mimétisme de la succession naturelle en initiant les processus par des espèces rudérales. En outre, cette thèse a permis d’identifier les composantes principales de la biodiversité qui devraient être ciblées pour mettre en place des actions de restaurations et de gestion pertinentes et acceptées par tous, à l’échelle européenne, afin de promouvoir et conserver la biodiversité à l’échelle régionale. Quoi qu’il en soit, cette thèse est une nouvelle contribution à la définition d’habitats analogues potentiels dans des habitats anthropogéniques et à la connaissance des méthodes pratiques pour optimiser les restaurations écologiques dans ces habitats perturbés, que sont les carrières calcaires, en vue d’un équilibre entre installation d’une végétation d’intérêt pour la conservation de la biodiversité et résistance aux invasions végétales.