Contribution to the consideration of ecosystem services in the integrated assessment of nature-based solutions in urban environments | Contribution à la prise en compte des services écosystémiques dans l'évaluation intégrée des solutions fondées sur la nature en milieu urbain

English. The urgency of the fight against climate change and the collapse of biodiversity no longer needs to be demonstrated. Nature-based solutions (NBS) and the ecosystem services they provide have been identified as important levers of action in this joint struggle. Urban living conditions, which affect the majority of humankind, increase this challenge. In this context, assessing the impacts of NBS is vital. However, we still lack an evaluation method that considers both the positive impacts of NBS (provided services) and the negative impacts (environmental costs of NBS implementation). To fill this gap, the CSTB has been developing an integrated assessment method for several years, the HIBOU 2030 method, based on life cycle assessment (LCA) and aimed at an objective evaluation of NBS and the ecosystem services they provide. This thesis is part of the HIBOU 2030 method and aims to contribute to the development of this integrated method for evaluating NBS, focusing on models for characterizing the ecosystem services of stormwater management and biodiversity support, at the development scale of a project, and using LCA to assess the environmental costs of NBS. Three NBS are considered: green roofs, urban trees and vegetated permeable pavements. The main contributions of the thesis are: - The development of an integrated water balance model at the project scale that considers different surface typologies, including the three NBS, and that enables the calculation of different stormwater management indicators (e.g. runoff, retention, etc.); - The development of a model for the biodiversity support service, that enables the calculation of a functional diversity indicator, the FAD (Functional Attribute Diversity), in an urban context; - The construction of LCA impact sheets for urban trees and vegetated permeable pavements. These methodological developments were first applied to different types of surfaces (e.g. green roofs, vegetated permeable pavements, trees in pits or boxes, permeable surfaces with bare soil, short vegetation or trees, impermeable surfaces with or without trees, etc.) and then to five scenarios of a case study (the ensemble formed by the Bienvenue site and the ENPC, in Champs-sur-Marne, in the French Île-de-France region). The results of the case study demonstrate the crucial importance of a multi-criteria, integrated approach, addressing the various aspects assessed (LCA, stormwater management and biodiversity support), to enable effective decision-making. The most advantageous scenario varies greatly according to the objective sought. The work carried out is then discussed, and the main prospects are identified: improvement of the models, their validation and the databases used, operationalization and automation of the method, and consideration of the interactions between the different aspects considered (e.g. stormwater management and biodiversity support).

French. L'urgence de la lutte contre le changement climatique et l'effondrement de la biodiversité ne sont plus à démontrer. Les solutions fondées sur la nature (SFN) et les services écosystémiques qu'elles fournissent sont identifiés comme des leviers d'action importants dans cette lutte conjointe. Les conditions de vie urbaines, concernant la majorité de l'humanité, accroissent cet enjeu. Dans ce contexte, l'évaluation des impacts des SFN est capitale. Cependant, il manque encore d'une méthode d'évaluation considérant à la fois les impacts positifs des SFN (services rendus) et les impacts négatifs (coûts environnementaux de la mise en place des SFN). Pour répondre à ce manque, le CSTB développe depuis plusieurs années une méthode d'évaluation intégrée, la méthode HIBOU 2030, basée sur l'analyse de cycle de vie (ACV) et visant une évaluation objective des SFN et des services écosystémiques qu'elles fournissent. La thèse se place dans le cadre de la méthode HIBOU 2030 et a ainsi pour objectif de contribuer au développement de cette méthode intégrée d'évaluation des SFN, en se concentrant sur les modèles pour caractériser les services écosystémiques de gestion des eaux pluviales (GEP) et d'accueil de la biodiversité, à l'échelle d'un projet d'aménagement, et en s'appuyant sur l'ACV pour l'évaluation des coûts environnementaux des SFN. Trois SFN sont prises en compte : les toitures végétalisées, les arbres urbains et les sols drainants végétalisés. Les apports principaux de la thèse sont : - Le développement d'un modèle pour la réalisation d'un bilan hydrique intégré à l'échelle du projet incluant différentes typologies de surfaces dont les trois SFN et permettant le calcul de différents indicateurs de GEP (ex : ruissellement, rétention, etc.) ; - Le développement d'un modèle pour le service d'accueil de la biodiversité permettant le calcul d'un indicateur de diversité fonctionnelle, le FAD (Functional Attribute Diversity), dans le contexte urbain ; - La construction de fiches d'impacts ACV pour les arbres urbains et les sols drainants végétalisés. Ces développements méthodologiques ont d'abord été appliqués aux différents types de surfaces (ex : toitures végétalisées, sols drainants végétalisés, arbres en fosses ou en bacs, surfaces perméables avec sol nu, végétation basse ou arbres, surfaces imperméables avec ou sans arbres, etc.) puis sur cinq scénarios d'un cas d'étude (ensemble formé par le site Bienvenue et l'ENPC, à Champs-sur-Marne, Île-de-France). Les résultats du cas d'étude montrent l'importance cruciale d'une approche multicritère et intégrée, permettant d'aborder les différents aspects évalués (ACV, GEP et biodiversité), pour permettre une prise de décisions efficace. Le scénario le plus avantageux variant grandement en fonction de l'objectif recherché. Le travail effectué est ensuite discuté et les principales perspectives sont identifiées : amélioration des modèles, de leur validation et des bases de données utilisées, opérationnalisation et automatisation de la méthode et prise en compte des interactions entre les différents aspects considérés (ex : GEP et biodiversité).