Which root properties and which tool-species can best stabilize degradation hotspots in Southern China ?
Quelles propriétés racinaires et quelles espèces-outils pour la stabilisation des points chauds de dégradation en Chine du Sud ?
Résumé
China is currently facing serious environmental issues and is listed among the countries that contribute most to pollution and destruction of the global environment. Particularly, Southern China is naturally prone to landslides because of unfavourable tectonic, climatic and anthropogenic conditions. Since the late 1990s, the Chinese government has implemented policies of large-scale reforestation, but the question of the most suitable species is still pending. The introduction of this thesis presents the different types of landslides, the context in Southern China and what eco-engineering means, in order to clarify the boundaries within which this work is situated. Thus, this study (i) limits itself to the study of superficial landslides, (ii) fits into the requirement scheme of low-cost solutions using local plant species, and (iii) focuses on the root, plant and hotspot degradation scales. Within those geographical, sociological, political and scientific frameworks, this thesis aims to answer the following scientific question: which species and root architectures are the most efficient to stabilize the steep slopes in Southern China? To answer this question, field data (in Southern China), laboratory experiments (in France) and the formulation of concepts are mobilized. The results are organized into two chapters. The first chapter identifies a panel of relevant and nonredundant traits assessing a given species effectiveness in slope stabilization, and then draws on that panel to select the most efficient Chinese species. The second chapter raises the question of the effectiveness of the presence of roots to stabilize slopes, first in terms of mechanical processes, then in terms of hydraulic processes. Finally, the discussion addresses the limitations of that work and suggests new avenues of research. Root traits relevant to assessing the root effectiveness to soil stabilization are maximum tensile stress and strain, nitrogen concentration as well as concentration in water-soluble sugars. The most efficient species among nine pioneer species measured on the Chinese slopes are Pueraria stricta, a legume native from Southeast Asia which plantation happened from reforestation programs, and Artemisia codonocephala, a spontaneous Asteraceae native from Southern China. Recommendations regarding the nine species are presented for the use of their characteristics in eco-engineering. From the mechanical as well as the hydraulic viewpoint, the conjunction of structural roots and fine roots is determinant. Structural roots alone are not optimal and may even bring up lines of weakness. Specifically, for both mechanical and hydric reasons, structural roots are particularly efficient when they grow downslope. Fine roots alone are not optimal either, as they can produce local areas of weakness which, if they are close, can participate in the triggering of a landslide. The branching organization is also particularly important: dense throughout the root profile, branches improve the mechanical stability. Oriented downslope, branching forks improve underground water flow and thus hydraulic stability. The limits of this thesis point out the difficulty to choose indicators and to follow their evolution over time. Another limitation lies in the difficulty to assess the relationship between roots and soil, as the only root resistance is not sufficient to prevent soil from sliding. Finally, the spatial integration of root properties remains challenging. In conclusion, this thesis contributes to improve the knowledge of the plant material available in the mountains of Southern China. Its results will optimize eco-engineering actions related to slope stability. It also upgrades the knowledge about processes at stake between roots and their environment during a landslide
La Chine est actuellement confrontée à de sérieux problèmes environnementaux et est listée parmi les pays qui contribuent le plus à la pollution et à la destruction de l'environnement mondial. En particulier, la Chine du Sud est une zone naturellement sujette aux glissements de terrain à cause de conditions tectoniques, climatiques et anthropiques particulièrement défavorables. Depuis la fin des années 1990, l'Etat chinois a mis en place des politiques de reforestation de grande envergure. mais il existe des lacunes de connaissances qu'il convient de combler. En particulier, le choix des espèces les plus adaptées n'est pas aisé parce que les processus par lesquels les plantes stabilisent les pentes ont besoin d'être mieux compris.En introduction, afin de mieux préciser les périmètres qui cadrent cette thèse, sont présentées la situation de la Chine du Sud au regard des glissements de terrain, la discipline d'éco-ingénierie et les solutions qu'elle peut apporter. Ainsi, ce travail (i) se concentre sur des espèces végétales locales, (ii) se limite aux glissements de terrain superficiels, et (iii) concerne à la fois les processus mécaniques et hydriques entre le sol et les racines. A l’intérieur de ces cadres, la thèse a pour objectif de répondre à la question scientifique : quels sont les propriétés racinaires qui influencent la stabilisation des pentes ? La réflexion est ensuite appliquée aux plantes de Chine du Sud afin d’identifier les meilleures espèces-outils. Pour répondre à cette question, à la fois les données de terrain (en Chine du Sud), les expériences de laboratoire (en France) et la formulation de concepts sont mobilisées. Les résultats sont organisés en deux chapitres. Le premier pose la question de l’efficacité de la présence de racines pour stabiliser les pentes, tous d’abord sous l’angle des processus mécaniques, puis sous l’angle des processus hydriques. Le deuxième chapitre permet d’identifier un panel de traits pertinents et non redondants évaluant l’efficacité d’une espèce pour la stabilisation des pentes puis s’appuie sur ce panel afin de sélectionner les espèces chinoises les plus efficaces. Enfin, la discussion aborde les limites de ce travail et propose de nouvelles pistes de recherche.Du point de vue mécanique comme du point de vue hydrique, c’est la conjonction des effets des racines de structure et des racines fines qui importe. Les racines de structure sanas racines fines ne sont pas optimales et peuvent même faire apparaître des lignes de fragilité. Plus précisément, les racines de structure sont particulièrement bienvenues vers l’aval de la pente pour des raisons à la fois mécaniques et hydriques. Les racines fines seules ne sont pas optimales non plus, elles peuvent faire apparaître localement des zones de faiblesse qui, si elles sont proches, participeront au déclenchement d’un glissement de terrain. Des ramifications racinaires denses améliorent la stabilité mécanique. Orientées vers l’aval de la pente, elles améliorent la stabilité hydrique. Les autres traits racinaires pertinents pour évaluer l’efficacité des racines à stabiliser le sol sont la contrainte et la déformation maximale en tension, la concentration en azote et la concentration en sucres solubles.
Origine : Version validée par le jury (STAR)