Une thèse Cifre Cerema - Hydrasol - École des Ponts ParisTech pour optimiser les bienfaits de la nature en ville

La thèse Cifre, un dispositif phare de la recherche partenariale

Renforcer les échanges entre les laboratoires de recherche publique et les milieux socio-économiques, favoriser l'emploi des docteurs dans les entreprises et contribuer au processus d'innovation des entreprises établies en France, telle est la vocation des Conventions industrielles de formation par la recherche (Cifre). Financé par le ministère de l'Enseignement supérieur, de la Recherche et de l'Innovation, le dispositif Cifre n'a cessé de gagner en attractivité depuis sa création, en 1981. Avec la loi de programmation de la recherche, il prend de l'ampleur pour atteindre un objectif de 2 150 Cifre par an en 2027 (contre 1 500 en 2020).

Ce dispositif permet à l'entreprise de bénéficier d'une aide financière pour recruter un jeune doctorant dont les travaux de recherche, encadrés par un laboratoire public de recherche, conduiront à la soutenance d'une thèse. Plébiscité aussi bien par les entreprises que par les laboratoires et les doctorants, il constitue un levier pour initier et renforcer les coopérations public-privé en R&D et favoriser l'emploi des docteurs. Il concourt au processus d'innovation des entreprises françaises et à leur compétitivité.

Les bénéfices attendus sont :
- pour les doctorants, de préparer leur thèse dans un cadre professionnalisant et obtenir un emploi rapidement (90 % dans les 6 mois après la fin de la Cifre) ;
- pour les entreprises, de se doter d'une ressource humaine performante et sécuriser le temps consacré à la R&D ;
- pour les laboratoires, d’offrir une voie de professionnalisation pour les doctorants et se doter d'un potentiel de transfert et de la valorisation de la recherche.

Une thèse Cifre en partenariat avec l’École des Ponts ParisTech et Hydrasol

Porté par Hydrasol – un bureau d’études de trois employés qui propose des solutions d’optimisation des services écosystémiques rendus par la nature en ville en se basant sur la maîtrise du cycle de l’eau dans le continuum Sol-Plante-Atmosphère –, ce projet de thèse Cifre, issu du domaine de l’hydrologie, a comme thématique principale la gestion du ruissellement urbain à l’aide d’une nouvelle technique alternative : "l’arbre de pluie".

L’objectif principal de cette thèse Cifre, qui a débuté le 1^er janvier 2022, est de mieux comprendre le rôle que l’arbre remplit dans le cycle hydrologique et d’optimiser les bénéfices que cette solution offre pour la gestion des eaux pluviales urbaines et la régulation du confort thermique. Il s’agit d’aborder les problématiques scientifiques de compréhension des processus pédologiques et écophysiologiques liés au stockage, infiltration, dépollution et évapotranspiration, et également de répondre aux questionnements opérationnels des acteurs de terrain pour la plantation et l’entretien.

Le consortium constitué pour mener à bien le travail de thèse associe la société Hydrasol, le Laboratoire Eau et Environnement des Systèmes Urbains (LEESU) affilié à l’École des Ponts ParisTech, et l’équipe de recherche Transferts et Interactions liées à l’Eau en Milieux construits (TEAM) du Cerema, labellisé institut Carnot Clim’adapt.

"Les trames vertes et bleues sont aujourd’hui reconnues comme des solutions efficaces pour améliorer la résilience de nos villes face au changement climatique. Les solutions basées sur la nature comme les techniques alternatives pour la gestion des eaux pluviales sont ainsi de plus en plus incorporées dans les nouveaux aménagements. Cette thèse constitue une étape essentielle pour la détermination des essences d’arbres, leur implantation et les effets induits sur l’environnement en milieu urbain", explique Abdelkader Bensaoud, président d’Hydrasol.

Les arbres d’alignement ou « arbres de pluie » : une contribution au cycle de l’eau urbain

La végétation permet de contribuer à une gestion durable des eaux pluviales urbaines. Alimentés par les eaux de ruissellement de la voirie adjacente, les arbres d'alignement contribuent notamment à sa dépollution, par filtration dans la fosse de l’arbre, puis restituent l’eau vers la nappe ou à l’égout, ou vers l’atmosphère par évapotranspiration.

Si la théorie est bien renseignée, les aspects opérationnels le sont beaucoup moins :
•    Comment optimiser le stockage et l’évapotranspiration ?
•    Quelles sont les facteurs essentiels à réunir pour une efficacité optimale des arbres ?
•    Comment mettre en place et gérer ce type d’équipement par les différents services de la ville, et quel entretien prévoir ?

Il est nécessaire de réaliser plusieurs cas d’études mais aussi de tester, documenter et interpréter les données d’expérience. Le travail est mené principalement à l’échelle de l’arbre, en combinant des observations et des simulations numériques pour pouvoir généraliser les performances à l’échelle de la ville.

Un second volet de la thèse aborde les enjeux sociotechniques de la diffusion du système d’arbre de pluie à l’aide des méthodes issues des sciences humaines et sociales (SHS). Des entretiens semi-directifs seront programmés avec des acteurs opérationnels, en particulier avec les services techniques des collectivités. Il s’agira d’appréhender les freins et les leviers s’appliquant à la solution, et aussi de recueillir de premiers regards, y compris critiques, sur les enseignements obtenus. Sont également évoquées les questions économiques, en particulier les surcoûts de la solution (conception, entretien…) au vu de ses bénéfices et des coûts évités.

CeremaLab, un accompagnement pour les TPE comme Hydrasol

La convention d’accompagnement de cette thèse Cifre s’enchâsse dans le dispositif CeremaLab du Cerema qui permet de faciliter l’émergence d’innovations et d’accompagner les petites entreprises qui les portent, depuis le stade de la recherche jusqu’au stade de la mise en œuvre.

Dans ce contexte, l’équipe de recherche TEAM du Cerema est mise à contribution pour co-encadrer cette thèse en apportant son expertise de recherche en hydrologie quantitative et son savoir-faire en modélisation du bilan hydrologique des techniques de gestion à la source des eaux pluviales. "L'équipe TEAM est spécialisée autour des techniques végétalisées permettant la maîtrise à la source des eaux pluviales urbaines, une manne hydrique à valoriser dans le contexte du réchauffement climatique. L'encadrement de la thèse 'Hydrasol' autour de l'arbre de pluie permet de tester différentes solution à l'échelle 1:1, d'en voir les avantages, inconvénients et performances, de manière à faire les meilleurs choix lors du déploiement en situations réelles avec des collectivités locales", commente Emmanuel Berthier, ingénieur chercheur en hydrologie urbaine.

La conception, la mise en place et l’entretien des arbres urbains concernent les services techniques des collectivités territoriales, les architectes paysagistes ou les entreprises d’espaces verts. En accompagnant Hydrasol, CeremaLab remplit son rôle de passeur d’innovation au bénéfice de la société dans son ensemble.

Contacts pour toute question et intérêt

Siegfried Maiolino, directeur de projets Valorisations et Partenariats industriels : siegfried.maiolino@cerema.fr

Odile Dubois, cheffe de projet CeremaLab : odile.dubois@cerema.fr

Abdelkader Bensaoud, président de Hydrasol : abensaoud@hydrasol.fr

CeremaLab  est un dispositif dédié aux PME innovantes et aux startups développant des produits et services en lien avec les domaines d’activité du Cerema, pour accélérer leurs projets et augmenter leur impact sur les territoires. Il s’inscrit dans l’objectif de Clim’adapt – l’institut Carnot du Cerema – d’accroître ses interactions de recherche partenariale bilatérale avec les entreprises de petite taille. CeremaLab fait partie du réseau d’incubateurs Greentech Innovation du Ministère de la Transition écologique. Il collabore avec bpifrance, au profit des startups et des PME innovantes.