LES MÉTHODES DE DIMENSIONNEMENT OMAKËYA™

Dimensionner les infrastructures vivantes : de la mare au corridor écologique

Concevoir un écosystème résilient ne consiste pas uniquement à choisir les bonnes espèces ou à dessiner un beau plan.

Il faut également répondre à des questions très concrètes :

Quelle surface de mare ?
Quel volume de stockage ?
Quelle largeur de noue ?
Combien d’arbres planter ?
À quelle distance ?
Quelle longueur de haie ?
Quelle surface de forêt-jardin ?
Combien de mètres carrés de potager ?
Quelle capacité de réservoir ?
Quelle surface d’ombrage ?
Quelle largeur de corridor écologique ?
Quelle capacité faut-il prévoir en 2030, 2050 et 2100 ?

Le dimensionnement constitue donc le passage entre :

l’idée → la conception → la réalité physique.

Dans la Vision Omakëya™, chaque élément doit être dimensionné en fonction de son rôle écologique, climatique, hydrologique, biologique, productif et humain.

I. DIMENSIONNER UN ÉCOSYSTÈME N’EST PAS DIMENSIONNER UN OBJET

Dans l’ingénierie classique, on dimensionne souvent un équipement pour une fonction déterminée.

Une canalisation transporte un débit.

Un réservoir stocke un volume.

Une poutre supporte une charge.

Dans un écosystème, un même élément peut assurer plusieurs fonctions.

Une haie peut simultanément :

ralentir le vent ;
créer de l’ombre ;
produire de la biomasse ;
héberger des auxiliaires ;
connecter deux habitats ;
limiter l’érosion ;
modifier les flux hydriques.

Le dimensionnement doit donc rechercher :

le meilleur compromis multifonctionnel.

II. LA MÉTHODE GÉNÉRALE DE DIMENSIONNEMENT

Chaque infrastructure Omakëya™ peut suivre la même logique :

OBJECTIF   ↓FONCTION   ↓CONTRAINTES   ↓DONNÉES   ↓HYPOTHÈSES   ↓CALCUL   ↓DIMENSION   ↓VÉRIFICATION   ↓SIMULATION   ↓CONSTRUCTION   ↓MESURE   ↓AJUSTEMENT

III. LES DONNÉES D’ENTRÉE

Avant de calculer, il faut connaître le site.

Climat

précipitations ;
intensités de pluie ;
température ;
vent ;
rayonnement ;
évapotranspiration ;
sécheresses.

Topographie

altitude ;
pentes ;
orientation ;
talwegs ;
lignes de crête.

Sol

texture ;
structure ;
infiltration ;
profondeur ;
réserve utile ;
matière organique.

Hydrologie

bassin versant ;
surfaces contributives ;
ruissellement ;
nappes ;
niveaux d’eau.

Biologie

espèces ;
habitats ;
biodiversité ;
besoins écologiques.

Usages

habitation ;
agriculture ;
loisirs ;
production ;
circulation.

IV. LES ÉCHELLES DE DIMENSIONNEMENT

Le dimensionnement doit être réalisé à plusieurs horizons.

Échelle spatiale

quelques mètres → parcelle → exploitation → commune → bassin versant → territoire.

Échelle temporelle

aujourd’hui → 2030 → 2050 → 2100.

Un arbre, une forêt ou une mare ne doivent pas être dimensionnés uniquement pour leur état initial.

V. DIMENSIONNER UNE MARE

La mare peut assurer :

biodiversité ;
stockage temporaire ;
abreuvement selon réglementation et conception ;
réserve d’eau selon contexte ;
paysage ;
microclimat local.

Il faut distinguer :

Volume géométrique

V=S×h

dans le cas très simplifié d’un volume prismatique.

En pratique, la forme est généralement irrégulière.

On utilise alors : V≈i∑SiΔhi

par intégration ou méthode des tranches.

VI. PROFIL D’UNE MARE

Une mare écologique ne doit pas être pensée comme une simple cuvette profonde.

Il faut prévoir différentes profondeurs :

Berge  \   \____ zone littorale        \         \____ zone intermédiaire              \               \____ zone profonde

La diversité des profondeurs crée une diversité de conditions :

température ;
lumière ;
végétation ;
oxygénation ;
habitats.

Le dimensionnement biologique est donc aussi important que le volume hydraulique.

VII. DIMENSIONNER UNE NOUE

Une noue doit permettre de :

recevoir l’eau ;
ralentir l’écoulement ;
favoriser l’infiltration ;
éventuellement stocker temporairement l’eau ;
évacuer le surplus sans érosion.

Le dimensionnement dépend notamment de :

surface contributive ;
pluie de projet ;
coefficient de ruissellement ;
pente ;
infiltration ;
volume disponible.

VIII. VOLUME DE RUISSELLEMENT

Une première approximation peut utiliser : Vr=P×A×C

avec :

Vr = volume ruisselé ;
P = hauteur de pluie ;
A = surface contributive ;
C = coefficient de ruissellement.

Attention aux unités : si P est exprimée en mètres et A en m², le volume obtenu est en m³.

Cette relation constitue un premier niveau de dimensionnement, à compléter par une analyse hydraulique lorsque les enjeux sont importants.

IX. DIMENSIONNER UN BASSIN

Le bassin doit être étudié selon :

volume entrant ;
volume de stockage ;
débit sortant ;
infiltration ;
évaporation ;
volume de sécurité.

On peut établir un bilan simplifié : ΔV=Ventreˊes−Vsorties

avec : Vsorties=Vdeˊversement+Vinfiltration+Veˊvaporation+Vpreˊleˋvements

Le bassin devient alors un véritable système dynamique.

X. LE DIMENSIONNEMENT DES RÉSERVOIRS

Pour une récupération d’eau de pluie : Vcollecteˊ=P×A×C

Mais le volume optimal du réservoir n’est pas nécessairement égal au volume d’une pluie exceptionnelle.

Il faut comparer :

apports ;
consommation ;
saisonnalité ;
fréquence des pluies ;
période sèche ;
volume disponible.

Le dimensionnement pertinent est donc généralement basé sur un bilan hydrique temporel.

XI. SIMULATION JOUR PAR JOUR

Pour une installation importante, on peut simuler :

Jour ↓Pluie ↓Volume entrant ↓Évaporation ↓Consommation ↓Infiltration ↓Volume restant ↓Jour suivant

On obtient ainsi :

niveau minimum ;
niveau maximum ;
fréquence de débordement ;
fréquence de rupture de stock ;
volume optimal.

XII. DIMENSIONNER UNE HAIE

Une haie doit être dimensionnée selon sa fonction.

Haie brise-vent

Priorités :

hauteur ;
porosité ;
longueur ;
orientation.

Haie écologique

Priorités :

diversité ;
continuité ;
largeur ;
étagement.

Haie productive

Priorités :

espèces ;
rendement ;
accessibilité ;
renouvellement.

XIII. LA HAUTEUR ET LA ZONE PROTÉGÉE

L’effet d’une haie dépend notamment de sa hauteur H, de sa porosité et de la structure du vent.

Une approche simplifiée consiste à raisonner en multiples de H.

On peut alors analyser :

        HAIE          │          │ H          │──────────┼──────────────────          │       zone d'influence          ↓     plusieurs × H

Mais il faut éviter de considérer une distance unique comme universelle : l’efficacité dépend fortement de la porosité, de la hauteur, du profil de terrain et des conditions atmosphériques.

XIV. DIMENSIONNER UNE FORÊT

Le dimensionnement d’une forêt ne peut pas être réduit au nombre d’arbres.

Il faut considérer :

surface ;
densité ;
structure ;
diversité ;
disponibilité en eau ;
profondeur du sol ;
exposition ;
concurrence ;
régénération.

On peut distinguer :

Phase de plantation

Densité initiale.

Phase de croissance

Compétition.

Phase de maturation

Structure verticale.

Phase de vieillissement

Arbres-habitats, bois mort, régénération.

Le système doit donc être dimensionné pour son cycle de vie.

XV. DISTANCE DE PLANTATION

Pour une plantation régulière : N≈dxdyA

où :

N = nombre d’arbres ;
A = surface ;
dx = distance entre lignes ;
dy = distance sur la ligne.

Mais cette approche géométrique doit être corrigée selon :

développement adulte ;
sol ;
disponibilité hydrique ;
espèces ;
objectif ;
éclaircissage prévu.

XVI. DIMENSIONNER UN VERGER

Le verger doit être conçu simultanément selon :

Biologie

pollinisation ;
floraison ;
porte-greffes ;
vigueur.

Climat

gel ;
chaleur ;
sécheresse ;
vent.

Sol

profondeur ;
drainage ;
fertilité.

Production

rendement ;
récolte ;
accessibilité.

Biodiversité

haies ;
bandes fleuries ;
arbres auxiliaires ;
habitats.

XVII. DIMENSIONNER UN POTAGER

Le dimensionnement doit partir des besoins réels. Sp=RB

où :

Sp = surface productive ;
B = besoin annuel ;
R = rendement utilisable par unité de surface.

Mais le rendement dépend :

du climat ;
du sol ;
de l’eau ;
de la variété ;
de la saison ;
des ravageurs ;
des techniques culturales.

Le modèle doit donc intégrer une marge de sécurité.

XVIII. LE POTAGER RÉSILIENT

Le dimensionnement ne doit pas rechercher uniquement le rendement maximal.

Il faut aussi rechercher :

rendement + diversité + sécurité + résilience.

Une production légèrement inférieure mais beaucoup plus stable peut être préférable à une production maximale extrêmement variable.

XIX. DIMENSIONNER L’OMBRAGE

L’ombrage est une infrastructure climatique.

Il faut déterminer :

période de la journée ;
saison ;
surface à protéger ;
hauteur de l’obstacle ;
trajectoire solaire ;
orientation.

On doit donc utiliser la géométrie solaire.

XX. L’OMBRE DYNAMIQUE

Un arbre ne produit pas une ombre fixe.

L’ombre varie avec :

heure ;
saison ;
latitude ;
hauteur du soleil ;
azimut ;
hauteur de l’arbre ;
largeur de la couronne.

Le dimensionnement de l’ombrage doit donc être réalisé dans le temps.

XXI. OMBRAGE ET BILAN ÉNERGÉTIQUE

L’objectif n’est pas seulement de produire de l’ombre.

Il faut réduire :

rayonnement solaire direct ;
température des surfaces ;
échauffement des bâtiments.

Tout en conservant éventuellement :

lumière hivernale ;
ventilation ;
confort ;
production végétale.

Le meilleur ombrage est souvent saisonnier et sélectif.

XXII. DIMENSIONNER LES CORRIDORS ÉCOLOGIQUES

Le corridor doit être dimensionné selon :

espèces cibles ;
largeur ;
continuité ;
qualité des habitats ;
fragmentation ;
obstacles.

Il n’existe donc pas une largeur universelle.

Un corridor pour certains insectes n’a pas les mêmes exigences qu’un corridor destiné à des mammifères forestiers.

XXIII. CORRIDOR = LARGEUR + CONTINUITÉ + QUALITÉ

Un corridor doit être analysé selon trois dimensions :

Largeur

Surface disponible.

Continuité

Absence de rupture.

Qualité

Capacité réelle à accueillir et faire circuler les organismes.

Une bande végétale large mais isolée peut être moins fonctionnelle qu’un réseau plus fin mais correctement connecté.

XXIV. LES ABAQUES OMAKËYA™

L’ouvrage peut progressivement constituer une véritable bibliothèque d’abaques.

Abaques hydrologiques

pluie → volume ;
surface → ruissellement ;
débit → section ;
infiltration → temps de vidange.

Abaques végétaux

hauteur → ombre ;
hauteur → zone d’influence ;
densité → couverture.

Abaques agricoles

surface → production ;
surface → besoins hydriques ;
population → surface productive.

Abaques écologiques

surface → habitats ;
distance → connectivité ;
largeur → fonction écologique.

XXV. TABLEAU DE DIMENSIONNEMENT SYNTHÉTIQUE

Infrastructure	Variables principales	Méthode
Mare	surface, profondeur, volume	géométrie + bilan hydrique
Noue	débit, pente, section, infiltration	hydraulique + infiltration
Bassin	apports, stockage, évacuation	bilan hydrologique
Réservoir	pluie, surface, demande	bilan temporel
Haie	hauteur, porosité, longueur	géométrie + aérodynamique
Forêt	surface, densité, structure	écologie + sylviculture
Potager	besoins, rendement	bilan de production
Verger	espèces, distances, pollinisation	architecture + biologie
Ombrage	soleil, hauteur, couronne	géométrie solaire
Corridor	largeur, distance, habitats	écologie du paysage

XXVI. NIVEAUX DE DIMENSIONNEMENT

Pour éviter les erreurs, la méthode Omakëya™ peut utiliser quatre niveaux.

Niveau 1 — Pré-dimensionnement

Calcul rapide.

Objectif :

ordre de grandeur.

Niveau 2 — Dimensionnement technique

Calcul détaillé.

Objectif :

projet.

Niveau 3 — Simulation

Modèle temporel ou spatial.

Objectif :

vérification.

Niveau 4 — Mesure

Comparaison entre modèle et réalité.

Objectif :

validation.

XXVII. LES MARGES DE SÉCURITÉ

Un système vivant doit être dimensionné avec des marges.

Par exemple :

incertitude climatique ;
incertitude hydrologique ;
évolution des usages ;
croissance végétale ;
événements extrêmes.

Mais une marge excessive peut aussi générer :

coût inutile ;
occupation excessive ;
surdimensionnement ;
entretien supplémentaire.

Il faut donc rechercher :

la robustesse plutôt que le surdimensionnement systématique.

XXVIII. DIMENSIONNER POUR LE CLIMAT FUTUR

Une infrastructure végétale possède une durée de vie parfois très longue.

Il faut donc tester :

Aujourd’hui

conditions actuelles.

2050

conditions climatiques intermédiaires.

2100

conditions potentiellement beaucoup plus contraignantes.

Le dimensionnement devient alors : D=f(climat actuel,climat futur,usage,reˊsilience)

XXIX. LE DIMENSIONNEMENT ADAPTATIF

Plutôt que de construire immédiatement le système final, on peut concevoir un système évolutif.

Exemple :

2026 ↓infrastructure initiale ↓2035 ↓extension ↓2050 ↓adaptation ↓2075 ↓réorganisation

Cette approche est particulièrement intéressante pour :

forêts ;
réseaux hydrauliques ;
corridors ;
villes ;
agriculture.

XXX. LE DIMENSIONNEMENT MULTICRITÈRE

Une infrastructure peut être évaluée selon :

Critère	Poids
Eau	25 %
Climat	20 %
Biodiversité	20 %
Production	15 %
Énergie	10 %
Coût	10 %

Les poids doivent naturellement être adaptés au projet.

On peut alors comparer plusieurs solutions.

XXXI. OPTIMISATION

Le dimensionnement peut devenir un problème d’optimisation : maxR

avec : R=f(Eau,Climat,Biodiversiteˊ,Production,Confort,Cou^t)

sous contraintes :

surface disponible ;
budget ;
eau disponible ;
réglementation ;
entretien ;
contraintes techniques.

On passe ainsi du simple calcul à la conception optimisée.

XXXII. LE DIMENSIONNEMENT PAR SCÉNARIOS

Une solution doit être testée dans plusieurs conditions :

Scénario normal

année climatique moyenne.

Scénario sec

déficit hydrique important.

Scénario humide

fortes précipitations.

Scénario canicule

températures extrêmes.

Scénario extrême

combinaison de plusieurs contraintes.

La meilleure solution n’est pas nécessairement celle qui maximise les performances dans le scénario moyen.

C’est souvent celle qui conserve une performance acceptable dans les scénarios défavorables.

XXXIII. LA MATRICE DE ROBUSTESSE

Solution	Normal	Sécheresse	Canicule	Pluie extrême	Robustesse
A	+++	+	++	+	faible
B	++	+++	+++	++	forte
C	+++	++	+++	+++	très forte

Cette méthode permet de visualiser rapidement la robustesse des solutions.

XXXIV. DU CALCUL À L’ABAQUE NUMÉRIQUE

Dans la suite du tome, on pourra construire une véritable bibliothèque de dimensionnement Omakëya™ :

calculateurs ;
feuilles de calcul ;
abaques ;
tableaux ;
modèles SIG ;
modèles hydrologiques ;
modèles thermiques ;
modèles de croissance ;
modèles écologiques.

L’objectif serait de transformer progressivement les principes scientifiques des Tomes précédents en outils opérationnels de conception.

XXXV. LE GRAND TABLEAU DU DIMENSIONNEMENT OMAKËYA™

                     SITE                       ↓                   DIAGNOSTIC                       ↓                  OBJECTIFS                       ↓                FONCTIONS                       ↓                CONTRAINTES                       ↓                    DONNÉES                       ↓                   CALCULS                       ↓                PRÉ-DIMENSIONNEMENT                       ↓                DIMENSIONNEMENT                       ↓                   SIMULATION                       ↓                OPTIMISATION                       ↓                  CONSTRUCTION                       ↓                    MESURES                       ↓                   VALIDATION                       ↓                ADAPTATION FUTURE

Dimensionner le vivant

Le dimensionnement Omakëya™ ne consiste donc pas à appliquer mécaniquement une formule.

Il consiste à transformer une fonction écologique, climatique, hydrologique ou productive en une réalité spatiale et physique mesurable.

Une mare devient :

surface + profondeur + volume + alimentation + débordement + habitats.

Une haie devient :

hauteur + largeur + porosité + longueur + espèces + orientation.

Une forêt devient :

surface + structure + densité + diversité + eau + dynamique temporelle.

Un verger devient :

arbres + distances + pollinisation + sols + eau + climat + production.

Un corridor devient :

largeur + continuité + qualité + habitats + connexions.

Et le territoire devient :

un immense système interconnecté qu’il est possible d’observer, mesurer, calculer, simuler et progressivement optimiser.

Dans la Vision Omakëya™, on ne plante pas simplement des arbres, on dimensionne une infrastructure vivante.
On ne creuse pas simplement une mare, on dimensionne un système hydrologique et écologique.
On ne crée pas simplement une haie, on dimensionne un dispositif climatique, biologique et paysager.

C’est cette transformation du « faire » en « concevoir, calculer, vérifier et piloter » qui fait passer l’approche Omakëya™ du jardinage écologique à une véritable ingénierie des écosystèmes.