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J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Risques de transfert des produits phytosanitaires de la.

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1 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Risques de transfert des produits phytosanitaires de la parcelle dapplication vers les eaux souterraines Jean-Emmanuel Delphin Equipe agriculture durable Inra Colmar

2 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 pesticide système pris en compte : couche de sol prospectée par les racines rétention désorption complexes adsorbants adsorption produits adsorbés lessivage absorp- tion photodégradation dégradation biologique microorganismes ruissellement volatilisation transferts eau/air Devenir des produits phytosanitaires dans le sol 0 5%

3 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Migration de leau dans le sol Très forte variabilité des mouvements de leau dans le sol liée : - à la diversité des entrées deau en surface, - à lhétérogénéité de létat structural du sol (topographie en surface, diversité de la porosité dans le profil, couches stratigraphiques …) Les mouvements de leau peuvent schématiquement être rangés dans deux catégories : - migrations lentes entre un gradient de tension dans les pores fins du sol = écoulements matriciels, - migrations rapides par gravité dans les pores les plus grossiers = écoulements préférentiels. Les migrations rapides ralentissent avec la profondeur du fait des échanges latéraux avec la porosité fine et génèrent des écoulements matriciels localisés.

4 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 19/10/07 daprès M. Schlather, B. Huwe / Journal of Hydrology 310 (2005) Visualisation du tracé de leau dans le sol par un colorant, analyse dimage associée Migration de leau dans le sol Écoulement matriciel Écoulement rapide (effet entonnoir) Écoulement rapide (voie rapide) Profondeur maxi de pénétration

5 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Migration de leau dans le sol et transport de solutés Le transfert des solutés dans le sol dépend pour lessentiel de leur disponibilité cest-à-dire la concentration à laquelle ils sont présents sous forme dissoute dans leau du sol. La disponibilité dun produit au lessivage est principalement liée : - à sa solubilité dans leau, - à sa rétention dans le sol, - à sa dégradation dans le temps.

6 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Rétention et transport des produits phytosanitaires dans le sol Les pesticides sont impliqués dans des processus dadsorption/désorption qui conduisent à leur partition entre les états disponible et non disponible (adsorbé). Ladsorption se traduit aussi par un retard de migration du produit par rapport à celle de leau. Le retard est dautant plus important que la rétention du produit dans le sol est forte. La rétention est déterminée à partir dune suspension de terre dans une solution de pesticide ; elle est mesurée par le coefficient Kd et Koc (expression normalisée de Kd). Kd ou Koc élevé = disponibilité faible. Le Koc moyen dun pesticide fourni par les bases de données est souvent considéré (non sans risques) comme un critère de mobilité du produit. Le « retardation factor » R permet destimer la différence entre la vitesse de migration du produit phytosanitaire dans le sol et celle de leau. Le retardation factor ne sapplique que pour la migration lente de leau dans le sol.

7 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Représentation schématique de la migration de leau et de produits phytosanitaires dans le sol écoulement matriciel lent micro/mésopores écoulement hétérogène micro/mésopores écoulement préférentiel rapide macropores

8 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Persistance des produits phytosanitaires dans le sol La dégradation est un processus clé de la réduction de la disponibilité des produits. - Elle peut être abiotique et biotique. - Elle aboutit à la formation de produits minéraux et/ou organiques (métabolites). - Elle est à la fois caractéristique du produit et des conditions de lenvironnement. La dégradation est appréhendée par le suivi de la disparition du produit dans le sol. Elle est mesurée au laboratoire par la DT 50 ou durée de demi-vie de disparition, cest le temps nécessaire pour que la moitié du produit introduit disparaisse. La DT 50 rend compte du fait que le produit a disparu de léchantillon de sol,ce qui recouvre la dégradation et la formation de résidus non extractibles (résidus liés). Plus la DT 50 dun produit dans le sol est élevée plus sa disponibilité est prolongée et avec elle le risque quil soit entraîné en profondeur par lessivage. On prend souvent (à tort) la moyenne des DT 50 dun pesticide tirée de bases de données pour estimer la persistance du produit dans le sol.

9 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Mobilisation des produits non extractibles du sol Les produits phytosanitaires et leurs métabolites évoluent vers des formes non disponibles qui résultent dune stabilisation : - physique par séquestration dans des pores très fins, - chimique par liaison notamment avec des substances humiques, - microbiologique par incorporation dans la biomasse microbienne. Cest la fraction des produits dans le sol qui nest ni minéralisée ni extraite. Le phénomène peut concerner 5 à 70% des quantités de produit appliquées. Il intervient principalement dans la première couche de sol riche en MO et à forte activité biologique. Le risque de mobilisation (relargage) des produits non extractibles concernerait la stabilisation physique. Les quantités libérées seraient limitées et étalées dans le temps. Une fois libérés, les résidus non extractibles ont le même sort que les produits disponibles.

10 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Pour résumer… Dans les zones de sol soumises à des flux lents : - on peut raisonnablement prédire le transfert dun soluté à partir de ses caractéristiques de mobilité et de persistance. Dans les zones de sol soumises à des flux deau très rapides : - les propriétés du produit transporté dissous dans leau interviennent peu. Schématiquement, les écoulements rapides transportent quasi instantanément des quantités inconnues du soluté sur une profondeur inconnue. On ne sait pas comment ces processus se déclanchent et sentretiennent en raison dune méconnaissance des états structuraux du sol, - après leur transport en profondeur par transfert préférentiel, les produits principalement localisés dans les micropores migrent avec les flux lents. La profondeur de pénétration des produits lors des écoulements préférentiels seraient un bon indicateur des risques ultérieurs de contamination des eaux souterraines.

11 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Calcul simplifié du transfert (indices) - Attenuation factor (proportion du pesticide introduit atteignant la nappe) Critères pris en compte : réserve en eau du sol au-dessus de la nappe, vitesse de dégradation du produit (DT50), rétention (R (Kd)) et conditions hydriques du milieu. Comment prévoir un risque de lessivage ? Classement des produits phytosanitaires - sur un critère (Koc, DT50), - sur une combinaison de critères : indice GUS (DT50 et Koc) Notation de pratiques agricoles (critères produit, milieu et technique) : - à la parcelle, indicateur I-PHY eaux souterraines (GUS+sol+technique), - à la région, méthode SIRIS (nature du produit et modalités de traitement). Ces méthodes dévaluation ne prennent pas en compte le risque découlements préférentiels. La réalité se situant entre tout matriciel et tout préfé- rentiel, on peut admettre que lutilisation de critères valides en écoulement matriciel reste en partie pertinente.

12 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Comment prévoir les risques de lessivage ? (suite) Modélisation numérique du transport de leau et de solutés - Exemple, MACRO, prise en compte notamment : * des écoulements matriciel et préférentiel de leau, * de la rétention et de la persistance du produit phytosanitaire, * de lincidence dune culture. Approche FOOTPRINT FS Calculer le transfert de pesticides à laide des modèles MACRO et PRZM pour scénarios couvrant les principaux cas de figure delUE et croisant : * une typologie des climats européens, * le type doccupation des sols, * la nature de la culture, * une typologie de lhydrologie et de la structure des sols. Validité des prévisions par les modèles ? Difficulté de prévoir les écoulements préférentiels : méconnaissance de létat structural dun sol et des effets des techniques de travail du sol.

13 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Comment prévenir les risques de lessivage au champ ? En jouant sur les modalités dapplication des produits : - supprimer les apports (développement de techniques alternatives), - réduire les doses, notamment en ciblant les traitements, Par certaines techniques de culture : - façons superficielles qui augmentent linfiltration matricielle, - raisonner la date dapport en fonction des prévisions météorologiques.

14 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Travail superficiel du sol Cases lysimétriques lessivage et travail superficiel du sol apport metolachlor : 3070 g ha -1 daprès J-Y. Chapot et al. GFP (2003)

15 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Comment prévenir les risques de lessivage au champ ? En jouant sur les modalités dapplication des produits : - supprimer les apports (développement de techniques alternatives), - réduire la dose, notamment en ciblant les traitements, - raisonner la date dapport en fonction des prévisions météorologiques. Par certaines techniques de culture : - façons superficielles qui augmentent linfiltration matricielle, - amendements organiques qui favorisent limmobilisation des produits, - choix de produits phytosanitaires de substitution moins polluants: Phytochoix. En réalisant des diagnostics agri-environnementaux : - mise en évidence des parcelles et des techniques/pratiques pour lesquelles il y a risque de contamination des eaux souterraines.

16 J-E. Delphin UMR Agronomie et Environnement INPL ENSAIA INRA Nancy Colmar Colmar Ddass 17/9/09 Uniquement des contaminations sous les parcelles agricoles ? 10% des produits phytosanitaires vendus en France ont une utilisation non agricole. Trois molécules étaient les plus utilisées en 2003 : glyphosate, diuron et aminotriazole. Les principales surfaces non agricoles à lorigine de contaminations sont : - les jardins particuliers, - les voiries, espaces verts gérés par les communes, - les réseaux de transport (SNCF, DDE, sociétés dautoroutes…). La contamination des eaux souterraines peut avoir une origine non diffuse : - contaminations ponctuelles (accidents, manipulations inappropriées…), - contaminations à partir des cours deau : en provenance des parcelles traitées (ruissellement), en provenance des stations dépuration. Cette donnée du problème doit aussi être prise en compte dans le choix des mesures de réglementation des pesticides en péri- mètres de protection des captages d'eau potable.


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