2-JST Gascuel C Mécanismes et voies de transfert · On suppose une pluie de 10 mm qui transporte...

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ran

sfert

s Mécanismes et

voies de transfert

Chantal Gascuelavec la contribution de Sylvie Guiet

UMR Sol Agro et hydrosystème Spatialisation

INRA – Agrocampus Ouest

2Journée de synthèse scientifique Azote3 février 2012 - Ploërmel

Journée de synthèse scientifique Transferts - 7 février 2014 – Rennes

organisée par les Chambres d’agriculture de Bretagne, INRA - Agrocampus Ouest, Arvalis - Institut du Végétal, IRSTEA, OSUR, CRESEB 2

L’eau des cours d’eau

L’eau des cours d’eau, une eau qui s’est infiltrée dans les sols a rejoint les nappes, puis le cours d’eau




Le bassin versant

Délimitée à partir de la topographie

exutoire

exutoire

exutoire

Surface drainée à un point exutoire

L’ordre d’un bassin versant (Strahler) correspond à l’ordre du tronçon à l’exutoire, replacé dans un graphe décrivant le réseau hydrographique d’un fleuve

Densité du réseau hydrographique forte : 1 km/km²Les ordres 1 = 50 % de la surface.




Découpage hydrologique du bassinversant de l'Elorn en 35 sous bassinsversants avec en fond de cartel'information hypsométrique.H. Squividant, UMR SAS

Des nouveaux outils

L ’Elorn- Délimitation des zones humides- Cartes des sols- Délimitation du bassin versant- Calcul de sa surface

- sur GéoSAS en production : http://geowww.agrocampus-ouest.fr/mapfishapp/?noheader

- sur GéoBretagne : http://geobretagne.fr/mapfishapp/

Contact : H. Squividant, UMR SAS




Pluie : 100 %1. Evapotranspiration : 50 %

Les processus et le bilan – l’Eau

Sol

Infiltration

2. La recharge à la nappe : 47 %

Zone Non Saturée

3. Ruissellement : 3 %

Exfiltration

4. L’écoulement de nappe : 47 %

Contributionà la rivière

En Bretagne La nappe, c’est 95 % du bilan annuel d’écoulement.

Le ruissellement peut représenter jusque 30 % de l’écoulement lors des crues hivernales.




6

Avec :

P : précipitations (liquide et solide) [mm]

Qs : lame écoulée [mm]

E : évaporation (y compris évapotranspiration) [mm]

dS : ressources accumulées à la fin de la période [mm]

dS=P-Qs-E

Bilan hydrologique

sortie

entrée

pluie (mm)

ETP (mm)

Qs (mm)

94/95 1028,5 745,9 534,895/96 707,0 684,7 241,696/97 556,0 680,1 176,497/98 822,5 691,7 357,398/99 885,5 700,0 420,499/00 915,0 663,9 438,900/01 1325,5 687,5 882,401/02 662,5 698,9 218,98

moyenne 862,8 694,1 408,9écart type 231,2 11,8 221,7

En Bretagne D’Est en Ouest, P varie de 600 à 1 200 mm. ETP varie peu.

L’écoulement varie du simple au double, en lien direct avec la pluie.

La variabilité inter-annuelle de la pluie est forte

Bilan hydrologique annuel du bassin versant deKervidy-Naizin (56). UMR SAS, INRA Rennes




Les milieux traversés

Le solLes zones humides de bas fond La zone

altérée

La zone fissurée

En Bretagne, 4 types de milieuxLe sol : RU (épaisseur), matières organiques (rétention/dégradation)

Les zones humides ripariennes : biotransformations

La zone altérée : un réservoir d’eau et de solutés

Le socle : une grosse hétérogénéité




Le bassin versant transforme la pluie en débit. L’eau du cours d’eau est un mélange d’eaux d’âges et de parcours très différents.

Cette transformation est :

� non proportionnelle

� varie pour un même bassin versant au cours de l’année, d’une saison à l’autre, d’une crue à l’autre

� varie d’un bassin versant à un autre selon les conditions géologiques, pédologiques, climatiques et l’occupation du sol.

Le réservoir d’eau (sol et altérite) n’est pas grand

� sensibilité au climat : sécheresse et inondation

� capacité de "dilution" faible

� capacité "tampon" liée aux zones humides relativement étendues

En résumé




Et la qualité de l’eau ?

La qualité de l’eau s’exprime par un grand nombre de paramètres physiques, chimiques et biologiques qui varient très fortement dans le temps, et sont liés à

différentes sources

Apports atmosphériques

Emissions

Biotransformations internes

Intrants agricoles




Des hotspots en Europe

Des régions avec une agriculture dominée par l’élevageProche de la mer : les ports comme entrée à une alimentation animale générent des bilans très excédentaires en nutriment

N P




Crue

Cycle annuelVariations inter-

annuelles

Tendances

Les temporalités

Thèse A. Aubert, UMR SAS

Chlorure

COD

Nitrate

Les solutés

Un schéma différent pour les autres

éléments adsorbés sur les particules




Des processus s’organisent dans l’espace et le temps

http://agro-transfert-bretagne.univ-rennes1.fr/Territ_Eau/

Mobilisation.Détachement pour les particules, percolation vers la nappe pour les solutés

Transport/Emission.Connexion nappe/rivière pour

les solutés, connexion ruissellement cours d’eau pour

les particules

Source. Entrées (fertilisant, pesticides…) mais aussi stocks internes (sol, nappe)

Impact. Perturbation biologique des substances

présentes




.013

From Sept. to Aug.

Concentr

ation

Concentr

ation

From Sept. to Aug.

Concentr

ation

From Sept. to Aug.Concentr

ation

From Sept. to Aug.

Nitrate Chlorure Sulfate DOC

La dynamique de 4 solutés




.014

From Sept. to Aug.

Concentr

ation

Concentr

ation

From Sept. to Aug.

Concentr

ation


ation

From Sept. to Aug.

Nitrate Chloride Sulfate DOC

Comp.2Comp.3

Comp.1





.015

From Sept. to Aug.

Concentr

ation

Concentr

ation

From Sept. to Aug.

Concentr

ation


ation

From Sept. to Aug.

Nitrate Chloride Sulfate DOC

Comp.2Comp.3

Comp.1





.016





Ruissellement sur surface saturée

Ecoulement de nappe

Infiltration

Pluie

Exfiltration

Surface de nappe

Ruissellement

Écoulement de rivièrefluviatile

Pluie

percolation

Les éléments chimiques non solubles

NH4, C et N part., Phosphore, bactéries… antibiotiques, pesticides…

drains




Pesticides� Persistance très variable

– Dégradation dans les sols

� Mobilité très variable– Rétention dans les sols

– Transfert par ruissellement et infiltration

Temps très variable

Nitrates� Persistance forte

– Incorporation dans la M.O.

– Stockage dans les nappes

� Mobilité forte– Elément soluble

– Transfert de nappe

� Temps longs : années

Phosphore, Métaux...� Persistance forte � Mobilité faible� Accumulation dans les sols

� Temps longs * Temps courts

Une famille disparate et en émergence : micropolluants organiques, Bactéries, Antibiotiques, toxines...

� Matière organique et activité biologique des sols� Contamination des sols et des hydrosystèmes

Des pollutions diffuses différentes




+

Source Entrée

Annuelle

+

Transport Subsurface Surface

*

N

:

P

Zones tampons

Biogé ochemi que Physi que +

*

Durabilité Accumulation dans les sols

Accumulation Inter-annuelle

Facteurs d’efficience

Limites

Bande enherbéee

Haie

Connectivité Indice

topographique Pente

Report de pollution Emission vers l’atmosphère

Accumulation dans les nappes

Zone riparienne

Le bilan comparatif : N et P

Nitrate: entre 0.5 et 0.9Gradient Est Ouest Bretagne : 0.7

Flux sortant / Total Entrée %

Pour P particulaire : souvent < 0.05Bretagne : < 0.01 pour P total

Zone agricole

Zone non agricole

Ou d’agriculture

extensive

Mais des valeurs cibles très différentes




Deux repères : lessivage

� Traitement de 50 g/ha

� Pluviométrie de 800 mm/an et ETP de 400 mm/an, soit une lame infiltrée de 400 mm

� Quantité potentiellement transférée = dose ((g/ha) * 106 ) mg/ha/lame ((mm ou l/m²). 10 -4) l/ha

� 100 % transféré 12,5 mg/l

� 1 % transféré 0,125 mg/l

� 0,1 % transféré 0,0125 mg/l

� Réciproquement, une lame d’eau de 400 mm à 0,1 g/l correspond à un lessivage de 0,4 g/ha




Deux repères : ruissellement

� Traitement de 50 g/ha, traitement fortement adsorbé sur la fraction solide du sol, répartie dans le premier cm du sol à une teneur en eau de 40 cm3/cm3,– Q eau = 13 g/ha ; Q solide = 487 g/ha

� On suppose une pluie de 10 mm qui transporte par ruissellement le pesticide contenu dans les 2 premiers mm du sol

� La concentration de ces 10 mm d’eau qui ruissellent est de 2,4 mg/l >> 0,1 mg/l

� Réciproquement, une lame d’eau ruisselante de 10 mm à 0,1 mg/l correspond à une exportation de 0,1 g/ha




Le constat

Animateur de BV, syndicat d’eau, BE…

Directive nitrate

Breizh Bocage

AgriculteurExploitation

Bretagne Eau Pure Parcelles à

risquesCORPEP

Objectivation du rôle du paysage sur l’eau

De multiples dispositifs, à différentes

échelles, sur différents

paramètres, qui nuisent à la mise

en place de l’action et à sa

cohérenceArrêté zones

humides




Approche fonctionnelle et globale du territoire rural : parcelles et espace semi-naturels

– Mieux comprendre pour mieux agir : dispositifs concertés– Augmenter la cohérence de l’action pour ceux qui en sont

porteurs : agriculteurs, responsables de projets de territoire…

Partage des connaissancesRegardons où est le cours d’eau, les zones humides…

Analyse des fonctionsMa zone humide a-t-elle un rôle sur les flux de nitrate…

Objectivation des fonctionsSi je préserve cette zone humide, ou implante cette bande enherbée, de combien cela contribue-t-il au problème de qualité de l’eau ?

Les fondements de Territ’Eau




- Diffuser des connaissances scientifiques et techniques sur "La circulation de l’eau et des polluants dans un bassin versant", sur "le rôle des éléments paysagers sur la qualité de l’eau"

- Produire des outils pédagogiques : illustrations, cartes, photos…

Un corpus de connaissances partagées

Cartes de référencesSchémas Animations

Photo de végétation des zones humidesDes Foires Aux Questions

Un module d’enseignement UVED (2 TD licence) : pour vous ?

Grilles d’analyse du paysage et des

systèmes de culture




- Diffuser des connaissances scientifiques et techniques sur "La circulation de l’eau et des polluants dans un bassin versant", sur "le rôle des éléments paysagers sur la qualité de l’eau"

- Produire des outils pédagogiques : illustrations, cartes, photos…

http://agro-transfert-bretagne.univ-rennes1.fr/Territ_Eau/

Un site Web très consulté : 31 000

utilisateurs depuis le début. 500/mois

Références très utilisées, sans même la mise en œuvre des outils de diagnostics

et des indicateurs associés

Un corpus de connaissances partagées




Des modules de diagnostic

Module 1 Définir une démarche adaptée au territoire

Identifier les éléments structurants du paysage et leur rôle

Scénarios & Expériences

Modules de caractérisation des pratiques agricoles

Module bilan et de finalisation des actions

Module AzoteModule Phyto

Zonage du bassin versantConnectivité des écoulements et réactivité géochimique

Transferts Directs/Ruissellement/Ecoulement de Subsurface

Module Phosphore

Module COD Module Bactérie fécales

Module 2




Identification du réseau hydrographique fonctionnelcours d’eau + fossés circulants

La délimitation des zones humides et de leur rôle selon leur localisation et mode de gestion

topo-climatique, effectives (arrêté 2009), capacité dénitrifiante

La délimitation de la connectivité du paysage, vis-à-vis des écoulements, dans le bassin versant

les points et surfaces de transfert directs, zone potentielle de transfert par ruissellement, et par sub-surface

Les préconisations d’aménagement

Le module paysage : reconnaître les éléments structurants du paysage




Le réseau hydrographique fonctionnel

- Surface de Zone humide effective ; importance des zones humides - Part des zone humide effective/zone humide topoclimatiqu e : conservation des zones

humides

Zones humides

potentielles

Zones humides effectives

Zones humides efficaces

Les zones humides




3. Occupation du sol, pression N

1. Relation versant/zone humide

2. Court circuits

Les zones humides : qualification/dénitrification

Limite zone

humide - versant

(rupture de

pente)

Apport

d'eau

dans la

zone

humide

Végétation

naturelle

eutrophe

+

Prairie Culture

-

Végétation

oligotropheFauchée ou

pâturée

occasionnellement

Apports d'engrais

azoté < 50u

Fauchée et

ferti > 50u

Ou

pâturée

extensif

Haie continue

+

Pas de

court-

circuit +

+++ +++ ++- ++-

Zone

humide à

conserver

pour sa

valeur

patrimoniale

Court-

circuit -+-+ +-+ +-- +--

Haie discontinue

ou absente

-

Pas de

court-

circuit +

-++ -++ -+- -+-

Court-

circuit ---+ --+ --- ---




Restitution cartographique

Carte des éléments structurants du paysage et de la qualification des zones humides effectives




Les modules par polluant (nitrate, phytos, phosphore, matière organique, bactéries fécales) croisent :

� facteur source � la pression polluante actuelle� la pression polluante passée

� facteur transfert� la connectivité de la parcelle au cours d’eau � la rétention dans le bassin versant

2- Un outil de diagnostic et de préconisation




Contribution aux référentiels et méthodes de diagnostic : Thierry Morvan, Françoise Vertès et Anne Jaffrézic (UMR SAS, INRA Rennes et Quimper), Jean-Marcel Dorioz UMR CARRTEL (INRA Thonon-les-Bains), Gérard Gruau UMR Géosciences (CNRS –Université Rennes 1), Pierre Castillon ARVALIS-Institut du Végétal, Michel Falchier, Daniel Hanocqet Djilali Heddadj Pôle Agronomie P.V. - Chambre Régionale d’Agriculture de Bretagne.

Bernard Clément (Université de Rennes I, UMR Ecobio), Philippe Merot, Catherine Grimaldi, Patrick Durand, Jerôme Molenat (INRA Rennes, UMR SAS), Claudine Thenail, Jacques Baudry (INRA Rennes, UMR SAD), Laurence Hubert-Moy (UMR LETG)

Contribution premier projet et son copil : Florence Massa (Agro-transfert), Wilfried Messiez(SAGE Pays de Saint-Brieuc), Gabriel Béduneau (ADASEA 22), Thomas Schmutz (bureau d'étude Aubépine), Pierre Baron (IDF), Ronan Caignec (Eau et Rivière de Bretagne), Michel Danais (Ouest Aménagement), Gilles Pichard (CRPF), Annie Charter, Alexandra Dufour, Catherine Dupont, Christine Hubert, Samuel Leport, Laurence Ligneau, Stéphanie Montagne, Benoît Ribardière, Aurélie Rio (Chambres d’agriculture de Bretagne)

Contribution à la réalisation et à la valorisation des tests de terrain : Sarah Bascou et Benoît Ribardière Chambre d’agriculture des Côtes d’Armor, Sylvie Fiche et Isabelle Simon Chambre d’agriculture du Finistère, Thomas Malvoisin et Cyril Guérillot Chambre d’agriculture d’Ille-et-Vilaine, Caroline Cornet et Marie-Claire Lisch Chambre d’agriculture du Morbihan, Jean-Noël Gachet Chambre d’agriculture du Maine et Loire, Laëtitia Schaff Chambre d’agriculture de la Meurthe et Moselle, Ludovic Purson Chambre d’agriculture de la Meuse, Thomas Lacroix Chambre d’agriculture des Vosges, Nicolas Chartier Chambre régionale d’agriculture de Lorraine.




Voies de transfert, un maillon

Drivers

Pressures

State

Impact

ResponsesLivestock (au/ha)Fertilizers (kg/ha)

Load to waters(kg/yr)

Concentrationin lakes (mg/l)

Algal blooms

RemedialmeasuresDrivers

Pressures

State

Impact

ResponsesDrivers

Pressures

State

Impact

ResponsesLivestock (au/ha)Fertilizers (kg/ha)

Load to waters(kg/yr)

Concentrationin lakes (mg/l)

Algal blooms

Remedialmeasures

Acteurs du territoireSystèmes agricoles

Bilans (Aliments, Fertilisants)

Eutrophisation

Santé écosystèmeSanté humaine

Charge émise vers l’eau (Kg/ha)

Concentrations dans les hydrosystèmes cibles

(cours d’eau, littoral, lacs, retenues)

Remédiation à différents niveaux

Accompagnement socio-économique




Une dimension systémique

Capacité tamponConnectivité, Rétention,

biotransformation

Bilans globauxEntrées, bilan des nutriments

Charge critiqueespèce emblémaique, vulnérabilité, usage…

Bilans distribués ou semi distribués

Réseau de relation des acteursAccompagnement des changements

ExploitationsSystème de production

agricoleElevage : liaison au sol…

Système aquatiquezones humides, rivière, lac, littoral

ParcellesSystème de culture & Solitk, fertilisation, caractéristique des

sols

Paysage et systèmehydrologique

Maillage, bord de champs et cours d'eau




L’eau des cours d’eau

Un produit du territoireDes régulations possibles à l’échelle du paysage

Une hypothèque : des stocks dans l’environnement

Une surveillance nécessaire et au plus près des actions des bilans, des flux et des concentrations

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