1
Quantification et maîtrise des flux de pesticides de la parcelle
au bassin versant :intérêt et limites des zones tampons
enherbées et boisées
Véronique GOUY
Journée scientifique et technique ENGEES – ASTEE 8 février 2007
2 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Plan de l’exposé
Bref rappel du contexte et des enjeuxOrigine, modalités et flux hydriques de la contamination par les pesticidesIntérêt des zones tampons enherbées ou boisées pour limiter les fluxEléments pratiques pour une efficacité accrue
2
3 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Rappel du contexte et des enjeux
Les espaces agricoles modifient les flux d’eau, de matière et de solutés vers les milieux aquatiques
Les fertilisants et pesticides peuvent :menacer la ressource en eau et les activités humainesgénérer des perturbations importantes des écosystèmes
La Directive Cadre sur l’Eau implique
d’identifier les causesde mettre en œuvre des actions correctives
pour atteindre le bon état chimique et écologique à échéance de 2015
4 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Origines de la contamination par les pesticides
Au moment de la manipulationPréparation de la bouillieElimination du fonds de cuveRinçage du matérielProduits non utilisésApplication : dérive / accident
Après la manipulationEntraînement par volatilisationEntraînement au cours d’une pluie
3
5 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Temps de transfert, forme du transportet atténuation des flux variables
Diversité des modes de contamination
rétention /dégradation
rétentiondégradation
rétention dégradation
rétentiondégradation
écoulement de nappe exfiltration
Infiltrationdans fossés ou haies
ruissellementécoulement
hypodermique
écoulementsur surface saturée
dans les bandes enherbées
D’après INRA 2001
Multiplicité des modalités de transfert au BV
6 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Gammes de flux de la parcelle au BVRéférencePertes au BVPertes
parcellairesBV
HydrologieSite / substance
Bilan 97Louchart,
1999
0,50 %Cmax 500 µg/L
Par ruissellement hortonien
de 1,3 à 4,8 %Cmax 700 µg/L
91 hatransferts rapides avec ré-infiltration dans les fossés
BV viticole méditerranéenDiuron
4
7 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Gammes de flux de la parcelle au BVRéférencePertes au BVPertes
parcellairesBV
HydrologieSite / substance
Bilans 97-98Lecomte,
1999
de 0 à 0,002%Cmax : 12 µg/L
Par ruissellement hortonien
0,1 à 4,8%Cmax : 340 µg/L
90 à 1070 hasubstrat karstique à processus de
réinfiltrationimportant
BV en plateau crayeux à couverture limoneusegrandes cultures, bois, prairiesIsoproturonDiflufénicanil
Bilan 97Louchart,
1999
0,50 %Cmax 500 µg/L
Par ruissellement hortonien
de 1,3 à 4,8 %Cmax 700 µg/L
91 hatransferts rapides avec ré-infiltration dans les fossés
BV viticole méditerranéenDiuron
8 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Gammes de flux de la parcelle au BVRéférencePertes au BVPertes
parcellairesBV
HydrologieSite / substance
Bilans 90-92Ng et al.,
1995
0,15 à 0,3 %Cmax : 15 µg/L
Par ruissellement et drainage
agricolede 1,2 à 1,8 %Cmax : 53 µg/L
3470 ha transferts par
drainage agricole et ruissellement
sur sol saturé sans effet tampon de
nappe
BV à sols limoneux drainés à 90 %grandes cultures, bois, prairiesAtrazineMétolachlore
Bilans 97-98Lecomte,
1999
de 0 à 0,002%Cmax : 12 µg/L
Par ruissellement hortonien
0,1 à 4,8%Cmax : 340 µg/L
90 à 1070 hasubstrat karstique à processus de
réinfiltrationimportant
BV en plateau crayeux à couverture limoneusegrandes cultures, bois, prairiesIsoproturonDiflufénicanil
Bilan 97Louchart,
1999
0,50 %Cmax 500 µg/L
Par ruissellement hortonien
de 1,3 à 4,8 %Cmax 700 µg/L
91 hatransferts rapides avec ré-infiltration dans les fossés
BV viticole méditerranéenDiuron
5
9 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Gammes de flux de la parcelle au BV
Bilan 2004Domange,
2005
0,09%Cmax 70 µg/L
Par ruissellement hortonien
de 0,04 à 0,27%Cmax > 1000µg/L
40 haBV « sec »
écoulement en période de crue
ruissellement <2%
BV viticole alsacienà sols bruns calcaire loessique plus ou moins profond Glyphosate
RéférencePertes au BVPertes parcellaires
BVHydrologie
Site / substance
Bilans 90-92Ng et al.,
1995
0,15 à 0,3 %Cmax : 15 µg/L
Par ruissellement et drainage
agricolede 1,2 à 1,8 %Cmax : 53 µg/L
3470 ha transferts par
drainage agricole et ruissellement
sur sol saturé sans effet tampon de
nappe
BV à sols limoneux drainés à 90 %grandes cultures, bois, prairiesAtrazineMétolachlore
Bilans 97-98Lecomte,
1999
de 0 à 0,002%Cmax : 12 µg/L
Par ruissellement hortonien
0,1 à 4,8%Cmax : 340 µg/L
90 à 1070 hasubstrat karstique à processus de
réinfiltrationimportant
BV en plateau crayeux à couverture limoneusegrandes cultures, bois, prairiesIsoproturonDiflufénicanil
Bilan 97Louchart,
1999
0,50 %Cmax 500 µg/L
Par ruissellement hortonien
de 1,3 à 4,8 %Cmax 700 µg/L
91 hatransferts rapides avec ré-infiltration dans les fossés
BV viticole méditerranéenDiuron
10 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Gammes de flux de la parcelle au BV
Bilan 2004Domange,
2005
0,09%Cmax 70 µg/L
Par ruissellement hortonien
de 0,04 à 0,27%Cmax > 1000µg/L
40 haBV « sec »
écoulement en période de crue
ruissellement <2%
BV viticole alsacienà sols bruns calcaire loessique plus ou moins profondGlyphosate
RéférencePertes au BVPertes parcellaires
BVHydrologie
Site / substance
Bilans 90-92Ng et al.,
1995
0,15 à 0,3 %Cmax : 15 µg/L
Par ruissellement et drainage
agricolede 1,2 à 1,8 %Cmax : 53 µg/L
3470 ha transferts par
drainage agricole et ruissellement
sur sol saturé sans effet tampon de
nappe
BV à sols limoneux drainés à 90 %grandes cultures, bois, prairiesAtrazineMétolachlore
Bilans 97-98Lecomte,
1999
de 0 à 0,002%Cmax : 12 µg/L
Par ruissellement hortonien
0,1 à 4,8%Cmax : 340 µg/L
90 à 1070 hasubstrat karstique à processus de
réinfiltrationimportant
BV en plateau crayeux à couverture limoneusegrandes cultures, bois, prairiesIsoproturonDiflufénicanil
Bilan 97Louchart,
1999
0,50 %Cmax 500 µg/L
Par ruissellement hortonien
de 1,3 à 4,8 %Cmax 700 µg/L
91 hatransferts rapides avec ré-infiltration dans les fossés
BV viticole méditerranéenDiuron
Taux de transfert < 5% à la parcelle et 0,5% au BV
Facteurs d’atténuation des flux « parcelle BV » de 3 à 2000
Facteurs d’atténuation des concentrations de 1,5 à 180
6
11 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Dynamique des transferts à la parcelle
Importance à noter :
de la première pluie suivant l’application
du coefficient d’adsorption
de la demi-vie
de l’état hydrique du sol au moment de l’application
Isoproturon, Koc : 120 L/Kg, DT50 : 6-28 jours
Site Arvalis – La Jaillière
Diflufénicanil, Koc : 1990 L/Kg, DT50 : 105-210 jours
Transfert par ruissellement
12 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Forme du transport : fractions dissoute et particulaire
0
20
40
60
80
100
Teneur en matières en suspension (g/L)
% tr
ansp
orté
sur
MES
0.1 1 10 100
Molécule fortement adsorbée
ex: Glyphosate Molécule
faiblement adsorbéeex: Diuron
INRA
fraction dissoute majoritaire sauf en cas de forte érosion
7
13 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Dynamique des transferts au BV
Transfert rapide en crue : pointes de concentrationTransfert via le sol / les nappes : niveaux de bases
0
1
2
3
4
5
22-ju
il-03
24-ju
il-03
26-ju
il-03
28-ju
il-03
30-ju
il-03
Con
cent
ratio
n da
ns l'
eau
µg/L
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Déb
it m
3/s
DiuronDiméthomorpheFlufénoxuronDébit
Beaujolais, bassin de 3,5 km² - 2003 - Cemagref
14 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Transfert : bilan
Pollution liée à des quantités marginales de l’applicationMoins de 5% à la parcelleMoins de 0,5% au BV
Transferts par ruissellement, infiltration, écoulement latéralÉcoulements rapides de surface/sub-surface pics de concentrationÉcoulements lents dans le sol /nappe niveaux de base
Facteurs influents sur les flux et concentrations :DoseDélai entre application et premier événement hydrologique significatifEtat hydrique du sol au moment de l’applicationKoc et de la DT50 Temps de séjour entre parcelle et milieu récepteur
Fraction « dissoute » >> fraction particulaire
8
15 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Transfert : bilan
Pollution liée à des quantités marginales de l’applicationMoins de 5% à la parcelleMoins de 0,5% au BV
Transferts par ruissellement, infiltration, écoulement latéralÉcoulements rapides de surface/sub-surface pics de concentrationÉcoulements lents dans le sol /nappe niveaux de base
Facteurs influents sur les flux et concentrations :DoseDélai entre application et premier événement hydrologique significatifEtat hydrique du sol au moment de l’applicationKoc et de la DT50 Temps de séjour entre parcelle et milieu récepteur
Fraction « dissoute » >> fraction particulaire
Intérêt d’agir sur le ruissellement en vue de limiterles pics de pollution
Intérêt de limiter les flux de substances dissoutes et pas seulement le transport particulaire
16 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
selon l’expertise scientifique collective INRA – Cemagref :« Pesticides, agriculture et environnement : réduire l’utilisation des pesticides et en limiter les impacts environnementaux » - 2005
Réduire le recours aux pesticides « Raisonner » l’utilisationLimiter les transferts
Les solutions correctives
Concept de durabilité : environnement + socio-économie
Ordre chronologique de faisabilité (pas strict):Transfert ≥ Raisonnement > Action sur les systèmes
9
17 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Limiter les transferts
Améliorer l’évaluation a priori du risque (homologation) – p.m.Agir sur les pratiques dans la parcelleLimiter les transferts dans le bassin versant
Cemagref
18 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Les zones tampons et leurs fonctions environnementales
Tout élément « interstitiel » du bassin versant en position d’intercepter le ruissellement provenant des parcelles cultivées, à couvert pérenne, herbacé ou ligneux :
bandes enherbées, prairies, haies, bois, chemins enherbés …
Mais aussi milieux humides : étangs, lagunes …
Ces zones peuvent remplir différentes fonctions environnementales :
- de protection des eaux : débits, MES, azote, phosphore, pesticides
- de maintien de la biodiversité
10
19 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Limiter les transferts dans le BV
Dans ce sens : la nouvelle Politique Agricole Commune
Leviers de développement des zones tampons enherbées
Ecoconditionnalité des aides
3% de la surface (SCOP)400 000 à 800 000 km de bandes enherbées
Comment positionner, dimensionner et gérer au mieux ces ZTE pour une efficacité accrue ?
20 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Intérêt avéré pour éviter les dépôts de dérive directement dans le cours d’eau (>5 m)
Bilan national et international sur les flux ruisselés (2003) : une quinzaine de références : efficacité de 0 à 99 %
D’après l’ensemble des expérimentations françaises, la réduction des flux ruisselés est :
très souvent supérieure à 90 %presque toujours supérieure à 50 %
Zones tampons enherbées et boisées : efficacité
mieux connaître leur fonctionnement pourmieux contrôler leur efficacité
11
21 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Parcelle cultivée - perméabilité- rugosité de surface- matière organique
Zone enherbée :
Sédimentation des particules et
produits adsorbés
Infiltration de l’eau et des pesticides en solution
Propriétés physiques et chimiques favorables à la dissipation des flux polluants
Fonctionnement des zones tampons enherbées
Adsorption et dégradation des pesticides
Dilution par la pluie
Lacas 2005
22 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Quantification en conditions «Quantification en conditions « extrêmesextrêmes »»
Part prépondérante de l’infiltration mais variable …
Dépend de l’état initial et du débit d’entrée
Simulation de ruissellement sur microSimulation de ruissellement sur micro--parcellesparcelles
Février 2000Débit amont :0,36 m3/h
Juillet 1999Débit amont :0,37 m3/h
Juillet 1999Débit amont : 0,54 m3/h
Février 2000Débit amont :0,55 m3/h
DFF
IPU
Ruisselés en avalApparemment infiltrés Retenus en surface
Site Arvalis de la Jaillière - sol limono-argileux Souiller et al., 2002
12
23 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Capacités d’infiltration de différentes ZT
0
100
200
300
400
500
600
Ajuillet
99
Bjuillet
99
Afévrier
00
Bfévrier
00
Cfévrier
00
D mai00
E mai00
Qmars
01
Rmars
01
Smars
01
Tmars
01
Cjuillet
99
A mai00
B mai00
C mai00
Ajuillet
00
Bjuillet
00
Cjuillet
00
Ifévrier
01
Jfévrier
01
Kfévrier
01
vite
sse
d'in
filtr
atio
n (
mm
/h)
Dispositifs enherbésMoyenne : 75 mm/h
Zones boiséesMoyenne : 375 mm/h
SaulesMoyenne : 40 mm/h
Souiller, 2002
24 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Efficacité globale et potentialité de reEfficacité globale et potentialité de re--mobilisationmobilisation
Site de la Morcille Beaujolais - Cemagref
Boivin 2006
Thèse de J.-G. Lacas, 2005 et post doctorat d’A. Boivin, 2006
13
25 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Lysimetre A
Lysimetre B
Lysimetre C
Lysimetre D
PoolValve gate
Pipe
Control station
Venturi flume
Venturi flume
Outflow container
Hose
Pump
Water flow
(- 50 cm)
Lacas, 2005
Boivin, 2006
6 m
4 m
Dispositif expérimental
26 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Déroulement des Expérimentations
Application+ Rinçage 1 + Rinçage 2
Application Rinçage n°1 Rinçage n°2
TA TA+R1 TA+R1+R2
0 1 j 2 j 22 j(21 mars) (23 mars) (13 avril)
T (j)
T 0 T 2 T 22
(Boivin 2006)
14
27 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
4800 L en 43 mn situation « courante» lors d’orage dans le contexte Beaujolais
Boivin 2006
28 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Bilan hydrique
Rôle prépondérant de l’infiltration confirmé
Application t0
100 %
100 %
Rinçage 1 T+2100 %
1%
Rinçage 2 T+22100 %
1%
Sol sablo-limoneux
A : 14 %L : 21 %S : 65 %
(Boivin 2006)
15
29 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Réduction de concentration
% Co
Lysimètre 1 Lysimètre 2 Lysimètre 3
Br-IsoproturonAsoxystrobineDiuronDimétomorpheTébuconazole
Boivin 2006
Réduction des concentrations infiltrées (T0)
Concentrations atténuées < Processus physiquesde 25 à plus de 90 % et chimiques en fonction du Koc, en cause
de la distance amont-aval
Koc croissant Koc croissantKoc croissant
amont aval
30 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Flux infiltré sous 50 cm
% de la quantité appliquée
B
r-
Isop
rotu
ron
Aso
xyst
robi
ne
Dim
étom
orph
e
Diu
ron
Tébu
cona
zole
RetenuRinçage 2Rinçage 1Application
Boivin 2006
Réduction des flux totaux infiltrés
Koc croissant
42 à 66 % de la quantité de pesticides appliquée reste localisée dans les 50 premiers cm du sol selon le Koc
16
31 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Zones tampons enherbées ou boisées : bilan
Efficacité vis-à-vis du ruissellement :variable mais souvent > 90%rôle majeur de l’infiltrationconcerne toutes les substancesfonction de la capacité d’infiltration si temporairement limitée
Rétention des substances infiltrées (peu de références) :
une efficacité non négligeable mais pas totalefonction de la capacité d’adsorption des substancesde la rapidité de l’écoulement, de la teneur en MOattention au cas de nappes vulnérables
Efficacité limitée aux substances à fort Koc pour une longueur ou un temps de transfert suffisant
Implications en termes opérationnels
32 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Implications pratiques
Quelle localisation ?Quel dimensionnement ?Quel entretien ?
17
33 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Quelle localisation ?
Protection contre les pertes par dérive + ruissellement diffus « de proximité »
1) en bordure de cours d’eau
34 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Risque de transfert à proximité du cours d’eau
Mais …
Lacas 2005
18
35 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Hydromorphie permanente de l’horizon de surface : efficacité probablement très réduiteHydromorphie temporaire de l’horizon de surface : efficacité en dehors de la période humide (repère : fonctionnement local du drainage)Sols sains : efficacité toute l’année
Et attention à l’hydromorphie !
F. BonnetCRPF Pays de Loire
36 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Contaminations par voie hydrique : positionnements complémentaires souvent nécessaires en amont du bassin selon les circulation de l ’eau
Localisations complémentaires
Corpen, 1997
19
37 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Localisations complémentaires
Plus : route et chemin, bétoires, …
❶ bande dans la parcelle
❷ bande en bord de parcelle
❸ coin de parcelle
❹ chenal enherbé
❺ prairie en travers du talweg
❻ bande le long du cours d’eau
Corpen, 1997
38 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Quelques exemples
Chenal enherbé (Pays de Caux)
Chemins enherbés
Prairie ancienne en bas de pente (Beaujolais)
20
39 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Effet du tassementExpérimentation dans le Pays de Caux
Perméabilité :Zone non tassée : 170 mm/h Zone tassée : 8 mm/h
Attention au tassement !
40 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
(Photo AREAS)
La concentration du ruissellement
naturelle
et anthropique …
… limite les capacités de la zone tampon :- par dépassement de la capacité d’infiltration- par submersion
Un cas extrême : les fossés
Attention aux écoulements concentrés !
21
41 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Quelle dimension ?
1.Versant court 2. Versant long 3. Concentration du ruissellement dans un coin de la parcelle
4. Association d’une bande rivulaire et de zones tampons situées sur les voies d’écoulement concentréA : thalweg enherbéB : prairieC : prairies en cascadeD : largeur variable (parcelle rectiligne)
Dimensionnement des zones tampons enherbées (CORPEN, 1997)
• Efficacité contingente au type de milieu et d’événement
Modélisation nécessaire au dimensionnement plus précis
42 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Quel entretien ?
maintenir un couvert densefavoriser une bonne répartition de l’écoulement
• éviter la formation d’un bourelet• contrôler les écoulements concentrés
et le ravinement
22
43 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Eviter la formation de bourrelet
44 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Correction du ravinement et dispersion du ruissellement
Aménagement de ravines -Beaujolais
23
45 Journée scientifique ENGEES – ASTEE, 8 février 2007
Merci de votre attention !
Un « constructed wetland »
Top Related