Soutenance mémoire
Face à l’augmentation de la population mondiale, il est impératif de maintenir des rendements agricoles de bon niveau afin d’assurer la sécurité alimentaire à l’échelle planétaire. Dans ce contexte, il n’apparaît pas réaliste d’envisager la disparition totale des pesticides (produits de protection des cultures) à court ni à moyen terme ; ils ont un rôle à jouer aux côtés de solutions alternatives. Ils font pourtant l’objet de nombreuses polémiques au sujet de leur impact sur la santé et sur l’environnement. Seules de faibles proportions des quantités appliquées arrivent dans les eaux ; elles peuvent toutefois suffire à provoquer le dépassement des normes de contamination des eaux et pourraient être une des causes majeures de non atteinte du bon état des eaux visé par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE, 2000/60/CE). La mise en place de cette directive ainsi que le plan Ecophyto (2008) adopté suite au Grenelle de l’environnement visent une diminution des usages mais la question du transfert des produits phytosanitaires n’a guère été abordée. Le transfert diffus des pesticides vers les milieux aquatique est un des principaux domaines de compétence de l’équipe pollution diffuse d’Irstea à Lyon, dans laquelle s’est déroulé ce stage. La limitation de la contamination reste toutefois une question complexe de par les nombreux facteurs qui influent sur le devenir des pesticides transportés par voie hydrique. Les propriétés des molécules (aptitude à la fixation et à la dégradation) qui peuvent conduire à de multiples signatures selon le chemin suivi par l’eau, interagissent de surcroit avec de multiples facteurs : les propriétés hydrodynamiques du milieu, le climat, les pratiques agricoles et l’aménagement du territoire. Malgré cette complexité, il semble important d’initier le développement d’outils et méthodes permettant de mieux faire le lien entre les applications de pesticides sur les parcelles et la contamination des différents compartiments. Dans ce contexte et dans le cadre d’un programme du ministère en charge de l’environnement visant à évaluer et réduire les risques liés à l’utilisation de pesticides : le projet MIRIPHYQUE « Mise au point de descripteurs du risque de contamination des eaux de surface par les phytosanitaires à l’échelle du bassin versant. Prise en compte des dimensions spatiales et temporelles. Appui à l’évaluation et à la gestion du risque » a été proposé. L’objectif du projet est d’élaborer une méthode permettant d’analyser le risque de contamination des eaux de surface par les produits phytopharmaceutiques, qui prenne en compte à la fois les dimensions spatiales et temporelles, sans avoir la complexité d’un modèle complet du transfert des pesticides à l’échelle du bassin versant. L’idée principale est d’agréger à l’échelle du BV les résultats issus de la mise en œuvre de modèles de transfert de pesticides à l’échelle parcellaire, et d’intégrer l’influence des éléments du paysage. Le projet s’appuie sur deux petits bassins expérimentaux aux fonctionnements bien différenciés, et sur lesquels on dispose de données depuis plusieurs années : La Fontaine du Theil (Ille et Vilaine) et le bassin de la Morcille (Rhône).
Cette étude s’insère en préalable de ce projet. Elle s’appuie sur la mise en œuvre d’un modèle de transfert des pesticides « MACRO » (Larsbo & Jarvis, 2003, Stenemo & Jarvis 2003) dans différents contextes, pour représenter la diversité des situations que l’on peut trouver sur le petit bassin versant de la Fontaine du Theil, et l’interprétation des résultats en fonction des données d’entrées et paramètres utilisés. Dans cette optique, plusieurs scénarios ont été créés. Les paramètres intervenant dans ces scénarios sont par exemple la position des parcelles dans le bassin versant, ainsi que les calendriers de traitement et les chroniques hydro-météorologiques. Afin d’identifier les paramètres les plus influents dans ce contexte agropédoclimatique, une simulation intensive de ces différents scénarios a été entreprise à l’aide du logiciel CEMAFOR. Ce logiciel couple MACRO avec un logiciel d’analyse de sensibilité PEST, qui permet de réaliser calage et analyse de sensibilité de MACRO de façon intensive. Il est important de préciser que l’enjeu ici n’est pas de caler le modèle mais d’approcher une simulation réaliste représentative des écoulements sur un petit bassin breton sur schiste.
MACRO 5.2 (Larsbo & Jarvis, 2003, Stenemo & Jarvis 2003) est un modèle déterministe 1D à base physique permettant d’inclure l’effet des macropores. Cet écoulement préférentiel est considéré comme une des composantes majeures intervenant dans le devenir environnemental des pesticides (Surdÿk, 2007). Ceci pourrait expliquer l’incapacité de certains modèles, qui ne simulent pas l’écoulement dans ces deux domaines de porosité, à rendre compte des observations. Le modèle MACRO est recommandé par la commission européenne pour le processus d’homologation des pesticides : FOCUS (Forum for the coordination of pesticides fate models and their use). Il est plus particulièrement utilisé comme modèle de référence pour les scénarios de drainage.
Dans MACRO, la circulation est séparée entre le transfert matriciel (micropores) et le transfert préférentiel (macropores). Les paramètres hydrodynamiques influant les écoulements sont calculés pour chaque horizon grâce à des fonctions de pédotransfert. Une particularité de la version MACRO 5.2 est de permettre le choix entre deux types de fonction de pédotransfert, une approche initialement utilisée puis celle issue du projet FOOTPRINT (http://www.eu footprint.org/fr/) nouvellement introduite dans MACRO.
Processus de surface : Les phénomènes naturels (pluie, neige) et artificiels (irrigation) sont pris en compte pour le calcul du bilan hydrique. Un fichier des pluies horaires et un fichier contenant l’ETP, les températures minimales et maximales journalières sont implémentés. Lorsqu’un épisode de précipitation survient, une partie est reprise sous forme d’évapotranspiration, calculée par l’équation de Penman-Monteith. Celle-ci est divisée entre l’eau présente à la surface et celle interceptée par la canopée. Une fois dans le sol, l’eau peut soit être évacuée en profondeur (drainage, percolation vers la nappe), soit être absorbée par les cultures. La capacité d’absorption dépendra de la demande évaporative, de la distribution racinaire et de la teneur en eau. L’infiltration est calculée en haut de profil, à chaque pas de temps, en fonction de la conductivité de surface moyenne.
Processus de surface : Les pertes de soluté par évapotranspiration ne sont pas prises en compte dans MACRO. La quantité de soluté absorbé par la plante est proportionnelle à la quantité d’évaporation potentielle et à la concentration en pesticides dans la couche de surface.
Ecoulements dans la matrice du sol et écoulements préférentiels : MACRO calcule le transport des solutés dans les micropores par l’équation de convection-dispersion. Un terme puits/source permet de représenter l’absorption par les plantes, les pertes par évaporation, drainage et lessivage vers la nappe ainsi que les échanges entre les micropores et les macropores. Un deuxième facteur permet de rendre compte de l’adsorption par le sol. Le flux dans les macropores est calculé par l’équation de convection, la dispersion étant considérée comme nulle. Une homogénéisation s’effectue sur la première couche numérique de sol : la quantité de soluté dans les micropores est fonction de la lame d’eau infiltrée dans la matrice et de la concentration dans la pluie nette (ou dans l’irrigation). Dans les macropores, un équilibre instantané s’effectue entre l’eau entrante et l’eau résidant dans le sol. Les échanges de solutés entre les deux domaines poraux sont basés sur le phénomène de convection-diffusion.
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Table des matières
Introduction
Synthèse bibliographique
1. Présentation du modèle de transfert des pesticides : MACRO
2. Description de l’outil CEMAFOR
I. Le bassin versant de la Fontaine du Theil
1.1 Présentation générale
1.2 Création de scénarios
II. Réflexion sur les modalités de modélisation à adopter et paramétrage de MACRO
2.1 Définition de différents profils de sol et détermination de leurs propriétés hydrodynamiques (FPT)
2.2 Détermination des conditions aux limites
2.2.1 ZHBF : Nappe dans le profil
2.2.2 Versant : Gradient hydraulique constant
2.3 Estimations des conditions initiales
2.4 Paramètres culturaux
2.5 Paramètres phytosanitaires
2.6 Calibration des paramètres hydrodynamiques
III. Modélisation des flux d’eau et transfert de pesticides
Conclusion
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