Indicateurs Environnementaux Pesticides et Action Publique : le projet IEPAP. Rapport pour l'ANR

Environmental Pesticides Indicators and Public Action: the IEPAP Project. ANR report

Zahm, F. ; Gouy, V. ; De Fouquet, C. ; Kuentz Simonet, V. ; Leccia, O. ; Mazzella, N. ; Miralles, A. ; Morin, S. ; Petit, K. ; Planes, E. ; Pesce, S. ; Vernier, F. ; Guichard, L.

Type de document
Rapport scientifique
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
IRSTEA BORDEAUX UR ETBX FRA ; IRSTEA LYON UR MALY FRA ; INSTITUT CARNOT MINES PARIS FRA ; IRSTEA BORDEAUX UR ETBX FRA ; IRSTEA BORDEAUX UR ETBX FRA ; IRSTEA BORDEAUX UR EABX FRA ; IRSTEA MONTPELLIER UMR TETIS FRA ; IRSTEA BORDEAUX UR EABX FRA ; IRSTEA BORDEAUX UR ETBX FRA ; - ; IRSTEA LYON UR MALY FRA ; IRSTEA BORDEAUX UR ETBX FRA ; INRA AGROPARISTECH UMR AGRONOMIE GRIGNON FRA
Année
2015
Résumé / Abstract
Depuis 2007, l’action publique agro-environnementale française (Mesures agro-envionnementales, captages grennelle, plan Ecophyto) mobilise différents indicateurs pesticides pour évaluer l’atteinte des objectifs de préservation de la qualité de l’eau fixés par la directive cadre sur l’eau. La recherche développée ici est un travail méthodologique exploratoire s'intéressant à toutes les étapes de la chaine causale du risque (pression, transfert, état, impact) en l’appliquant à l’indicateur pesticide IFT Substance active « potentiel de transfert ». La méthodologie développée s’appuie sur une démarche intégrative de trois types de confrontations (indicateur /modélisation, modélisation / mesures chimiques et mesures chimiques / descripteurs biologiques) mobilisant quatre types de résultats intermédiaires : (i) un calcul du potentiel de transfert de pratiques phytosanitaires estimé par l’indicateur IFT SA potentiel de transfert, (ii) une modélisation du transfert de ces mêmes pratiques estimé par deux modèles agro-hydrologiques (SWAT et MACRO), (iii) des mesures chimiques de pesticides dans les eaux de surface et (iv) des mesure de descripteurs biologiques de la qualité de l’eau. La démarche a été testée sur les bassins versants du Ruiné en Charente (413 hectares de SAU à dominante vigne et grandes cultures) et de la Morcille dans le Beaujolais (175 ha de SAU en vigne). Les 23 agriculteurs présents sur le Ruiné ont tous été enquêtés permettant de recueillir l’information des pratiques agricoles sur 81 % la SAU pour 2012/2013. Sur la Morcille, les enquêtes ont concerné 30 viticulteurs (couvrant 50 % des pratiques de la SAU). Les mesures de pesticides prélévés ont été réalisées grâce à l’utilisation d’échantillonneurs passifs (POCIS) pour le Ruiné et à partir d’échantillonnages ponctuels sur la Morcille. Les communautés de diatomées naturelles ont été échantillonnées sur les deux sites, sur des substrats artificiels immergés pour une durée de 1 mois, correspondant aux pas de temps d’échantillonnage pour les analyses chimiques. Le calcul de l’indicateur IFT SA Potentiel de transfert a été partiel car conditionné par la présence des substances actives dans la base de données nationale SIRIS. Les valeurs calculées de l’IFT potentiel de transfert mobilisées pour la confrontation concernent les risques ESU sur le Ruiné et ESO et ESU sur la Morcille. La confrontation des résultats entre les valeurs calculées de l’indicateur IFT SA ‘Potentiel de transfert’ et les valeurs de flux pesticides estimées par la modélisation a été conduite (i) sur le Ruiné pour 7 substances actives (Aclonifene, Glyphosate, Mancozèbe, 2,4 – MCPA, Tébuconazole, S_Métolachlore et Métaldéhyde) avec le modèle SWAT et (ii) sur la Morcille pour 7 autres substances les plus utilisées sur la vigne (Aminotriaziole, Glyphosate, Diuron, Flazasulfuron, Flumioxazine, Spiroxamine et Tébuconazole) avec MACRO. L’unité spatiale de confrontation des résultats est respectivement le Sous Bassin Versant pour le Ruiné et la parcelle agricole pour la Morcille. La période temporelle de confrontation est la saison culturale. Le système d’information environnemental mobilisant l’outil Spatial On-Line Analytical Processing, construit dans un précédent projet interne Irstea, a été développé et appliqué au Ruiné, permettant de calculer et restituer les différents types d’information. Les résultats de la première confrontation à l’échelle de la parcelle agricole montrent que l’IFT SA potentiel de transfert, en différenciant les classes de mobilité dans l’IFT global, apporte une information supplémentaire à l’IFT SA quant à la mobilité potentielle des substances utilisées. Sur la Morcille, la confrontation montre une bonne cohérence entre les valeurs de l’IFT SA potentiel de transfert vertical et horizontal et celles modélisés par MACRO (flux normalisé par la dose unité). Les parts relatives des classes de mobilité forte, moyenne et faible montrent une hiérarchie en général identique entre IFT SA potentiel de transfert et résultats de modélisation normalisée par la dose unité. Par ailleurs, à la fois le modèle et l’indicateur IFT SA potentiel de transfert montrent une plus grande part des substances de classe faible dans les flux verticaux normalisés par la dose unité (flumioxazine, tébuconazole et spiroxamine) alors que c’est la classe moyenne (tébuconazole, spiroxamine et flazasulfuron) qui est la plus réprésentée dans les flux horizontaux normalisés par la dose unité. Enfin, il est observé que les substances ayant une classe forte de mobilité SIRIS correspondent bien aux substances présentant les plus forts transferts (g/ha) mais que ces derniers peuvent cependant être sous estimés par la modélisation notamment du fait d’une mobilisation très faible du glyphosate modélisée. Par ailleurs, il apparait que la part de chaque classe de mobilité dans le flux total normalisé par la dose unité calculé par MACRO est relativement sensible au croisement « date d’application et date d’occurrence de pluies significatives », que ce soit pour les transferts verticaux ou horizontaux. Ainsi, les conditions de mise en œuvre des produits (notamment occurrence de fortes pluies peu de temps après application) peuvent engendrer des situations de pire cas susceptibles d’exacerber la mobilité modélisée des substances classées en classe de mobilité SIRIS faible à moyenne comparativement aux substances classées en classe de mobilité SIRIS forte. Sur le Ruiné, la confrontation à l’échelle des 13 sous-bassins (délimités par le modèle SWAT) a été réalisée à partir d’un test de corrélation sur les rangs (Spearman) et montre des résultats significatifs et positifs uniquement pour le mancozèbe (fongicide appliqué sur la vigne) (corrélation proche de 0,8 pour une p-valeur inférieure à 0,10). Pour les six autres substances actives, les valeurs de corrélation proches de 0,5 ne permettent pas d’avancer des conclusions sur les liens entre IFT SA Potentiel de transfert et sorties de modélisation. Les résultats de modélisation montrent également que les conditions d’usage des pesticides (concomitance des dates d’application avec des pluies suffisamment intenses) peuvent engendrer des pics de transfert ponctuels que l’IFT SA potentiel de transfert calculé sur une année culturale n’est pas en mesure de mettre en avant. Les résultats de la seconde confrontation entre concentrations en pesticides mesurées dans les eaux et les sorties des modélisations à l’échelle des deux sous bassins (SWAT et MACRO) montrent une bonne concordance (mêmes ordres de grandeur). Les analyses convergent vers la mise en évidence d’un gradient de contamination croissante le long de la Morcille et une modification de la composition de la pression pesticide (dans les mêmes ordres de grandeurs) entre les 2 sites du Ruiné. La troisième confrontation entre les mesures chimiques de pesticides et l’impact biologique mesuré in situ a permis d’identifier les descripteurs biologiques les plus pertinents pour l´évaluation du risque toxique ainsi que les substances phytosanitaires responsables de la toxicité vis-à-vis des microalgues. Les trois types de descripteurs biologiques retenues (indices diatomiques, indices de biodiversité et présence d’espèces particulières) montrent une variabilité saisonnière très importante de la contamination chimique sur le Ruiné. Cette dernière se traduit par des variations cohérentes des indicateurs biologiques et chimiques sur le Ruiné alors que ces derniers traduisent le gradient d’exposition amont-aval constaté le long de la Morcille. Les indices biologiques d’évaluation de la qualité globale traduisent plus des variations saisonnières dans la composition spécifique des communautés, mais ne mettent pas en évidence d’altération trophique majeure.
Since 2007, pesticide indicators have been used by French agro-environmental public institutions so as to evaluate and limit the impact of agricultural practices on surface water quality, in accordance with the WFD requirements. A methodological work as been led, including the whole chain of causality (chemical pressure, transfer, state, impact), so as to test the coherence of various tools classically used to assess pesticide impact (an indicator of pesticide potential of transfer to waters, agro-hydrological models, chemical and biological measurements of pesticide impact in water courses). An integrative approach has been implemented so as to confront (i) indicators versus models results, (ii) models results versus chemical observations and (iii) chemical versus biological observations. The tested indicator (IFT SA Potentiel de Transfert) has been developped by INRA and it integrates an estimation of pesticide active ingredient frequency of treatment as well as its mobilily characteristics. Two case studies has been chosen : a mixed farming (cereals, vine, oleaginous plants) agricultural cathment (Ruiné in Charente, 413 ha of arable land) and a vine growing catchment (La Morcille in Beaujolais, 175 ha of arable land). In La Morcille the model MACRO has been used at the field scale while the SWAT model has been used in Ruiné at the sub-catchment scale. The calculations have been achieved at the crop season scale. Chemical monitoring has been achieved according to grab or passive sampling strategies and biological impact has been assessed on diatoms submitted to one month of exposure in each water course of Ruiné (2 observation sites) and La Morcille (3 observation sites). A specific environmental information system using data-warehousing has been used to help the gathering and agregation of data at the sub-catchment scale. Even if the results should be confirmed with complementary tests, a global coherence between the indicator and the results of the model MACRO at the field scale has been highlighted. It was much more difficult to highlight correlations in that way at the sub-catchment scale, probably because of the interference of a combination of factors (different soils, slopes, soil covers) which contribute, as well as agricultural practices, to pesticides transfer. The results permitted to highlight some points of attention so as to consolidate the approach and first conclusions. In particular, one has to grant a special attention to the quality and coherence of the data used for the different levels of confrontations. Obviously, the space and time scales of data acquisition must be compatible, which, in fact, is not so common, data being acquired through different programmes. It is also recommanded to display of a long enough set of meteorological data permitting to take into account the influence of inter-annual rainfall patterns on pesticide modelled transfer and then to provid more robust mean results to confront to the indicator, which, for its part, does not integrate the climat influence. Observation data highlighted the importance of better take into account pesticides degradation products in pesticide indicators and models, as some may be widely detected in surface waters and ecotoxic. Besides, models validity should be verified in more agro-predo-climatical situations so as to improve the consistence of their results before the confrotation with indicators.

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