Transfert de produits phytosanitaires par les écoulements latéraux en proche surface dans le Beaujolais de coteaux. Suivi sur parcelle exploitée, expérimentation de traçage in situ et modélisation

Assessment of pesticide transfer in subsurface lateral flow on a sloping vineyard in Beaujolais: field monitoring, tracing experiment and modeling

Peyrard, X.

Type de document
Thèse
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
IRSTEA LYON UR MALY FRA
Année
2016
Résumé / Abstract
Concilier une qualité satisfaisante des cours d’eau et d’une agriculture intensive, faisant appel aux produits phytosanitaires, demande une connaissance adéquate des transferts de ces produits, depuis les parcelles où ils sont appliqués, jusqu’aux cours d’eau. Dans ce cadre, les transferts latéraux de produits phytosanitaires en proche surface constituent une voie de contamination des eaux de surface dans certains contextes agro pédo climatique encore très peu prise en considération. Ainsi, l’objectif de cette thèse est d’apporter des éléments de connaissance et de compréhension de ces transferts et de leur dynamique. La démarche adoptée est en grande partie expérimentale. Dans un premier temps, nous avons instrumenté un site viticole, dans le Nord Beaujolais, avec : une tranchée d’interception, de mesure et de collecte des écoulements latéraux, afin de rendre compte des transferts latéraux de produits phytosanitaires en proche surface ; un canal Venturi, pour la comparaison de la dynamique et des ordres de grandeur du transfert latéral et du transfert par ruissellement de surface ; et un réseau piézométrique, permettant de caractériser la connectivité des écoulements latéraux sur le site. Dans un second temps, cette instrumentation a été mise en oeuvre pour suivre les transferts latéraux et par ruissellement de produits phytosanitaires, de manière fine et continue, et ce sur deux années viticoles, en conditions agricoles réelles. Enfin, une expérimentation de traçage in situ en conditions semi contrôlées a été menée puis modélisée pour tenter de mieux rendre compte des processus de transfert clés en jeu. Du point de vue de l’hydrologie du site, les résultats montrent une relation de seuil entre 1) les volumes évènementiels d’écoulements latéraux captés par la tranchée ainsi que le degré de connectivité du versant, 2) les volumes pluviométriques évènementiels, et 3) l’humidité initiale du sol. En ce qui concerne le suivi des produits phytosanitaires en conditions agricoles réelles, leur dynamique de transfert latéral en proche surface s’est avérée très variable à l’échelle de l’évènement, mais en accord avec les propriétés physico chimiques des substances. À l’échelle de l’ensemble des évènements, les concentrations de ces produits dans l’écoulement latéral suivent une décroissance exponentielle fonction, d’une part, de l’éloignement temporel des évènements par rapport aux dernières applications, et, d’autre part, des propriétés physico chimiques des produits phytosanitaires. À l’échelle annuelle, la saisonnalité de l’écoulement latéral et du ruissellement, ainsi que la disponibilité des substances au transfert, peuvent expliquer la saisonnalité observée des transferts par ces deux voies d’écoulement. En parallèle, l’expérimentation de traçage a permis de mettre en lumière l’existence d’une composante préférentielle de l’écoulement latéral, très probablement causée par les racines des ceps de vigne, et d’une composante matricielle, contrôlée par la topographie de la rupture de perméabilité à l’origine de l’écoulement latéral sur ce site. Du point de vue du transfert latéral des produits phytosanitaires, la composante préférentielle de l’écoulement a engendré des flux de substance significatifs et de concentrations élevées, mais fugaces. La composante matricielle, quant à elle, génère un flux de faible concentration, mais continu et de longue durée, ce qui implique au final une contribution au transfert des substances plus élevée que la composante préférentielle. Les propriétés d’adsorption des substances apparaissent comme facteurs de différenciation des flux aussi bien préférentiels que matriciels, en début de mobilisation des substances. En revanche, six mois après injection, l’évaluation de leur dissipation latérale par mètre linéaire parcouru s’est avérée mieux expliquée par les propriétés de dégradation de ces produits que par leurs propriétés d’adsorption. Au final, ces travaux offrent une première caractérisation fine des transferts latéraux de produits phytosanitaires en proche surface, et confortent l’identification des facteurs hydrologiques et physico chimiques les plus influents pour ces transferts.
In order to reconcile the good quality of watercourses and an intensive farming using pesticides, an appropriate knowledge of the transfers of pesticides from farmed plots to watercourses is necessary. Subsurface lateral flow may stand for a risky pathway in several agro pedo climatic contexts: in this way, the aim of this thesis work is to improve our understanding of pesticide transfer and dynamics by this pathway. Our approach is mostly experimental. Firstly, we instrumented a farmed vine plot, located on a hillslope in the Nord Beaujolais, with several devices: in order to characterize subsurface lateral transfers of pesticides, we used a trench to intercept, collect and sample subsurface lateral flows. So as to compare subsurface lateral transfer of pesticides with surface runoff, we measured surface runoff transfers of pesticides with a Venturi flume. A shallow groundwater well network was also installed to monitor the connectivity of the lateral flows occurring on the hillslope. Secondly, the instrumentation was used during two farming years to continuously monitor pesticide transfers in both subsurface lateral flows and surface runoff at a fine temporal resolution. Lastly, an in situ tracing experiment was conducted and modeled. Hydrological results highlighted a threshold relationship between 1) subsurface lateral flow volumes measured in the trench and the degree of lateral connectivity of the hillslope, 2) rainfall amounts, and 3) initial soil water content. Regarding the monitoring of subsurface lateral transfers of pesticides in real farming conditions, the dynamics of these transfers was very variable, at the event scale, and in agreement with the physico chemical properties of the substances. Considering all subsurface lateral flow events, pesticides concentrations were described using a decreasing exponential function depending on the time interval between a given event and the last application of the considered pesticides, and their physico chemical properties. At the year scale, the seasonality of pesticide transfers seemed related with the seasonality of subsurface lateral flow and surface runoff, and with the decreasing availability of pesticides with time. On the other hand, the tracing experiment highlighted two components in subsurface lateral flow: a matrix related one, controlled by the topography of the impeding layer; and a preferential related flow component, probably caused by vine roots. As regards pesticide transfers, the preferential component implied short, highly concentrated and significant lateral fluxes. Matrix related component of pesticide transfers produced continuous and slightly concentrated fluxes over a long period, and was responsible for a bigger part of the total transfer than the preferential component. As subsurface lateral fluxes were getting negligible six months after injection, the computation of the lateral dissipation of pesticides per linear meter flowed was better explained by the degradation properties of the pesticides than by their adsorption properties. Finally, this work provides a first continuous characterization of subsurface lateral transfers of pesticides at a fine resolution over two years, and the identification of main hydrological and pesticide factors influencing these transfers.
Diplôme
Doctorat Université Lyon I

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