Évaluation de la contribution des parcelles agricoles de petits bassins versants au risque de transfert des produits phytosanitaires vers les eaux de surface par analyse multicritère : bassin versant expérimental d'Auradé

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petits bassins versants au risque de transfert des

produits phytosanitaires vers les eaux de surface par

analyse multicritère : bassin versant expérimental

d’Auradé

A.C. Boutet

To cite this version:

A.C. Boutet. Évaluation de la contribution des parcelles agricoles de petits bassins versants au risque de transfert des produits phytosanitaires vers les eaux de surface par analyse multicritère : bassin versant expérimental d’Auradé. Sciences de l’environnement. 2019. �hal-02610125�

MINISTERE DE L’AGRICULTURE, DE L’AGROALIMENTAIRE ET DE LA FORET

E

N

S

S

A

B

A

1, cours du Général de Gaulle - CS 40201 – 33175 GRADIGNAN cedex

M E M O I R E de fin d’études pour l’obtention du titre d’Ingénieur de Bordeaux Sciences Agro

Evaluation de la contribution des parcelles agricoles de petits bassins

versants au risque de transfert des produits phytosanitaires vers les eaux de

surface par analyse multicritère : Bassin versant expérimental d’Auradé.

Boutet, Anne-Charlotte

Spécialisation : Gestion des Ressources et de l’Environnement

Etude réalisée à : Irstea-Bordeaux, 50 Avenue de Verdun, 33612 Cestas

Tuteur de stage : Philippe Chery

Maître de stage : Francis Macary

Remerciements

La liste des personnes à remercier est longue, en effet, j’arrive suite à de longues années d’études aux portes de ma vie professionnelle. Ce parcours qui certes n’a pas été facile me permet, aujourd’hui, de devenir cette future ingénieure agronome.

Mes remerciements vont tout d’abord à Francis Macary, mon maître de stage ou plutôt « compagnon de travail » comme dirait le gersois. Tout stagiaire mériterait d’avoir un encadrement de cette qualité qui m’a permis à la fois d’écrire ce mémoire mais aussi de grandir professionnellement et humainement. Merci Francis d’avoir supporté mon humour et mes interrogations professionnelles … Je tiens à remercier l’Irstea-Bordeaux et son directeur Fréderic Saudubray pour m’avoir ouvert son bureau afin de m’aiguiller sur mon avenir professionnel, les collègues de l’unité ETBX, les doctorants, les stagiaires dont Lise ma collègue SIG qui prend toujours plaisir à écouter mes histoires. Un grand merci à l’association des agriculteurs de la Gascogne Toulousaine et ses agriculteurs, à Lorie, Jeanne et M. Larroque, maire d’Auradé qui m’ont accueillie et avec qui travailler fut un plaisir. Merci à Patrice, conseiller à la CASCAP et à son directeur, de m’avoir accordé du temps pour échanger sur les pratiques agricoles de la région. Et merci aux partenaires scientifiques du projet Pestipond avec qui les échanges ont été très constructifs.

Je tiens à remercier les GREENs, Eléa, Mélina, Laurane, Méliane, Laetitia, Samy, Romain et Clém, la bonne promo avec qui travailler, étudier, rire pendant ce dernier semestre d’études a été très agréable. A l’équipe enseignante de BSA, mais surtout à Philippe, Stéphanie et Alexandre, merci pour leur qualité d’enseignement et leur joie de vivre. Merci encore à Philippe, même s’il est toujours débordé, d’avoir pris le temps d’échanger sur mes interrogations professionnelles et personnelles.

Mes derniers remerciements vont à mon entourage, mes amis qui sont toujours là pour écouter mes aventures farfelues, mes parents et mon frère qui m’ont toujours soutenue dans mes choix et gracias Dani por apoyar la francesa necia .. Vamos a Ecuador !

Table des matières

Introduction ... 1

I- Contexte... 2

1.1 Le projet Pestipond ... 2

1.1.1 Un projet de recherche s’insérant dans les enjeux environnementaux actuels ... 2

1.1.2 Un projet national de recherche impliquant des partenaires socio-économiques ... 2

1.1.3 Un projet organisé en 3 volets ... 3

1.2 Irstea-Bordeaux et tâches confiées ... 4

1.2.1 IRSTEA Bordeaux... 4

1.2.2 Tâches du projet Pestipond réalisées par l’Irstea-Bordeaux UR ETBX. ... 5

1.3 Bassins versants expérimentaux et problématique ... 5

1.3.1 Situation des 3 bassins versants expérimentaux et leurs retenues associées ... 5

1.3.2 Problématique ... 7

II- Matériels et méthodes ... 7

2.1 Secteur de l’étude : Bassin versant expérimental d’Auradé ... 7

2.1.1 Situation ... 8

2.1.2 Climat ... 9

2.1.3 Géologie et pédologie du BVE d’Auradé ... 9

2.1.4 Occupation du sol ... 13

2.1.5 Relief / hydrologie ... 13

2.1.6 La retenue collinaire du Bassioué ... 14

2.2 Analyse multicritère pour l’aide à la décision couplée à un SIG : choix de la méthode Electre Tri-C 15 2.2.1 Notions de vulnérabilité et de risque ... 15

2.2.2 Analyse multicritère ... 16

2.2.3 Electre Tri-C ... 19

2.3 La modélisation des transferts de pesticides dans les eaux de surface par la méthode Electre Tri-C 20 2.3.1 Critère 1- Topographie (PEN) ... 21

2.3.2 Critère 2 - Sols (SOL)... 22

2.3.3 Critère 3 – Connectivité (CON) ... 26

2.3.4 Critère 4 – Protection arborée des cours d’eau et fossés (Ripisylve et haie) (RIP) ... 27

2.3.5 Critère 5 – Bande tampon agricole (BTA) ... 28

2.3.6 Critère 6 – Pression phytosanitaire parcellaire (PPP) ... 30

2.3.7 La pondération ... 31

2.4.1 Bassin versant expérimental d’Auradé et son parcellaire ... 33

2.4.2 Itinéraires techniques des agriculteurs du bassin versant ... 33

2.4.3 Notations parcellaires de la connectivité aux eaux de surface et des freins au transfert de pesticides ... 34

III- Résultats ... 35

3.1 Résultats des enquêtes et de l’investigation du terrain : Parcellaires, IFT ... 35

3.1.1 Assolement et pratiques culturales ... 35

3.1.2 Connectivités au cours d’eau et freins aux transferts ... 38

3.2 Résultats des différents types de risque ... 38

3.2.1 Résultats pour la campagne 2017/2018 ... 39

3.2.2 Résultats pour la campagne 2018/2019 ... 40

3.2.3 Simulation du scénario SC01 sans ripisylve et sans bandes tampons agricoles ... 42

3.2.4 Simulation du scénario SC02 avec ripisylve et bandes tampons agricoles avec ripisylve et bandes tampons agricoles ... 44

IV- Discussions ... 44

5.1 Le choix de la méthode multicritère ... 44

5.2 Choix des critères ... 45

5.3 Entretiens avec les agriculteurs ... 46

5.4 Comparaisons des résultats obtenus en 2009 et en 2019 sur le BVE d’Auradé ... 47

Conclusion ... 48

Bibliographie : ... 49

Annexes ... 52

Annexe I : Graphique représentant les plus gros consommateurs de pesticides en Europe (Gaudiaut 2018) ... 52

Annexe II : Répartition des petites régions agricoles selon l’origine et le niveau de la pression phytosanitaire (pesticides par hectare). ... 53

Annexe III : Liste des partenaires du projet (Projet Pestipond)... 54

Annexe IV: Méthodologie typologie ... 56

Annexe V : Traitement SIG ... 66

Annexe VI : Typologie des approches opérationnelles et des méthodes d'analyse multicritère d'aide à la décision ... 70

Annexe VII : Pondération ; Modélisation des résultats des jeux des cartes avec le logiciel SR (Simos, Roy, Figuera). ... 71

Annexe VIII : Fiche ITK GAGT/Ecolab ... 73

Table des figures et tableaux :

Figure 1 : Schéma des différents partenaires scientifiques et socio-économiques de Pestipond (Probst,

2019) ... 3

Figure 2 : Schéma organisationnel du projet Pestipond (Probst, 2019) ... 4

Figure 3 : Situation des trois sites expérimentaux du projet Pestipond (Probst, 2019) ... 6

Figure 4 : Bassins versants emboités dans le grand bassin hydrographiques de la Garonne (Macary, 2013a) ... 8

Figure 5 : Diagramme ombrothermique à Auch d'après les données Météo France 1984-2004 (Macary, 2013a) ... 9

Figure 6 : Carte géologique du bassin versant d'Auradé (IGN, BRGM) ... 10

Figure 7: Cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines à la pollution par les produits phytosanitaires (Schoen et Codevelle, 2001) ... 11

Figure 8 : Cartographie des différents types de sol présents sur le BVE (Party et Probst, 2005) ... 1

Figure 9 : Répartition des différents sols sur le BVE en pourcentage ... 12

Figure 10 : Les différents modes de transfert des produits phytosanitaires (Barjavel et al., 2019) ... 13

Figure 11 : Cartographie du pourcentage de pentes sur le BVE d'Auradé (IGN, 2018) ... 14

Figure 12 : Situation de l'impluvim et de la retenue dans le BVE ( IGN, 2017 ; Macary, 2019) ... 15

Figure 13 : Modèle conceptuel d'évaluation des risques agro-environnementaux pour la ressource en eau (Macary, 2013a) ... 16

Figure 14 : Schématisation de la méthodologie (Macary 2013a) ... 17

Figure 15 : Extrait de la matrice de performance du modèle ... 17

Figure 16 : Schéma des différents seuils présents dans la méthode Electre (Macary, 2010) ... 18

Figure 17 : Cartographie des pentes moyennes par parcelle (IGN, 2017) ... 22

Figure 18 : Classe de texture de l’Aisne et classes associées (Jamagne 1967) ... 22

Figure 19 : Cartographie des sols battants du BVE ... 23

Figure 20 : Cartographie des sols imperméables du BVE ... 23

Figure 21 : Cartographie de l'indice sol par parcelle ... 25

Figure 22 : Extrait du logiciel SRF pour la pondération des molécules solubles ... 32

Figure 23 : Extrait du logiciel SRF pour les molécules insolubles ... 32

Figure 24 : Photographie du BVE d’Auradé (Boutet, 2019) ... 34

Figure 25 : Photographies du sol avec et sans couvert (GAGT, 2019) ... 35

Figure 26 : Cartographie de l'assolement 2017/2018 ... 36

Figure 27 : Cartographie de l'assolement 2018/2019 ... 36

Figure 28 : Photographie de la mise en place du relay-cropping sur le BVE d'Auradé (GAGT, 2019) 37 Figure 29 : Cartographie du risque de contamination par les molécules solubles pour la campagne 2017/18 ... 38

Figure 30 : Cartographie du risque de contamination par les molécules insolubles pour la campagne 2017/18 ... 39

Figure 31 : Cartographie du risque de contamination par les molécules solubles pour la campagne 2018/19 ... 40

Figure 32 : Cartographie du risque de contamination par les molécules insolubles pour la campagne 2018/19 ... 41

Figure 33 : Cartographie du risque de contamination par les molécules solubles pour la campagne 2018/19 avec le scénario SC01 Figure 34 : Cartographie du risque de contamination par les molécules insolubles pour la campagne 2018/19 avec le scénario SC01 ... 41

Figure 35 : Cartographie du risque de contamination par les molécules solubles pour la campagne

2018/19 avec le scénario SC02………...43

Figure 36 : Cartographie du risque de contamination par les molécules insolubles pour la campagne 2018/19 avec le scénario SC02 ... 43

Tableau 1 : Description des trois sites expérimentaux (Tournebize, 2019) ... 7

Tableau 2 : Liste des critères ... 20

Tableau 3 : Valeurs caractéristiques par catégorie de risque associé au critère 1 ... 21

Tableau 4 : Notations des différents sols du BVE ... 24

Tableau 5 : Valeurs caractéristiques par catégorie de référence associé au critère 2 ... 25

Tableau 6 : Notation des connections ... 26

Tableau 7 : Valeurs caractéristiques par catégorie de référence associé au critère 3 ... 27

Tableau 8: Notations de la ripisylve ... 27

Tableau 9 : Valeurs caractéristiques par catégorie de risque associé au critère 4 ... 28

Tableau 10 : Notations de la bande enherbée ... 29

Tableau 11 : Valeurs caractéristiques par catégorie de risque de référence associé au critère 5 ... 30

Tableau 12 : Construction des valeurs caractéristiques ... 31

Tableau 13 : Valeurs caractéristiques des 5 catégories de référence du critère 6 ... 31

Tableau 14 : Bilan des moyennes des IFT ... 127

Tableau 15 : Synthèse des catégories de risque de contamination par les molécules solubles pour la campagne 2017/18 ... 39

Tableau 16 : Synthèse des catégories de risque de contamination par les molécules insolubles pour la campagne 2017/18 ... 40

Tableau 17 : Synthèse des catégories de risque de contamination par les molécules solubles pour la campagne 2018/19 ... 40

Tableau 18 : Synthèse des catégories de risque de contamination par les molécules insolubles pour la campagne 2018/19 ... 41

Tableau 19 : Synthèse des catégories de risque de contamination pour la campagne 2018/19 avec le scénario SC01 ... 42

Tableau 20 : Synthèse des catégories de risque de contamination pour la campagne 2018/19 avec le scénario SC02 ... 44

Abréviations

AFA : Association Française d’Agronomie ANR : Agence Nationale de Recherche

BRGM : Bureau de Recherches Géologiques et Minières BTA : Bande Tampon Agricole

BVE : Bassins Versant Expérimentaux

CACG : Compagnie d’Aménagement des Coteaux de Gascogne

CASCAP : Coopérative Agricole de Stockage de Céréales et d'Approvisionnement CAUE : Conseil d’Architecture d’Urbanisme et de l’Environnement

CIPAN : Culture Intermédiaire Piège A Nitrates CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique

CNRTL : Centre National de Ressources Textuelles et Lexicales CON : Connectivité

CORPEN : Comité d’ORientation pour des Pratiques agricoles respectueuses de l’Environnement

DCE : Directive Cadre sur l’Eau

EABX : Ecosystèmes aquatiques et changements globaux ELECTRE : Elimination Et Choix Traduisant la REalité

ENGEES : Ecole Nationale du Génie de l’Eau et de l’Environnement de Strasbourg ENSAT : Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Toulouse

ETBX : Environnement, Territoires et infrastructures ETP : Evapotranspiration

GAGT : Groupement des Agriculteurs de la Gascogne Toulousaine GIEE : Groupement à Intérêt Economique et Environnemental

HYCAR : Hydrosystèmes Continentaux Anthropisés – Ressources, Risques, Restauration I3P : Indice de Pression Phytosanitaire à la Parcelle

IFT : Indice de Fréquence de Traitement

IGN : Institut national de l’information géographique et forestière INP : Institut National Polytechnique

INRA : Institut National de la Recherche Agronomique

IRSTEA : Institut National de Recherche en Sciences et Technologie pour l’Environnement et l’Agriculture

IRTE : Indicateur de Risque de Toxicité sur l’Environnement LabEx COTE : Laboratoire d’Excellence COTE

LAMSADE : Laboratoire d’Analyse et de Modélisation de Systèmes pour l’Aide à la Décision à l’université de Paris-Dauphine

LEMA : Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques

LHyGeS : Laboratoire d’Hydrologie et de GEochimie de Strasbourg MES : Matière en suspension

MNT : Modèle Numérique de Terrain P : Précipitations

PAC : Politique Agricole Commune PP : Produit Phytosanitaire

RIP : Ripisylve

RPG : Registre Parcellaire Graphique SAU : Surface Agricole Utile

SEP : Partenaires Socio-Economiques SIG : Système d’Information Géographique SP : Partenaires Scientifiques

SRF: Simos Roy Figueira

SWAT: Soil and Water Assessment Tool UG : Unités de Gestion de la qualité des eaux UMR : Unité Mixte de Recherche

1

Introduction

Le mot agronomie, qui dérive des deux racines grecques agros : « champ », et nomos : « loi », peut désigner, dans l'usage courant, une partie ou la totalité des sciences appliquées à l'agriculture (CNRTL, 2019). Longtemps considérée comme une discipline à l’interface de la plante, du sol et de l’atmosphère, aujourd’hui, l’Association Française d’Agronomie (AFA) la définit comme « une discipline scientifique qui étudie les relations entre plantes cultivées, milieu et techniques agricoles » (AFA, 2019). Au fil des siècles, le travail de l’agronome a évolué notamment avec les progrès scientifiques et techniques. Le recours à la chimie pour « dominer » la nature est aujourd’hui remis en cause. En effet, la montée en puissance des enjeux environnementaux fait évoluer le métier d’ingénieur agronome. Il doit prendre en compte la notion de développement durable, ainsi en mêlant d’une part une production agricole qui permet d’assurer un revenu décent à l’agriculteur, un développement économique et social du territoire et d’autre part la préservation des écosystèmes, de la biodiversité et des sols (Briel et Vilain, 1999). Il évolue ainsi dans le cadre des politiques publiques qui imposent un cadre réglementaire et donnent des directives concernant les enjeux environnementaux. Ainsi, l’agronome doit savoir changer d’échelle pour adapter son diagnostic environnemental et pouvoir raisonner de la parcelle en passant par le bassin versant jusqu’à la région ou plus largement la France ou l’Europe. L’INRA et l’IRSTEA, qui fusionneront en janvier 2020, sont les centres de recherches français spécialisés dans les problématiques agricoles et environnementales.

Le projet Pestipond : « Rôle des retenues d’eau artificielles et naturelles dans le transfert et l’impact des pesticides dans les eaux de surface de la zone critique en milieu agricole », est un projet de l’Agence nationale de recherche (ANR) porté par 4 laboratoires de recherche dont le Laboratoire LHyGEs de l’Université de Strasbourg, l’UMR Ecolab à l’Université de Toulouse-INPT-ENSAT, l’UR HYCAR de Antony, l’UR ETBX de l’IRSTEA-Bordeaux. Dans les bassins versants agricoles, les retenues d’eau (zones humides, étangs, bassins d’orage …) sont des écosystèmes dynamiques et complexes. Ce projet vise à apporter des éléments de réponses sur leurs rôles méconnus de « réacteurs biogéochimiques » à l’égard des pesticides : stockage, transformation, dissipation. Le projet Pestipond s’appuie sur trois bassins versants expérimentaux (BVE) : Auradé sur les Coteaux de Gascogne, près de l’Isle Jourdain ; Rampillon en Seine et Marne, près de Nangis ; Hohrain en Alsace près de Colmar. L’une des tâches, cordonnée par F. Macary à Irstea-Bordeaux prévoit d’évaluer la contribution de chaque parcelle des BVE aux risques de transferts des pesticides dans les eaux de surface de chaque bassin versant expérimental. Dans le cadre d’un projet européen, un travail similaire avait été effectué sur le BVE d’Auradé en 2009-2010. Cette problématique avait été traitée par l’usage d’une méthode d’analyse multicritère d’aide à la décision : ELECTRE Tri-C, couplée à un système d’information géographique (SIG). La démarche avait été déjà mise en œuvre par F. Macary sur différents bassins versants. Nous avons choisi d’implémenter de nouveau ce modèle d’aide à la décision sur le bassin versant d’Auradé dans le Gers en 2019, après modification de quelques paramètres.

Ainsi, dans un contexte agro-environnemental et dans le cadre du projet de recherche Pestipond, la question de recherche traitée dans ce mémoire peut être formulée ainsi :

comment peut-on évaluer la contribution de chaque parcelle agricole aux risques de transfert des produits phytosanitaires vers les eaux de surface à l'échelle du petit bassin versant d’Auradé ?

2 Une mise en contexte du sujet est réalisée en explicitant sa problématique. Puis, les matériels et la méthodologie employés sont décrits afin de fournir des résultats spatialisés de la contribution des parcelles aux risques de transferts des produits phytosanitaires vers les eaux de surface. Enfin, la démarche sera analysée et discutée pour souligner les points à améliorer.

I-

Contexte

1.1 Le projet Pestipond

1.1.1 Un projet de recherche s’insérant dans les enjeux environnementaux actuels

Depuis 30 ans, l’utilisation des produits phytosanitaires est encadrée par la législation française et européenne. Bien que la France soit le 10ème consommateur de pesticides en Europe (1,15 kg/ha en 2016), elle se situe au-dessus de la moyenne européenne qui est de 0.98kg/ha1 (Eurostat, 2016) (Annexe I). Le plan Ecophyto II (2015-2025) reprenant les objectifs du premier plan Ecophyto I2 , vise à réduire l’usage, les risques et les impacts des produits phytosanitaires, avec comme objectif une réduction de 25% d’ici 2020 et 50% à l’horizon de 2025 de l’usage des produits phytosanitaires. Le plan actuellement en place ; Ecophyto II+, quant à lui, répond à l’obligation d’appliquer la directive européenne de 2009. Il instaure un cadre d’actions permettant d’accompagner les agriculteurs dans la transition. De plus, il soutient la recherche et l’innovation notamment sur les risques et les impacts des produits phytosanitaires sur les milieux. Parallèlement, la protection de la ressource en eau s’est intensifiée grâce à la directive cadre sur l’eau (DCE) en 2000 et à son application en France avec la loi sur l’eau et les milieux aquatiques (LEMA) en 2007. L’objectif de cette loi était d’arriver à un « bon état écologique » des masses d’eaux en 2015 : objectif non atteint. Un des enjeux permettant d’accomplir celui-ci est de lutter contre les pollutions diffuses avec la mise en place de nombreux plans d’actions territoriaux visant à améliorer la qualité de l’eau des aires d’alimentation de captages d’eau potable (eauetphyto-aura, 2019).

Le projet Pestipond est un projet de recherche fondamentale initialement qui vise à comprendre les processus méconnus d’accumulation et de dégradation des produits phytosanitaires dans les retenues d’eau d’origine agricole ou « ponds ». La finalisation de ces travaux permettra de mieux appréhender le rôle des « ponds » dans le paysage et le continuum de transfert des pesticides.

Par ailleurs, les plus grandes régions consommatrices de produits phytosanitaires sont le Bassin Parisien, le Sud-Ouest et l’Alsace (Alim’agri, 2019) (Annexe II). Pestipond est un projet d’envergure nationale qui s’appuie sur trois sites pilotes où la pression phytosanitaire est importante : Rampillon en Brie, Auradé en Gascogne et Hohrain en Alsace.

1.1.2 Un projet national de recherche impliquant des partenaires socio-économiques

Le projet de recherche Pestipond, financé par l’ANR est, en effet, un projet national avec la collaboration des 4 unités de recherche pré-citées et de 15 partenaires socio-économiques

1

Les valeurs indiquées résultent des tonnages globaux / surfaces agricoles. Elles ne tiennent pas compte des différences de doses homologuées (quelques centaines de grammes à l’hectare ou quelques kilos).

2

Ecophyto I devait réduire l’usage des produits phytosanitaires de 50% entre 2008 et 2018. De 2009 à 2013, celui-ci a augmenté de 5% par an selon l’indicateur NODU (nombre de doses appliquées).

3 repartis sur toute la France (figure 1 et tableau en annexe III). Il porte sur « l'étude du rôle des retenues d’eau artificielles et naturelles dans le transfert et le devenir des pesticides dans les eaux de surface de la zone critique en milieu agricole ». Ces résultats seront utiles pour les gestionnaires de l’eau et de l’environnement ainsi que les professionnels agricoles dans leurs démarches agro-environnementales.

Figure 1 : Schéma des différents partenaires scientifiques et socio-économiques de Pestipond (Probst, 2019)

Ces retenues peuvent être de plusieurs types : étangs, retenues collinaires, zones humides … ce sont des écosystèmes complexes qui agissent comme des réacteurs biochimiques. Ils agissent à l’instar de filtres naturels dont leurs fonctionnements sont peu connus.

Grâce aux résultats obtenus sur le fonctionnement de ces plans d’eau, les scientifiques en collaboration avec les acteurs socio-économiques pourront élaborer des scénarii d’organisation et de structuration des éléments paysagers (zones tampons, retenues d’eau, assolement …). Ces scénarii seront évalués par une modélisation agro-hydrologique (modèle SWAT) afin de connaitre la meilleure stratégie d’usage de ces retenues afin de réduire les transferts vers l’aval des bassins versants (BV) et diminuer la charge des pesticides dans les eaux de surface. Les partenaires socio-économiques compétents, sont bien intégrés dans la sphère agricole de leur région et permettront d’avoir un point de vue concret et réaliste du terrain. Ils permettront de construire des scénarii fiables et concordants avec la réalité et de diffuser les résultats sur le terrain auprès des gestionnaires des services environnementaux.

4 Trois grandes tâches expérimentales organisent le projet Pestipond et interagissent entre elles (figure 2).

Chaque laboratoire étant spécialisé dans un domaine, les différentes tâches sont confiées au laboratoire compétent, il en va de même pour chaque bassin versant qui se trouve dans trois régions différentes.

En effet, les laboratoires Ecolab à Toulouse, LHyGEs à Strasbourg et IRSTEA-Antony se concentrent sur le comportement biogéochimique des pesticides (tâche 1), et le fonctionnement in situ et en laboratoire de la dissipation des pesticides dans les retenues (tâche 2). Par ailleurs, Ecolab à Toulouse réalise ses expériences sur la retenue d’Auradé, le LHyGEs à Strasbourg celle d’Horain en Alsace et pour finir l’IRSTEA-Antony la zone humide de Rampillon.

Parallèlement, l’IRSTEA-Bordeaux a un regard croisé sur les trois bassins versant expérimentaux, et réalise la modélisation de la contribution des parcelles aux risques de transfert des pesticides sur les bassins versants (tâche 3). De plus, la réalisation d’une typologie des retenues à l’échelle nationale est confiée à l’UR ETBX de Bordeaux. Elle nécessite une vue d’ensemble des caractéristiques des retenues (tâche 1).

Figure 2 : Schéma organisationnel du projet Pestipond (Probst, 2019) 1.2 Irstea-Bordeaux et tâches confiées

1.2.1 Irstea-Bordeaux

L’Institut national de Recherche en Sciences et Technologies pour l'Environnement et l'Agriculture (Irstea) est un Établissement Public à caractère Scientifique et Technologique en cotutelles avec le ministère en charge de l’agriculture et le ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche. L’institut a pour objectif, une recherche finalisée et motivée par les besoins de la société actuelle. Elle profite d’une recherche partenariale forte permettant de construire des projets multi-acteurs et interdisciplinaires.

5 L’Irstea-Bordeaux est divisé en deux unités de recherche (UR) : Ecosystèmes aquatiques et changements globaux (EABX) et Environnement, territoires et infrastructures (ETBX). L’UR ETBX associé au laboratoire Ecolab à Toulouse, a été impliquée dans plusieurs projets de recherche, sur l’évaluation des risques de transferts des contaminants dans les eaux de surface en Gascogne (Imaque (2004-2006), Insolevie (2007-2009), Aguaflash (2009-2012)). Différentes méthodes de modélisations spatiales et ce à différentes échelles ont été implantées. Le stage se déroule au sein de l’unité ETBX collaborant pour le projet Pestipond. Ce laboratoire a déjà travaillé sur des projets de protection de la ressource en eau et évalué le risque de transferts des produits phytosanitaires et des nitrates, notamment sur le bassin de la Save et le bassin versant expérimental d’Auradé dans le Gers.

1.2.2 Tâches du projet Pestipond réalisées par l’Irstea-Bordeaux UR ETBX.

Plusieurs sous-tâches ont été confiées à l’UR ETBX.

Dans le premier groupe de tâche : « comportements biogéochimique des pesticides dans les conditions in situ », la tâche 1.1 : « caractérisation et typologie des retenues » est réalisé par UR ETBX. En effet, il s’agit d’établir une démarche de caractérisation des retenues, du contexte environnemental et des conditions hydrologiques des versants entourant ces retenues, y compris les effets cumulatifs le long des cours d’eau. Afin d’évaluer la représentativité des sites expérimentaux, une typologie des retenues sera créée à une échelle nationale. Cette typologie sera réalisée en deux phases, la première phase lors du stage et la deuxième phase plus en aval dans le projet, lorsque le fonctionnement des retenues sera connu. Par ailleurs, cette typologie permettra aux acteurs socio-économiques de bénéficier d’un outil permettant de mieux appréhender l’aménagement des éléments paysagers dans une démarche agro-environnementale. En annexe IV, est détaillée, la méthodologie permettant d’aboutir à la première typologie. La méthodologie employée est celle de l’analyse multicritère pour l’aide à la décision par la méthode Electre Tri-C qui est reprise dans ce mémoire pour l’évaluation des risques de transferts des pesticides dans les eaux de surface.

En effet, en parallèle, dans le groupe de tâches 3 : «Modélisation de l’évaluation de l’impact des retenues sur le transfert des pesticides dans les eaux de surface », l’unité se charge de réaliser la tâche 3.2 : « Modélisation multicritère des risques de transferts ». Cette modélisation sera appliquée aux trois bassins versants expérimentaux. Lors du stage, l’évaluation des risques de transfert des produits phytosanitaires vers les eaux de surface à l'échelle du parcellaire par analyse multicritère sera effectuée sur le bassin versant d’Auradé. L’évaluation sur les deux autres bassins versants se feront à la suite. La méthode d’analyse multicritère sera également utilisée ici pour répondre à l’objectif de la tâche.

Par ailleurs, la contribution de l’unité dans toutes les tâches est importante afin de mettre en relation les caractéristiques des retenues et la capacité de dissipation des pesticides et d’avoir une vision globale sur les différentes retenues.

1.3 Bassins versants expérimentaux et problématique

1.3.1 Situation des 3 bassins versants expérimentaux et leurs retenues associées

6

Figure 3 : Situation des trois sites expérimentaux du projet Pestipond (Probst, 2019)

Les trois sites expérimentaux permettant de comprendre les processus de dégradation, accumulation et filtration des produits phytosanitaires se situent dans trois régions agricoles françaises : la Gascogne, le Bassin Parisien et l’Alsace (figure 3). Ce sont des régions où se concentrent une activité agricole importante et font partie des régions les plus utilisatrices de pesticides.

Un type de retenue est étudié par BVE (tableau 1)

- Dans le sud de la France, au cœur du BVE d’Auradé (320 ha) se situe une retenue collinaire, de petit volume (1520 m3) d’usage récréatif. En effet, elle se situe dans une zone de grandes cultures (blé, tournesol, colza), avec un milieu à haute vulnérabilité aux transferts des pesticides. Le relief y est très marqué et les sols sont vulnérables à l’érosion.

- Dans le bassin parisien, il s’agit d’une zone tampon humide artificielle, d’un volume de 4 000 m3. Cette zone humide est artificialisée et a été pensée pour augmenter la dégradation des produits phytosanitaires (circuit pour permettre une rétention de l’eau plus longue, plantation d’espèces végétales filtrantes …). Le bassin versant de 355 ha correspondant à cette retenue de grande surface présente un relief plat et l’activité agricole est conventionnelle avec des grandes cultures et des cultures industrielles (blé, betteraves …). L’efficacité de ce dispositif évaluée en comparant les flux entrée et sortie est estimée à 60%.

- La dernière retenue expérimentale est un bassin d’orage situé en Alsace. Le bassin a un petit volume mais son impluvium est de petite surface (43 ha) où se concentrent une forte production viticole et une utilisation de produits phytosanitaires intense.

7

Tableau 1 : Description des trois sites expérimentaux (Tournebize, 2019)

Zone Tampon Humide Artificielle

Rampillon Retenue collinaire Auradé Bassin d'orage Rouffach

Occupation Agriculture conventionnelle (blé, _{betterave, maïs …)}

Agriculture conventionnelle (blé, tournesol) Vigne Superficie Bassin versant 355 ha 320 ha 42 ha Surface 1 ha 1050 m² 350 m² Volume 4000 m3 1521 m3 1400 m3 Pente

moyenne Quasi nulle 13% 15%

Climat Océanique tempéré Océanique chaud Continental

Pluviométrie 646mm 701mm 563 mm

Pédologie/

Géologie Limons (Luvisols)

Terreforts/Boulbènes Calcosols/rendosols Sol brun calcaire loessique 1.3.2 Problématique

Ce stage s’insère donc dans les tâches confiées à l’IRSTEA Bordeaux et plus particulièrement, la tâche « Modélisation multicritère des risques de transferts ». En effet, ce mémoire porte sur l’évaluation des risques de transfert des produits phytosanitaires vers les eaux de surface à l'échelle du parcellaire de petits bassins versants par analyse multicritère. Ici, on détaillera le cas du bassin versant expérimental d’Auradé, qui sera le premier site expérimental étudié dans le cadre du projet Pestipond. Afin de mieux comprendre le fonctionnement des retenues d’origine agricole, une caractérisation de son environnement est nécessaire. Ainsi, réaliser une évaluation de la contribution des parcelles au risque de transferts des produits phytosanitaires dans les eaux de surface environnants la retenue étudiée, permet de comprendre d’où vient la pollution, quels facteurs propres au bassin versant favorisent ou non les transferts. Cela permet également de fournir des renseignements sur la charge en polluants se dissipant sur le bassin versant. Ces données et informations permettront de compléter le modèle d’efficacité de dissipation des pesticides dans la retenue, afin de créer un modèle agro-hydrologique de transfert des pesticides dans les eaux de surface intégrant le fonctionnement des retenues comme réacteurs biochimiques.

II-

Matériels et méthodes

2.1 Secteur de l’étude : Bassin versant expérimental d’Auradé

Dans cette partie, une description détaillée de la zone d’étude est réalisée, afin de comprendre les principaux facteurs de vulnérabilité du bassin versant.

8

2.1.1 Situation

Le bassin versant se situe sur la commune d’Auradé dans le Gers, territoire rural où l’on trouve de nombreuses retenues collinaires. Auradé est une commune rurale localisée à 7 km de l’Isle Jourdain dans le bassin versant de la Save. La commune fait partie de l’aire urbaine de Toulouse qui a entrainé une modification progressive du paysage avec la construction de maisons individuelles mitant l’espace agricole (atelierurbain, 2017). Deux ruisseaux traversent la commune d’Auradé et confluent dans la Boulouze: l’Entorbe qui traverse la partie méridionale de la commune d'est en ouest et le Montoussé qui traverse le centre de la commune d'est en ouest. Le bassin versant expérimental d’Auradé est un sous bassin versant du BV du Montoussé. La figure 4, ci-contre montre la localisation du bassin versant d’Auradé dans les différents bassins versants de la Gascogne.

Autour de l’Isle Jourdain, la coopérative agricole CASCAP, conseille les agriculteurs, et ceux d’Auradé sur leurs itinéraires techniques. De plus, le groupement des agriculteurs de la Gascogne toulousaine (GAGT), actif depuis plus de 30 ans met en place des actions

Figure 4 : Bassins versants emboités dans le grand bassin hydrographiques de la Garonne (Macary, 2013a)

9 techniques sur le bassin versant. De nombreux agriculteurs sont membres de l’association qui fait le lien entre les centres de recherche, la communauté de commune, les riverains et le monde professionnel agricole.

2.1.2 Climat

Le climat est tempéré chaud, de type océanique. Les étés sont très chauds et peu pluvieux et les hivers sont assez doux même si la température peut parfois être négative. En moyenne les précipitations sont de 701 mm/an, ce qui est assez faible si l’on compare à Biarritz, une des régions de France qui enregistre le plus de précipitations (1450 mm/an). En été, l’évapotranspiration est souvent plus élevée que les précipitations, ce qui provoque une sècheresse estivale. La moyenne des précipitations efficaces (P – ETP) est négative : -120mm. Cette valeur négative s’explique du fait que les étés sont très chauds et donc l’ETP est nettement supérieur aux faibles précipitations essentiellement orageuses (Macary, 2013a). En ce qui concerne la moyenne des températures, elle est douce avec 13,1°C et l’amplitude thermique annuelle, c’est-à-dire, l’écart de température entre le mois le plus chaud et le mois le plus froid est de 16,3°C (figure 5).

Figure 5 : Diagramme ombrothermique à Auch d'après les données Météo France 1984-2004 (Macary, 2013a)

La situation de la région explique les diverses influences climatiques de la zone d’étude et son microclimat : océanique, méditerranéenne, et locale dues à la proximité de la barrière pyrénéenne. Les pluies fréquentes hivernales proviennent de l’océan Atlantique par l’ouest, le climat sec et venteux de la méditerranée avec le vent d’Autan à l’est et les masses d’air provenant des Pyrénées qui apportent un climat doux et pluvieux au sud (CAUE, Arbre et Paysage32, 2012). Le BV d’Auradé est lui situé dans la zone d’influence majoritaire de la méditerranée et des Pyrénées.

10 Géologie du bassin versant

Figure 6 : Carte géologique du bassin versant d'Auradé (IGN, BRGM)

Les formations géologiques des Coteaux de Gascogne sont essentiellement continentales provenant du démantèlement des Pyrénées, d’âge cénozoïque pour les Molasses et quaternaire pour les formations superficielles. Suite à l’orogénèse pyrénéenne, un cône de déjection sédimentaire qui a été découpé par une série de cours d’eau a formé l’éventail gascon. Les dépôts molassiques datant de l’Oligocène et du Miocène expliquent les propriétés d’imperméabilité du substratum. En effet, une molasse est une roche sédimentaire, détritique ou post-orogénique qui se dépose dans les bassins d’avant-pays, ici le Bassin aquitain. Les molasses sont souvent des grès à ciment de calcaire argileux ce qui explique leur imperméabilité. D’après la figure 6, la lithologie du bassin versant est majoritairement de type molassique. Ce sont des colluvions argilo-sableuses et caillouteuses avec quelques alluvions fluviatiles. D’après la synthèse hydrologique du département du Gers, réalisé par le BRGM en 2012 (Béranger, 2012) les colluvions sont de nature semi-perméable. Par ailleurs, le BRGM a réalisé une étude de la vulnérabilité des eaux souterraines du Gers (Schoen et Codevelle, 2001). Il en ressort que la vulnérabilité du bassin versant d’Auradé est de 5 à 23%, c’est-à-dire très faible (figure 7). L’infiltration des eaux est donc faible due à la faible perméabilité du substratum géologique. C’est pourquoi, nous nous intéresserons uniquement aux contaminations des eaux superficielles.

±

0 0,5 1

km

Sources : IGN, BRGM Réalisation :

IRSTEA Bordeaux ETBX - 2019

Légende

g2-m2, Chattien à Burdigalien supérieur. Molasses : niveaux des calcaires supérieurs de Lectoure et du calcaire d'Auch m2ab, Burdigalien inférieur et moyen. Molasses indifférenciées et marnes m2abC, Burdigalien inférieur et moyen. Bancs calcaires indifférenciés Cours d'eau

Fz, Holocène.

Alluvions fluviatiles actuelles et récentes d'âge compris entre 11430 et 0 BP : sables micacés, argiles tourbeuses et silteuses grises Rg-m, Quaternaire indifférencié. Formations résiduelles des plateaux : éluvions limoneuses, argileuses ou sableuses RCg-m, Quaternaire indifférencié. Formations résiduelles de pente issues de la molasse : formations colluviales argilo-limoneuses décalcifiées, ocre ou ocre-rouge

Serravallien. Molasses : niveaux des cailloutis de l'Astarac, des calcaires d' Alan, des molasses du Fousseret et des calcaires supérieurs de l' Astarac

11

Figure 7: Cartographie de la vulnérabilité des eaux souterraines à la pollution par les produits phytosanitaires (Schoen et Codevelle, 2001)

Pédologie du bassin versant

En ce qui concerne la pédologie, d’après la figure 8, trois types de sols se dégagent.

Sur les pentes les plus faibles, des sols limoneux de types luvisols, localement appelés « boulbènes » sont présents (Cavaillé, 1951). Ces sols riches en limons sont très battants, très humides en hiver et très durs en été. Ces sols sont lixiviés, en effet ils montrent une composition chimique pauvre en éléments fertilisants et sont assez acides car dépourvus de chaux. Deux horizons très marqués caractérisent ces sols : l’horizon A, couche lessivée et très battante et un horizon B où s’accumule l’argile et forme souvent une couche BT, très imperméable. Ce sont des sols très sensibles à l’érosion même sur des terrains en faibles pentes du fait de leur battance.

Sur les pentes moyennes, l’érosion est modérée. Les sols bruns calciques ou calcaires de types calcosols localement appelés « terreforts » sont présents (CACG, 1961). Ils occupent la plus grande surface du BV (80% de la surface totale). Ces sols sont lourds et difficiles à travailler car très riches en argile. Cependant, ils sont assez fertiles et ont une bonne réserve utile ce qui fait de bons sols agricoles. On retrouve les sols les plus épais en bas de pente et les moins épais en haut de pente. Ainsi, les sols en haut de pente seront moins stables, car moins épais et plus facilement érodés lors de violents orages. Ce sont des sols très imperméables du fait que la couche supérieure soit argileuse. On distinguera les terreforts épais (supérieur à 100 cm de profondeur) des terreforts minces.

Figure 8 : Cartographie des différents types de sol présents sur le BVE (Party et Probst, 2005) 5 - re n d e n z ine ( 2 0 -3 0 c m ) s u r m o las s e 6 - S o l b ru n c a lc a ir e p e u p ro fo n d ( 3 0 -5 0 c m ) s u r Hau t d e p e n te L é g e n d e 4 - R e n d e n z in e ( 2 0 -3 0 c m ) s u r c a lc a ir e lac u s tr e T E R RE F ORT S BOU L BE NE S 1 - S o l le s s iv é L à p s e u d o g ley 2 - S o l le s s iv é t ro n q u é L A /A L c a illou te u x à p s e u d o g le y r e c a rb o n a té s u r m o la s s e 3 - S o l b ru n a c id e à g a let s s u rp e rf ic ie l ( tr è s c a illou te u x < 3 0 c m ) M i p e n te ₇- S o l b ru n c a lc a ir e m o y e n n e m e n t p ro fo n d à p ro (> 5 0 -6 0 c m ) loc a le m e n t h y d ro m o rp h e s u r m o las s 8 - S o l b ru n c a lc iq u e m o y e n n e m e n t p ro fo n d à p ro s u r m o las s e 1 1 - S o l b ru n c a lc a ir e c o llu v io -a llu v ia l à p s e u d o g ley 1 2 - S o l b ru n c a lc a ir e c o llu v io -a llu v ial à g ley p ro fo AL L UV IO NS -C OL L UV IO NS Bas d e p e n te 9 - S o l b ru n c a lc a ir e ( à c a lc iq u e ) p ro fo n d ( 8 0 -1 0 0 p lus o u m o ins c o llu v ia l s u r m o las s e 1 0 - S o l b ru n c a lc a ir e c o llu v io -a llu v ial (n o n à f a ib lem e n t h y d ro m o rp h e )

±

T

ype

s de

sol

s pré

sen

ts su

r le B

VE

Aura

dé

12 Le long des talwegs ou le long des ruisseaux, on distingue des fluvisols ou des colluvisols. Ces sols sont très fertiles et présentent une grande réserve utile. Du fait de leur situation topographique, ils sont hydromorphes.

Le diagramme ci-contre (figure 9) présente le pourcentage des différents sols du BVE.

Figure 9 : Répartition des différents sols sur le BVE en pourcentage

Mécanismes de transferts des contaminants : Des transferts de surface et de sub-surface sur le BV d’Auradé

Il existe trois modes de transfert pouvant aboutir à la contamination des eaux (figure 10) (CORPEN 2003).

- les transferts par ruissellement de surface, lorsque les molécules dissoutes dans l’eau ou adsorbées sur des particules de terres sont entraînées par l’eau à la surface du sol et rejoignent le réseau hydrographique. Ce mécanisme est associé à des sols imperméables ou imperméabilisés par une croûte de battance, ce qui est le cas sur le bassin versant d’Auradé. - les transferts par ruissellement de sub-surface qui correspondent à un écoulement à faible profondeur dans le sol, dû à la présence d’un plancher imperméable (couche BT par exemple). Le drainage des parcelles permet le transfert de contaminants par sub-surface car il court-circuite le pouvoir épurateur du sol. Sur le bassin versant d’Auradé quelques drains sont présents et raccordent les parcelles directement au réseau hydrographique.

- les transferts par infiltration lorsque l’eau migre verticalement à travers le sol et rejoint la nappe d’eau souterraine. Ce transfert est donc majoritaire sur des sols plutôt perméables. Sur le bassin versant d’Auradé, cette situation n’est pas prise en compte. Bien que les alluvions se retrouvant en bas de vallons, ont des propriétés permettant une bonne infiltration, le substratum étant imperméable, les nappes phréatiques sont rares et peu fournies.

13

Figure 10 : Les différents modes de transfert des produits phytosanitaires (Barjavel et al., 2019) 2.1.4 Occupation du sol

Avec une SAU de 298 ha (RPG, 2017) pour 321 ha, les terres agricoles occupent 93% de la surface totale. Le reste de l’occupation est majoritairement de petits bosquets, ou des habitations. Il n’y a pas d’industrie sur le BV.

2.1.5 Relief / hydrologie

Le Gers présente un relief dissymétrique alternant d’est en ouest côteaux et vallées, caractéristiques de l’éventail gascon. Toutefois le bassin versant d’Auradé est cloisonné du nord au sud de collines et vallons. En effet les ruisseaux traversant le bassin versant se dirigeant vers la Save sont perpendiculaires à cette dernière. L’altitude maximale du bassin versant est de 263m et la plus basse de 175m. Même si l’altitude est peu variable, le dénivelé toutefois est important (figure 11).

Sur la carte suivante, le relief est représenté. Les pentes sont très fortes allant de 0 % à 39%. Ainsi, sur les côteaux, il y a de fortes pentes et de faibles pentes dans les vallées. Le calcul des pentes est réalisé avec le logiciel ArcMap d’ArcGIS. Le MNT (modèle numérique de terrain) téléchargé sur la base de données de l’IGN au pas de 5m a permis de construire la carte suivante (annexe V).

14

Figure 11 : Cartographie du pourcentage de pentes sur le BVE d'Auradé (IGN, 2018)

Par ailleurs, de nombreux talwegs et fossés ont été creusés naturellement ou artificiellement. De plus, sur le bassin versant sont présentes deux retenues collinaires au nord et au sud. Ces retenues sont essentiellement récréatives. Celle au nord est très aménagée pour la pêche, celle au sud sert d’élément paysager décoratif.

2.1.6 La retenue collinaire du Bassioué

Le projet Pestipond se concentre sur l’étude du comportement de trois molécules polluantes. Le métolachlore et l’aclonifen qui sont des herbicides et le tébuconazol un fongicide. Des analyses préliminaires montrent la présence de ces 3 molécules dans les eaux du bassin versant.

La retenue est connectée au ruisseau du Montoussé. Elle se trouve en fond de vallons, alimenté par un talweg principal. Le fort relief et le type de sol entraine une forte érosion des versants. Cela provoque une accumulation de sédiments dans la retenue qui est peu profonde. Autour de la retenue, aucune ripisylve n’est présente, toutefois la bande enherbée est en bon état avec une couverture végétale proche de 100%. Sa largeur est importante, elle est supérieure à 7 mètres. Les parcelles entourant la retenue sont exploitées chaque année avec généralement soit une culture de blé, de tournesol ou de colza.

Sur la figure 12 sont représentés le bassin versant dans lequel la retenue s’inscrit et son impluvium. L’impluvium correspond à un petit bassin versant ayant pour exutoire la retenue. Il s’agit de la surface qui reçoit l’ensemble des eaux qui convergent vers la retenue. On peut voir que la superficie de l’impluvium est assez faible : 28.7 ha

15

2.2 Analyse multicritère pour l’aide à la décision couplée à un SIG : choix de la méthode Electre Tri-C

2.2.1 Notions de vulnérabilité et de risque

Dans le travail du CORPEN (CORPEN, 2003), les notions de vulnérabilité et de risque agro-environnementaux sont définies. Afin de bien comprendre la méthodologie, la terminologie de ces notions est expliquée. La notion de vulnérabilité est souvent confondue avec de la notion de risque. La vulnérabilité est un élément de l’évaluation du risque (Schnebelen, 2001).

- La vulnérabilité intrinsèque d’un milieu est le terme utilisé pour représenter les caractéristiques du milieu naturel qui déterminent sa sensibilité. Par exemple, la vulnérabilité de la ressource en eau va être, entre autre, déterminée par la capacité des parcelles à retenir ou non les pesticides.

- La pression est un autre élément de l’évaluation du risque. La vulnérabilité est exposée à une pression : une charge de contaminants par exemple. L’indicateur de la pression peut être évalué de différentes façons : Indice de fréquence de traitement (IFT), quantité de produits phytosanitaires, concentration de molécules …

Figure 12 : Situation de l'impluvim et de la retenue dans le BVE (IGN, 2017 ; Macary, 2019)

±

Légende Cours d'eau Plan d'eau - retenue Parcellaire Limites BVE Auradé Limites Impluvium du Bassioué

Sources: RPG 2017 - IGN , BDORTHO - IGN, Réalisation: IRSTEA Bordeaux - ETBX - 2019

0 0,5 1

km Retenue d’eau du Bassioué

16 - L’aléa est le résultat du croisement entre la vulnérabilité et la pression :

𝐴𝑙é𝑎 = 𝑉𝑢𝑙𝑛é𝑟𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡é × 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛

C’est la potentialité que l’action se réalise, ici le transfert des produits phytosanitaires. - L’enjeu représente la cible qui ne doit pas être atteinte par les effets du stress sur le

milieu naturel. Ici l’enjeu est la qualité des eaux de surface du bassin versant. Il est le même sur toute la zone d’étude.

- Le risque est donc le croisement entre l’aléa et l’enjeu :

𝑹𝒊𝒔𝒒𝒖𝒆 = 𝑨𝒍é𝒂 × 𝑬𝒏𝒋𝒆𝒖 = 𝑉𝑢𝑙𝑛é𝑟𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡é × 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 × 𝐸𝑛𝑗𝑒𝑢

Le risque se caractérise par sa probabilité et la sévérité de ses conséquences. Ici l’enjeu étant identique sur tout le bassin versant, le risque est égal à l’aléa et donc à la probabilité de transfert des produits phytosanitaires dans les eaux de surface du BV.

Figure 13 : Modèle conceptuel d'évaluation des risques agro-environnementaux pour la ressource en eau (Macary, 2013a)

2.2.2 Analyse multicritère

Selon Vincke, 1989, « l’aide multicritère à la décision vise à fournir à un décideur des outils lui permettant de progresser dans la résolution d’un problème de décision où plusieurs points de vue, souvent contradictoires, doivent être pris en compte. » En effet, lorsque plusieurs facteurs qualitatifs ou quantitatifs, d’importance différente doivent être pris en compte pour prendre une décision finale, l’analyse multicritère est une méthode adaptée.

17

Figure 14 : Schématisation de la méthodologie (Macary 2013a)

Lorsqu’un problème décisionnel à référence spatial se pose, il convient de déterminer deux facteurs :

- Les actions potentielles ou alternatives qui sont « les représentations des éléments de solution qui contribuent à la décision » ici ce sont les parcelles agricoles sur lesquelles se prennent les décisions.

- Les critères qui sont les facteurs de jugement reliés aux préférences du décideur, contrairement à une variable qui ne l’est pas forcément (Macary, 2013a) avec lesquels on évalue les actions. Les attributs décrivent l’action (ici la parcelle : topographie, sol …). Les critères sont choisis par le décideur selon l’objectif du problème posé. Les critères choisis mêlent vulnérabilité intrinsèque du milieu et pression. Ils peuvent être de types quantitatifs (données chiffrées) ou qualitatifs (appréciation, description de la nature des choses).

L’étape de l’évaluation consiste à noter la performance de chaque action sur chaque critère dans une matrice, dite de performance (figure 15).

18 Un problème de décision multicritère peut être de différentes natures : une problématique de choix, de tri, de rangement ou de description. En fonction de la problématique choisie, la solution obtenue sera différente. Par exemple, pour une problématique de choix, la solution sera un petit groupe d’actions qui seront les plus performantes, alors que dans le cas d’une problématique de rangement, la problématique du rangement consiste à discriminer les actions en vue de les ordonner de la meilleure à la moins bonne avec éventuellement des ex æquo. La procédure d’investigation est une procédure de classement. La problématique du tri consiste à affecter chaque action à une seule des catégories définies suivant des normes préétablies. La procédure d’investigation est une procédure de segmentation(Macary, 2003). Différentes méthodes d’analyse multicritère existent (annexe VI). Les méthodes ELECTRE (Elimination Et Choix Traduisant la Réalité) ont été développées par Bernard Roy du laboratoire LAMSADE (Laboratoire d’Analyse et de Modélisation de Systèmes pour l’Aide à la Décision à l’université de Paris-Dauphine), les méthodes peuvent être regroupées en 2 catégories : les méthodes discrètes qui concernent un nombre limité d’actions (ex : méthode rangement Electre III) et les méthodes continues qui concernent un grand nombre d’actions (ex : méthode de tri : Electre Tri-C) ( Maystre et al., 1994 ; Simos, 1990)

La méthode ELECTRE Tri-C (Almeida Dias et al., 2010) a été retenue car elle est bien adaptée aux problématiques agro-environnementales. De plus, elle présente un avantage car la modélisation prend en compte les préférences et l’indifférence dans le surclassement des actions. C’est-à-dire qu’au sein d’un même critère, le décideur peut faire varier les seuils de préférences et d’indifférence afin d’optimiser le classement des actions et diminuer l’incertitude des données quantitatives ou qualitatives de chaque critère. En effet le classement des actions se fait de façon binaire, sur chaque critère, l’action (a) est comparée à l’action (b) selon le schéma suivant :

Figure 16 : Schéma des différents seuils présents dans la méthode Electre (Macary, 2010)

Ainsi pour un critère j, la valeur de performance de l’action (a) pour le critère j : gj (a) est comparée à la valeur de performance de l’action (b) pour le critère j : gj (b) (Vallée et Zielniewicz, 1994 ; Maystre et al., 1994 ; Macary et al., 2014a).

Le seuil d’indifférence représente la différence de performance à partir de laquelle deux actions ne sont plus indifférentes.

19 Le seuil de préférence stricte exprime la différence de performance à partir de laquelle l’action b est nettement préférée à a.

Ainsi entre le seuil d’indifférence et le seuil de préférence apparait la notion de préférence faible.

Les seuils sont considérés comme des fonctions affines des performances : gj (a) = α.gj (a) + β.

L’utilisateur doit préciser la valeur des deux coefficients α et β par critère et pour chaque seuil. Si les données sont quantitatives et continues, alors les seuils sont des valeurs variables fonction des performances : α g j(a), et le plus souvent, en tous cas, dans notre étude β.

Pour les données qualitatives voire quantitatives discontinues, inversement, α =0 et les seuils sont des valeurs fixes (β) calculées à partir des valeurs caractéristiques des alternatives de référence.

Par ailleurs, un seuil de véto peut être appliqué (Macary et al., 2013b). Il représente la différence à partir de laquelle on peut dire qu’une action (b) est tellement meilleure que (a) sur un critère j, qu’en aucun cas (a) ne pourra être considérée meilleure que b quelles que soient les performances de (a) et (b) sur tous les autres critères. Par exemple, si la valeur de la performance d’une alternative sur le critère de la pression phytosanitaire est nulle (ex : cas des prairies non traitées) on impose un véto sur ce critère qui classera toutes ces alternatives (parcelles) avec un risque nul, puisque une pression égale à 0 annule le risque.

Enfin, le poids wj est associé à chaque critère pour prendre en compte l’importance de chaque critère dans l’évaluation du risque. On effectue la pondération grâce à la méthode SRF (Figueira et Roy, 2002).

Ainsi, une analyse multicritère, s’effectue en plusieurs étapes : - Choix des critères et leurs échelles de notation

- Pondération de ces critères

- Construction de la matrice des performances de chaque alternative par critère = évaluation multicritère

- Détermination des valeurs caractéristiques de chaque catégorie, c’est-à-dire des valeurs qui permettent au modèle de comparer les performances des alternatives réelles (parcelles) avec les alternatives « virtuelles », c’est-à-dire représentant chaque catégorie de risque

- Choix du degré de crédibilité du modèle

2.2.3 Electre Tri-C

La méthode retenue pour l’évaluation du risque de transfert des produits phytosanitaires dans les eaux de surface du bassin versant d’Auradé est la méthode Electre Tri-C. Il s’agit d’affecter chaque action dans une catégorie prédéfinie, ici 5 catégories de risque ont été choisies :

20 Niveau 1 Risque très fort

Niveau 2 Risque fort Niveau 3 Risque moyen Niveau 4 Risque faible Niveau 5

Risque très faible ou nul

Une action de référence est utilisée pour décrire chaque catégorie. Elle comprend une valeur caractéristique par critère. Chaque critère sera détaillé dans la partie suivante.

Le choix de la méthode Electre Tri-C se justifie par le grand nombre d’actions à évaluer, ici 81 parcelles. L’affectation de chaque parcelle dans une catégorie de risque a plusieurs avantages. Dans un contexte agro-environnemental, ces données peuvent être exploitées par les acteurs socio-économiques. En effet, grâce à ce diagnostic ils peuvent mettre en place des bonnes pratiques agricoles et environnementales sur les parcelles avec un niveau de risque plus élevé.

2.3 La modélisation des transferts de pesticides dans les eaux de surface par la méthode Electre Tri-C

Six critères ont été retenus:

Tableau 2 : Liste des critères

Critères Appellations CR1 Topographie CR2 Sols CR3 Connectivité CR4 Ripisylve CR5 Bande enherbée CR6 Pression Phytosanitaire

(prise en compte de la surface parcellaire) ¤ 6a Phyto insolubles

¤ 6b Phyto solubles

Les phytosanitaires sont classés en 2 groupes :

- majoritairement insolubles adsorbés sur les MES érodées: 6a - majoritairement solubles dans les eaux : 6b

La pondération de critère sera différente entre ces 2 groupes : elle favorise la nature des sols pour les phénomènes érosifs et plutôt la connexion pour les éléments solubles dans l’eau.

21 Pour ces 6 critères, les notations des performances de chaque parcelle accordent les valeurs les plus fortes pour les niveaux de risque les plus élevés. Les parcelles qui présentent un plus grand risque seront prioritaires pour la mise en œuvre de bonnes pratiques.

2.3.1 Critère 1- Topographie (PEN)

Détermination pour chaque parcelle d’un indice de pente moyenne. Celle-ci est calculée en faisant la somme des produits des unités de surface de pente homogène avec leur pente respective. Puis cette somme est divisée par la surface totale de la parcelle :

sum_pu_su/Surface = (∑ Pu.Su) / S avec : Pu = pente d'une unité de surface (u)

Su = surface de l’unité de surface (u) correspondante S = surface totale de la parcelle.

Les valeurs de l’indice de pente les plus fortes sont associées à la contribution au risque de transfert des pesticides la plus forte de la parcelle. Ces valeurs caractéristiques sont déterminées en s’appuyant sur les valeurs des quartiles.

Remarques : Afin de pouvoir modéliser les indifférences ou préférences entre les différentes

parcelles, on introduit les seuils Q (Indifférence) et P (Préférence). De plus, ces seuils permettent également de tenir compte de l’imprécision des données et des erreurs possibles. ¤ Seuil d’indifférence Q (0,02 ;0)

¤ Seuil de préférence P (0,05 ;0)

L’indifférence est déterminée pour un écart de 2 % entre les valeurs. La préférence est déterminée pour un écart de 5 % entre les valeurs.

Les valeurs retenues pour établir les valeurs caractéristiques des cinq catégories des niveaux de risque pour le critère pente sont renseignées dans le tableau 3 ci-après et figure 17.

Tableau 3 : Valeurs caractéristiques par catégorie de risque associé au critère 1

Type de topographie Niveau de risque Valeurs caractéristiques

pentes très fortes très fort 21,34

pentes fortes fort 16,32

pentes moyennes moyen 12,3

pentes faibles faibles 8,66

22

Figure 17 : Cartographie des pentes moyennes par parcelle (IGN, 2017) 2.3.2 Critère 2 - Sols (SOL)

Douze différents types de sols ont été déterminés par une analyse des sols de ce petit bassin versant effectuée par Jean-Paul PARTY, pédologue en relation avec le laboratoire Ecolab de l’INP-ENSAT (Anne et Jean-Luc PROBST) en 2005.

Avec les analyses de sols, différentes cartes ont été produites permettant ainsi d’analyser les différentes propriétés des sols présents sur le bassin versant (annexe V)

Dans un premier temps, l’imperméabilité de l’horizon de surface a été déterminée. Les classes ALO, AS, A, AL, SA sont imperméables et les classes S, SL et LS, LMS, LM, LLS, LL sont perméables (Baize, 2000).

±

d'une parcelle en pourcentage

Source: IGN : MNT pas de 5m - RPG 2017 modifié Réalisateur: IRSTEA Bordeaux - ETBX - Août 2019

Figure 18 : Classe de texture de l’Aisne et classes associées (Jamagne 1967)

23 Dans un second temps, la battance a été calculée (Baize, 2000).

R= 1,5 LF+0,75 LGA+10 MO- (0,2×pH-7) Puis IB=5 (R-0,2)

L’horizon de surface est :

« très battant » si IB>9 « battant » si 9>IB>8 « assez battant » si 8>IB>7 « peu battant » si 7>IB>6 « non battant » si IB<6

On obtient les cartes suivantes (figures 19 et 20) :

Ainsi en croisant les informations de ces deux cartes, on peut remarquer que globalement le sol a un comportement assez homogène sur tout le bassin versant en ce qui concerne l’imperméabilité de surface. Les sols perméables en surface présentent une croûte de battance et de ce fait sont eux aussi imperméable en surface.

Par ailleurs est la présence au non d’un plancher imperméable en sub-surface a été recherchée, autrement dit la présence d’une couche BT argileuse. Il en ressort que ces sols ont également une croute de battance importante. Ces propriétés sont caractéristiques des sols appelés « boulbènes ».

Par ailleurs, la profondeur des sols a été analysée. On peut distinguer des sols imperméables en surface profonds et peu profonds. Ce sont les « terreforts » épais et les « terreforts » minces.

On peut donc différencier 4 types de sols classés par ordre de contribution au transfert des pesticides de façon décroissante (Fox et Morschel, 2004):

Source: JP.PARTY 2005, Réalisation: IRSTEA Bordeaux - ETBX - 2019

±

±

Figure 20 : Cartographie des sols imperméables du BVE

Source: JP.PARTY 2005, Réalisation: IRSTEA Bordeaux - ETBX - 2019

±

±

24 - les luvisols ou « boulbènes » battants et possédant une couche BT. Ils sont très fragiles et même en présence d’une couverture végétale et d’une faible pente, l’érosion est importante.

- Les calcosols minces ou « terreforts minces » imperméables en surface sont assez stables. En présence d’une couverture végétale, l’eau s’infiltre. Du fait de la faible épaisseur, la réserve utile est plus faible et donc le sol stocke moins d’eau que les calcosols épais

- Les calcosols épais ou « terreforts épais » imperméables en surface sont stables. Possédant une grande réserve utile, ils sont moins facilement érodables.

- Les fluviosols retrouvés dans la plaine alluviale, le long des cours d’eau sont assez imperméable en surface et hydromorphes.

On attribue ainsi une note à chaque type des sols (tableau 4) par rapport à leur aptitude à faciliter les transferts d’eau de surface (et de molécules dissoutes voire adsorbées sur les particules de sol).

Tableau 4 : Notations des différents sols du BVE

Type de sols Note

Boulbènes B Brunisols et Luvisols 8

Terreforts minces Tm Rendosols / Calcosols

peu épais 6

Terreforts épais Te Calcosols épais 4

Alluvions A Fluviosols 1

Un indice sol a été créé pour caractériser la contribution du sol au transfert des pesticides. L’indice sol sur chaque parcelle tiennent compte ainsi de ces 4 types de sol et de leur proportion dans la parcelle.

A chaque type de sol est associé une note allant de 1 à 8 selon sa capacité à transférer les produits phytosanitaires.

Les boulbènes, « terreforts » minces et « terreforts » épais sont les sols les plus favorables aux transferts de surface (imperméabilité de surface, croute de battance, couche imperméable en sub-surface, entrainant une forte érosion et/ou un fort ruissellement entrainant particules et molécules dans les cours d’eau). Ces trois types de sols présentent un fort écart de valeur avec les alluvions qui présentent des caractéristiques inverses (lessivage et infiltration des éléments dans les sols).

L’indice sol se calcule de la manière suivante :

Indice sol = (%S A*1 + %S Te*4 + %S Tm*6 + %S B*8) / 100 S représente la surface de chaque type de sol par parcelle