Application du modèle PRZM pour simuler le transport de l'aldicarbe dans la zone vadose du sol.

UNIVERSITE DU QUEBEC

Mémoire présenté à

L'INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

comme exigence partielle

de la

maîtrise ès sciences (eau)

par

Francis Perron

APPLICATION DU MODELE PRZM POUR SIMULER LE TRANSPORT DE L'ALDICARBE

DANS LA ZONE VADOSE DU SOL

Table des matières . . . l

Remerciements ... . . . III

Introduction 1

Chapitre 1: Caractéristiques de l'aldicarbe ... . 5

1.1 Description chimique . . . 5

1.2 Propriétés biologiques . . . 7

1.3 Action sur les insectes . . . 8

1.4 Problèmes reliés ~ son utilisation.. ... ... ... ... 8

1.5 Facteurs influençant le transport de l'aldicarbe dans le sol.. ... 10

1 . 5 . 1 Le pH ... ... ... Il 1.5.2 Contenu en eau dans le sol.. ... ... ... Il 1.5.3 La température . . . 16

1.5.4 Matières organiques . . . 17

1.5. 5 Perméabilité du sol . . . 17

1.5.6 Epaisseur de la zone vadose . . . 19

Chapitre 2: Transport des pesticides dans la zone vadose du sol... 21

2.1 Equations générales du transport ... ... ... ... ... 21

2.1.1 La sorption ... ... 25

2.1.2 Dégradation . . . 29

2.1.3 Captage par les plantes . . . 31

Chapitre 3: Les modèles de transport des pesticides dans la zone vadose . . . 33

3.1 Introduction ... . . . 33

3.2 Les modèles de contamination... ... ... 34

3.2.1 Les modèles de recherche ... ... ... 35

3.2.2 Les modèles de gestion ... .... ... ... ... 36

3.2.3 Les modèles d'interprétation sommaire ... ... 36

3.3 Choix d'un modèle .... .. . . 37

Chapitre 4: Description du modèle PRZM ... ... .... ... 39

4.1 Introduction . . . 39

4.2 Théorie . . . 41

4.2.1 4.2.2 4.2.3. 4.2.4 4.2.5 Chapitre 5:

TABLE DES MATIERES (suite)

Introduction ... . Description des équations de transport ... . 4.2.2.1 Dispersion et diffusion ... . 4.2.2.2 Advection ... . 4.2.2.3 Dégradation ... . 4.2.2.4 çaptage par les plantes ... . 4.2.2.5 Erosion et ruissellement ... . 4.2.2.6 Adsorption et désorption ... . Application de la thérorie dans le modèle PRZM ... . Équations du bilan d'eau ... . Equations du transport chimique ... .

Application du modèle PRZM à une région du Québec ... .

PAGE 41 42 45 46 46 47 48 49 50 52 60 63 5.1 Introduction ... 63 5.2 Choix du site ... 63

5.3 Paramètres à évaluer pour l'utilisation du modèle. ... 66

5.4 Analyse de sensibilité... 66 5.5 Calibration du modèle ... 71 5.6 Résultats de la simulation ... ... ... ... ... .... 76 6. Conclusion... . . . 83 Bibliographie ... 87 Annexes II

Mes sincères remerciements s'adressent en tout premier lieu à Monsieur Jean-Pierre Villeneuve, directeur de cette thèse, pour son soutien constant et ses conseils réfléchis.

J'aimerais remercier également Monsieur Marcel Sylvestre, de la Direction des eaux souterraines et de consommation du Ministère de l'environnement, sans qui l'idée de réaliser ce projet de recherche sur ce sujet ne m'aurait sans doute jamais effleuré l'esprit.

Des remerciements spéciaux s'adressent également à MM. Pierre Lafrance,

Olivier Banton, Pierre Fréchette ainsi que Sylvain Houle pour leurs conseils techniques.

Enfin, j'aimerais remercier Mesdames Anne Provencher, Catherine Pelchat ainsi que Odette Giroux pour avoir eu la patience de taper ce manuscrit avec diligence.

INTRODUCTION

Afin d'augmenter leurs rendements agricoles, les cultivateurs ont recours,

depuis plusieurs années, à divers pesticides qui agissent sur les insectes

nuisibles à leurs récoltes.

La controverse entourant l'utilisation de pesticides peu solubles dans l'eau

tels que le DDT dans les années 60 et qui eut pour effet d'agir, au bout de

la chaine alimentaire, sur les oiseaux prédateurs et d'affecter

dangeureuse-ment l'équilibre écologique, a fait en sorte que l'on a mis au point des

pesticides de plus en plus solubles ayant les particularités de ne pas

s'accumuler substantiellement dans les horizons supérieurs du sol et pouvant

se dégrader rapidement.

Toutefois, on s'est aperçu que de tels pesticides, comme l'aldicarbe,

répu-tés non persistants d'après des études menées en laboratoire et sur le

terrain, pouvaient non seulement atteindre les nappes d'eaux souterraines,

mais aussi contaminer les puits des personnes vivant au voisinnage de terres

traitées par ces pesticides.

La surveillànce des toxicologues s'est alors accrue et on a initié ici et

là, de vastes programmes d'échantillonnage afin d'évaluer l'état de la

situation.

On s'est tout particulièrement penché sur le cas de l'aldicarbe, en raison

de sa grande solubilité dans l'eau, combinée au fait qu'il est utilisé

Des études effectuées aux Etats-Unis (New Jersey, Floride, Wisconsin, Maine)

et au Canada (Nouveau-Brunswick, Ontario, Ile-du-Prince-Edouard) ont permis

de déceler sa présence dans l'eau souterraine. Et, fait encore plus

alar-mant, les concentrations mesurées dans plusieurs cas se sont avérées

supé-rieures aux normes établies pour des fins de consommation humaine (10 ~g/l

selon le Centre de Toxicologie du Québec).

Suite à ces études, la Direction des substances dangeureuses du Ministère de

l'Environnement du Québec a mis sur pied un programme d'échantillonnage en

1984 et 1985 qui a confirmé la présence de ce pesticide dans les eaux

souterraines de quelques régions québécoises.

Bien que les concentrations de résidus d' aldicarbe que l'on retrouve dans

certains puits ne soient pas trop alarmantes (de 3 à 27 ~g/l dans le cas le plus grave), il ne faudrait tout de même pas prendre la situation à la

légère. La présence de résidus de pesticides dans nos puits pourrait

s'avé-rer le signe précurseur d'une contamination beaucoup plus grave à long

terme.

Il importe de bien comprendre les facteurs qui contrôlent le transport de

pesticides dans la zone vadose du sol jusqu'à la nappe, de manière à pouvoir

assurer une gestion efficace des pesticides et de l'aldicarbe en

particu-lier, sur le sol québécois.

L'état des connaissances au Québec sur le transport et le comportement des

3

-Québec se sont penchés sur f identificati-on et 1révaluation des facteurs c o n t r ô l a n t l a p r é s e n c e d e p e s t i c i d e s d a n s 1 ' e a u souterraine. D a n s c e contexte, 1e présent mémoire a pour objectif principal de jeter un peu de lumière sur cette question. Pour y arriver, nous nous pencherons plus p a r t i c u l i è r e m e n t s u r l e c a s d e 1 ' u t i l i s a t i o n d e l r a l d i c a r b e a u Québec.

Après avoir discuter des principales caractlristiques de ce pesticide, nous étudierons les princi-paux facteurs influençant son transport dans le so1. Les êquations mathématiques du transport de contaminants dans le so1 seront é g a l e m e n t p r é s e n t é e s .

P a r l a s u i t e , u n e a t t e n t i o n p a r t i c u l i è r e modè1es mathématiques traitant du transport I ' a p p l i c a t i o n d r u n m o d è L e nathématique pour c e p r o j e t d ' é t u d e .

sera accordée aux différents de contaminants. Le choix et une région donnée complèteront

CHAPTTRE ].: CARACTERISTIQUES DE L'ALDICARBE

1 . 1 D e s c r i p t i o n c h i m i q u e

L'aldicarbe (2-méthyl-2*(méthylthio) _{propionaldehyde-O- (méthylcarbamoyl )} oxime) est un pesticide faisant partie du groupe des carbamates et vendu sous la marque de commerce TEMIK par la compagnie Union Carbide qui fabrique c e p r o d u i t . I 1 e s t c o n ç u p o u r d é t r u i r e l e s i n s e c t e s e t n é m a t o d e s q u i s t a t -taquent aux différentes cultures telles que les pommes de terre, oranges, fèves soya, arachides, betteraves à sucre pour n'en nommer que quelques-u n s . A u Québec, 1'aLdicarbe est employé principalement dans la culture de p o m m e s d e t e r r e .

L a s t r u c t u r e c h i m i q u e d e c e p r o d u i t e s t d o n n é e à 1 a f i g u r e 1 . 1 1 s r a g i t d ' u n c o m p o s é c o m p l e x e d ' u n p o i d s m o l é c u l a i r e d e I 9 O r 2 7 g , f o r m é d ' é l é m e n t s carbone, hydrogène, azote, oxygène et soufre, guê Iton retrouve sous La f o r m e d e c r i t a u x b e i g e s s o l u b l e s d a n s I ' e a u ( 6 0 0 0 m g / l ) e t d o n t l a v o l a t i -l i t é e s t d ' e n v i r o n 0 , 0 5 n n H g à 2 5 o C . C e s o l i d e d é g a g e u n e l é g è r e o d e u r d e s o u f r e ( B u r e a u d ' é t u d e d e s s u b s t a n c e s t o x i q u e s , 1 9 7 9 ) .

L t a l d i c a r b e e s t u n c o n i p o s é t r è s i n s t a b l e e n m i l i e u f o r t e m e n t a l c a l i n . D a n s un tel milieu, 1a chaine du composé aldicarbe a tendance à se dégrader en d e u x s u b s t a n c e s i n o f f e n s i v e s : 1 e b i o x i d e d e c a r b o n e e t l t e a u ( J a c k s o n e t

a L . , 1 9 8 3 ) . T o u t e f o i s , i l e s t à n o t e r q u e 1 ' a l d i c a r b e e s t s u r t o u t u t i l i s é dans des sol-s généralement acides, propices pour la culture de l-a pomme de t e r r e . D e c e f a i t , o n p e u t d o n c a f f i r m e r q u e I'aldiearbe a u r a t e n d a n c e à être plus stable dans un te1 type de sol plus acide.

Description chimique J o n e s , 1 9 8 5 ) .

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F i g u r e 1 : d e l ' a l d i c a r b e e t d e s e s d é r i v é s ( T i r é d e

7 -L ' a l d i c a r b e p r é s e n t e u n e t r è s g r a n d e t o x i c i t é ( D L 50 orale du rat, 1 mg/kg; D L 5 0 c u t a n é e d u l a p i n , 5 m g / k g ) q u i e n f a i t I ' u n d e s i n s e c t i c i d e s 1 e s p l u s t o x i q u e s e n r e g i s t r é s p a r 1 ' E P A ( D i e r b e r g e t G i v e n , 1 9 8 6 ; J a c k s o n e t a 1 . , 1 9 3 3 ) . C t e s t l t u n e d e s r a i s o n s q u i f a i t q u e l t o n r e t r o u v e l r a l d i c a r b e s o u s f o r m e d e g r a n u l é s a f i n d e m i n i m i s e r l e s d a n g e r s e n c o u r u s p a r 1 ' u t i l i s a t e u r ( P a g é et Saint-Jean, LgTg). M ê m e s t i l s r a g i t d t u n p e s t i c i d e h a u t e m e n t t o x i q u e , I ' a l d i c a r b e e s t c o n ç u pour se dégrader rapi-dement dans le sol et les plantes en substances

non-t o x i q u e s à l a f i n d e L a p é r i o d e d e r é c o 1 non-t e s o i non-t e n v j - r o n 3 m o i s . C e q u i a p o u r e f f e t d ' é v i t e r 1 ' a c c u m u l a t i - o n d e c e p e s t i c i d e d a n s 1 ' e n v i r o n n e m e n t ( J a c k s o n gt al., 1 9 S 3 ) . M a l h e u r e u s e m e n t , c o m m e n o u s 1 ' a v o n s p r é c i s é p r é c é -d e m m e n t , c e n ' e s t p a s t o u j o u r s c e q u i s e p r o -d u i t e n r é a l i t é . L . 2 P r o p r i é t é s b i o l o g i q u e s L ' a l d i c a r b e e s t u n i n s e c t i c i d e s y s t é m i q u e q u i a g i t c o m n e a c a r i c i d e , m i t i c i d e e t n é m a t i c i d e : u n e f o i s s o l u b i l i s é d a n s 1 ' e a u d u s o l , i l s e m é t a b o l i s e r a p i d e m e n t e n d e u x p r o d u i . t s a c t i f s l e s u l f o x i d e d ' a l d i c a r b e e t l e s u l f o n e d ' a l d i c a r b e d o n t u n e p a r t i e s e r a a b s o r b é e p a r 1 e s r a c i - n e s d e s p l a n t s d e p o m m e s d e terre, e t d i f f u s é e à t r a v e r s t o u t e L a p l a n t e e t ê t r e e n s u i t e i n g é r é e p a r 1 e s i n s e c t e s n u i s i b l e s . L t a l d i c a r b e e s t c o n ç u p o u r o f f r i r u n e bonne protection des cultures sur une période s'étendant de 50 à 70 jours e n v i r o n .

1 . 3 A c t i o n s u r l e s i n s e c t e s

L e s c a r b a m a t e s d o n t f a i t p a r t i . e Italdicarbe, i n h i b e n t l f a c t i o n d e c e r t a i n e s enzymes tout comme le font les insecticides organopbosphorés. Leur cible d ' a c t i o n m a j e u r e t ' i n v i v o " e s t f i n h i b i t i o n d e I ' e n z y m e a c é t h y l c h o l i n e s t é -r a s e . L ' a c é t h y l c h o l i n e s t é r a s e c o n t r ô 1 e 1 ' h y d r o l y s e d e 1 ' a c é t h y 1 c h o 1 i n e , g é n é r é e aux fonctions n e r v e u s e s r g u i s e f r a c t i o n n e a l o r s e n c h o l i n e , l a q u e l 1 e p e r m e t 1 a t r a n s m i s s i o n n e r f - i m p u l s i o n ( K u h r et Dorough, 1976). E n l t a b s e n c e d e l t e n z y m e a c é t h y l c , h o l i n e s t é r a s e , 1 ' a c é t h y l c h o l i n e s ' a c c u m u l e p e u à p e u e t e m p ê c h e é v e n t u e l l e m e n t I a t r a n s m i s s i - o n r é g u 1 i è r e d e s i n p u l s i o n s n e r v e u s e s e n t r e l e c e r v e a u e t l e s m u s c l e s . I 1 s t e n s u i t u n e g r a v e p e r t e d e c o o r d i n a t i o n m u s c u l a i r e a u n i v e a u d e l a r e s p i r a t i o n , s u i v i e d e c o n v u l s i o n s , e t e n f i n d e 1 a m o r t d e I ' i n s e c t e p a r asphyxie. 1 . 4 P r o b l è m e s r e l i é s à s o n u t i l i s a t i o n

L ' a l d i c a r b e , c o m m e n o u s l t a v o n s v u p l u s t ô t , p r é s e n t e une grande toxicité pour 1es mammifères. Il possède cependant quelques caractéristiques qui ont pour effet de réduire les dangers encourus par 1es humains et les animaux q u i y sont exposés.

L ' a l d i c a r b e n ' a p a s l a p r o p r i é t é d e s ' a c c u m u l e r d a n s l e s t i s s u s c o n t r a j r e -m e n t à c e r t a i n s p e s t i c i d e s t e l s l e D D T . I l e s t e n e f f e t s i s o l u b l e q u e l a p l u s g r a n d e p a r t i e d u p e s t i c i d e i n g é r é e s e r e t r o u v e r a d a n s l ' u r i n e e t 1 e s

9

-Des expériences, menêes sur une base volontaire chez les humains, ont

démon-t r é q u e l e s s u j e démon-t s p r é s e n démon-t a i e n démon-t les sympdémon-tômes suivandémon-ts: v o m i s s e m e n t s , d i a r -rhée, exsudation abondante, vision troublée, crampes abdominales et pertes de contrôle musculaire. La condition des sujets est revenue à 1a normale au b o u t d e q u e l g u e s heures. L e s e f f e t s d e l t e x p o s i t i o n d e s s u j e t s à c e s d o s e s sous-létales aiguës (exposition à de fortes doses sur une période de temps t r è s c o u r t e ) sont temporaires et réversibles _{( J a c k s o n et al. , 19S3) .}

Jusqu'à présent on nra pas encore recensé de cas de problèmes de santé dus à u n e e x p o s i t i o n c h r o n i q u e à I ' a l d i c a r b e ( e x p o s i t i o n à d e f a i b l e s d o s e s s u r une longue période de temps). Les tests effectués à ce jour sur des animaux de laboratoire ainsi que des tests nutagéniques sur des bactéries indiquent q u e lraldicarbe n t e s t p a s c a n c é r i g è n e , n i m u t a g è n e et ne câuse aucun désor-dre génétique. Nous n'avons cependant recensé aucune étude traitant de l r a c t i v a t i o n m é t a b o l i q u e d e c e p r o d u i t .

À cause de sa texture granulaire ainsi- que du falt qu'i1 soit appliqué d i r e c t e m e n t d a n s le sol, 1'aldicarbe n ' a f f e c t e p a s directement les oiseaux e t 1 a f a u n e t e r r e s t r e . D e p 1 u s , 1 e s g r a n u l e s s o n t p l u s faciles à m a n i p u l e r p a r lrutilisateur l o r s d u d o s a g e d u p e s t i c i d e q u e ne le sont certains pesti--cides foliaires liquides qui peuvent causer des problèmes au niveau de la p e a u ou encore être absorbés par voie respiratoire l o r s d e 1 ' a p p l i c a t i o n .

1 . 5 F a c t e u r s i n f l u e n ç a n t l e t r a n s p o r t d e l r a l d i c a r b e d a n s l e s o l

A u c o u r s d e s d e r n i è r e s a n n é e s , I ' a t t e n t i o n q u e lton a portée au sujet de I ' u t i l i s a t i o n d e s p e s t i c i d e s e t e n p a r t i c u l i e r d e I ' a l d i c a r b e , s ' e s t a c c r u e d e f a ç o n s u b s t a n t i e l l e . P l u s i e u r s é t u d e s e n l a b o r a t o i r e e t s u r 1 e t e r r a i n ont questionné le comportement et le transport de ce pesticide dans le sol ( B u l l e t a 1 . , L 9 7 0 ; l { y m a n e t J o n e s , 1 9 8 3 ; J o n e s , 1 9 8 5 ; D i e r b e r g e t G i v e n , 1 e 8 6 ) . C e q u i a d t a b o r d e t â v a n t t o u t s u s c i t é I t i n t é r ô t d e s s c i e n t i f i q u e s p o u r ces é t u d e s a é t é I a d é c o u v e r t e , e n L 9 7 9 , d e r é s i d u s d ' a l d i c a r b e d a n s p l u s d e 1 0 0 0 p u i t s d u C o m t é d e S u f f o l k d e l ' é t a t d e N e w Y o r k , r é g i o n o ù e s t c o n -c e n t r é e u n e f o r t e d e n s i t é d e p r o d u c t e u r s d e p o m m e s d e t e r r e ( Z a k i et a1. , L 9 8 2 ; E n f i e l d e t a 1 . , 1 9 8 1 ) . A l o r s q u e 1 ' o n c r o y a i t q u e l e p r o d u i t s e dégradait rapidement dans 1e so1 et ne causait aucun dommage à Itenvironnem e n t i Itenvironnem Itenvironnem é d i . a t , o n a r e t r o u v é d e s r é s i d u s d e c e s p e s t i c i d e d a n s 1 ' e a u s o u t e r -raine et souvent même à des concentrations qui dépassent plusieurs dizaines d e f o i s I a n o r m e p r e s c r i t e p a r I'EPA qui est de 7r0 yg/l ( S y l v e s t r e e t P e r r o n , 1 9 8 5 ) .

De tels événements dépassent à un degré moindre 1es frontières américaines I on doit donc se pencher sérieusement sur ce problème pour essayer de con-n a i t r e l e s r a i s o n s e t s u r t o u t l e s f a c t e u r s q u i i n f l u e n c e n t l e t r a n s p o r t d e s p e s t i c i d e s d a n s 1 e s o l . C e s c o n n a j - s s a n c e s s o n t e s s e n t i e l l e s à 1 ' é t a b l i s s e -m e n t d ' u n s y s t è -m e d e g e s t i o n f i a b l e p o u r p r o t é g e r e f f i c a c e m e n t 1 e s e a u x s o u t e r r a i n e s c o n t r e c e s p r o d u i t s .

1 1 -B u l l e t s e s c o l l è g u e s ( 8 u 1 1 et al., L 9 7 A ) o n t é t u d i é l e c o m p o r t e m e n t d e I ' a l d i c a r b e f a c e à I ' i n f l u e n c e d e c e r t a i n s f a c t e u r s é d a p h i q u e s t e l s 1 e d e g r é d ' h u m i d i t é , l e p H , l a t e m p é r a t u r e e t l a t e x t u r e d u s o l . 1 . 5 . 1 L e p H À 1 ' e x c e p t i o n d ' u n s e u l c a s ( H z O ; O " / o ; s a b l e ) , a u c u n e d i f f é r e n c e s i g n i f i c a -t i v e n ' a ê -t ê o b s e r v é e c o n c e r n a n -t l e s c h a n g e m e n -t s c h i m i q u e s d e 1 ' a l d i c a r b e e n f o n c t i o n d u p H à I ' i n t é r i e u r d e s l i m i t e s i m p o s é e s p a r I ' e x p é r i e n c e ( t a b l e a u 1 ) . T o u t e f o i s , o n s a i t q u e 1 ' a l d i c a r b e e s t t r è s i n s t a b l e e n m i l i e u f o r t e m e n t a l c a l i n ( p H > 8). C e t t e a f f i r m a t i o n e s t c o n f i r m é e p a r J o n e s ( J o n e s , 1985) qui identifie d e f o r t e s v a l e u r s d e p H c o m m e é t a n t l ' u n d e s f a c t e u r s p r i n c i p a u x f a v o r i s a n t 1 a d é g r a d a t i o n d e 1 ' a l d i c a r b e . C e q u i i m p l i -que -que l'on peut raisonnablement penser que de faibles valeurs de pH (<

6 , 0 ) f a v o r i s e r o n t 1 a s t a b i l i t é d e 1 ' a l d i c a r b e d a n s l e s o l .

1 . 5 . 2 C o n t e n u e n e a u d a n s l e s o 1

Le contenu en eau d'un so1 donné fait réfêrence à la portion des pores, ou i n t e r s t i c e s e n t r e l e s p a r t i c u l e s s a t u r é e s e n e a u . C e t t e n o t i o n e s t i n t i m e -m e n t r e l i é e à la capacité au cha-mp et au point de sécheresse du sol.

La capacLté au champ est une mesure guelque peu imprécise des propriétés de r é t e n t i o n d e l t e a u p a r u n s o 1 . E 1 l e e s t g é n é r a l e m e n t d é f i n i e c o r n m e é t a n t l e contenu en humidité que le sol atteint après que tout lteau en excès soit drainée et évacuée du système sous f influence de 1a gravité.

-% a p p l i e d d o s c a t i n t l i c a t e d d a r s a f t e r t r c a t r n c n t r l-oam N a l u r e o f r a d i o e c t i r it 1 n Hro tlH Aldicarb Oxidation products Àiontoxic products Residue l-ost Aldicartr Oridation products i\ontoxic products Residue l-ost Aldicarb Oxidation praducts Nontoxic p'roducts Residue I-ost Aldicarb Oxidation products Nont<xic products Residue Lost Aldicarb Oxidation products Nontoxic products Residue Lost Aldicarb Oxidation products Nontoxic producrs Residue l-ost Aldicarb ûxidation products Nontoxic products Residue I-ost Aldicarb Oxidation products !{onto:cic products Residue Lost Âldicarb Oxidation products liontoxic praducts Residue l-ost 89.9 4 . 4 0.0 . t 5.6 90.2 4.9 .0 2 4 . 7 90.9 2.O .0 , 6.9 89.5 4.6 ,0 . t 5.8 96.9 2.5 .0 . t .5 9 r . 9 2.7 .0 . l 5.3 94.7 4 . 7 .0 . t J 93.5 s.8 .0 . l t.6 9 r . { 4.4 .0 .o 4 . 1 87.7 5 . 2 t . l 0 . t 5.9 87.0 5.8 t 2 . l 5.9 79.3 3 . 1 1 . 2 . t 26.3 865 6 . t t . 5 . t 5.8 92.7 4 . 1 I J . l 1 . 8 é t . l 5.t 2 . t 8.7 86.1 t0.4 1 . 7 q t . 6 92J 5 . 1 l.l I t i 9l.e 3.8 I : . l 3 . 1 7 t . 8 5 . 5 0.7 . l 0 9 , 1 72.8 4.7 .3 . l 2 t . 9 39.6 t . i 1 . 4 . t 57.2 85.6 8.3 1 . 6 . l 6.4 7 t . 0 {.6 l . l . l 6.8 82.4 3.6 3.5 9 r0.3 ?9.7 t0.2 t . 7 . t 8.t 85.7 {.0 1 . 2 . l 9.0 8t5 3.7 1.4 9 l t 2 74.5 6.7 2.5 . l t6.2 {5.2 5 . I 1 . 6 . l r6.3 7r.4 3.4 t 9 . l 20.9 74.4 4.6 ,.7 . t r 7 2 69.9 4.' 8 . 1 . l r7.6 2 a I

m

3.4 . l t 4 . 8 87.9 81.6 8.t 1t2.8 0 . 0 F . s 1 5 b . s 2.' t.2 90.t 89.6 6.0 5.9 .0 1.8 1 . 8 . 7 2.t 2.0 45.5 D J t . l 0 . 1 4 5 . t 555 6 . 1 l . o . l 39.3 7 . 8 .9 1 . 5 .2 89.6 93.5 88.8 4.5 5.5 .0 1.7 2.0 r.3 .0 2.7 85.5 79.9 8.2 r0.7 0.0 l.b 2.3 r.9 4 . 2 5 . ? 88.o 7e.l 4.7 7.9 .0 .6 2 . 5 r . 7 4.8 tO.7 9t.8 86.9 3.3 '.8 . 0 1 . 8 2.6 2.1 2.3 4.4 8 3 . 7 r 8 . l t.9 4.4 .0 8: 1 5 t . 2 t0.9 ô8.1 90.0 7.1 29 2-r .0 9.8 2.9 2.8 4.2 78.2 85.9 t2.3 2.7 2.1 .0 tt.t 5J 1.4 6.1 67.9 70.6 58.7 t 4 . 9 I t . t 1 . 5 I . 8 2.8 0.9 10.2 27.3 79.r 7 | .2 I r . 0 1 5 . 6 1 . 6 t . 7 2.O 1.6 6.3 9.9 83.9 70.4 8.7 t5.7 t . 5 1 . 8 2.4 t.4 ,.7 10.7 67 5 45.5 r 7.3 '2.4 2.4 3.0 2.9 3.8 9.9 r5.t 72.t 38.5 t4.0 25.9 5.0 9.3 t . l 1 . 6 7.8 24.7 73.4 40.7 1 4 . 3 3 0 . 1 2.6 7.0 2.8 2.7 6.9 t9.5 2 . 8 1 . 4 r.0 .9 t 6 . t 1 6 . 8 t.6 4.7 78.5 76.2 {.8 t.9 I . O I J f t.9 t5.7 t.l 2.7 772 78.4 22 .4 1.3 r.5 20.r 20.3 { . t t . 7 72.1 76.r 50 50 r00 t00 . Av! oI ! rÊpli€.16. C h a n q e m e n t s c h j m j o u e s d e l ' a l d i c a r b e p o u r u n s a b l e p u r e t u n l o a m p o u r d i f f é r e n t e s c o n d i t ' i o n s d e p H e t d ' h u m i d i t é d a n s I e s o l . T j r é d e B u l l e t a l . ( . | 9 7 0 ) T a b l e a u I :

1 3

-L e p o i n t d e s é c h e r e s s e du sol est, quant à 1ui, fonction à 1a fois des sols et des plantes qui y poussent. I1 est défini comme étant le contenu d'humi-d i t é a u - d e s s o u s d u q u e l les plantes s o n t i n c a p a b l e s d r e x t r a i r e d e 1 ' e a u

( C a r s e l e t a l . , 1 9 8 4 ) .

L ' e a u s o u t e r r a i n e e s t a l i m e n t é e p a r ltapport a u x p r é c i p i t a t i o n s , f o n t e d e n e i g e o u à l r i r r i g a t i o n . U n e p a r t i e d e c e t t e t t e a u d e s u r f a c e " s t é c o u l e v e r s l e s r u i s s e a u x et autres plans dteau, une autre partie s'évapore à partir d e la surface du sol, enfin une autre portion pénètre dans le sol lui-même, 1à où les plantes peuvent 1a capter par l-eurs racines. Lorsque la quantité d'eau pénétrant dans le sol est plus importante que cel1e captée par les r a c i n e s d e s p l a n t e s , 1 ' e x c è s e s t a l o r s t r a n s f é r é v e r s l e s z o n e s p l u s p r o -f o n d e s e t a t t e i n t é v e n t u e l l e m e n t la zone saturée où s'écoule lteau souter-raine. Cette eau percolant à travers le profil du sol peut transporcer avec elle une quantité appréciable du pesticide appliqué en surface surtout si ce p e s t i c i d e a , c o m m e I'aldicarbe, u n e g r a n d e s o l u b i l i t é .

t e s t e s t s e f f e c t u é s en laboratoire _{p a r Bull et ses collègues (Bu11 et al. ,} 1970) ont démontré que le contenu en eau dans 1es sols a une influence con-s i d é r a b 1 e s u r l e s m o d i f i c a t i o n s s t r u c t u r e l l e s e t 1 a v o l a t i l i s a t i o n d e l r a l d i c a r b e . E n e f f e t , l e s r é s u L t a t s d é m o n t r e n t q u e , de manière générale, plus 1e contenu en eau d'un sol est important, plus grande est la mobilité v e r t i c a l e d e I ' a l d i c a r b e p a r c a p i l l a r i t é e n p é r i o d e e n s o l e i l l é e . L ' a l d i c a r b e e s t a i n s i s u j e t à l a v o l a t i l i s a t i o n d u e à 1 ' é v a p o r a t i o n de 1'eau d u s o 1 ( t a b l e a u 2 ) .

- I n f f u t n c e of moisturc on rolatiliration o{ r'S-latx'ttd aldirarb from Lufhin fine sandr toaln in llir{r,Ill1 bealers erposed 24 hr in the ficld (August).

l l ( ) i s t u r c ( % o f f r c l d r a p a c i t y ; I.osc ()f l l , o (g H"0 g d 4 v r i l l l . P Ill idtllc B o t t o m Ex t ract R e s i r l r r c Ex tract R e s i d r r e E x l r a c r R c s i r l r r e ' f o t a l q a 0.4 J .2 (l 0.0 .t 2.1 I . 9 .5 0.0 .06 . I I . t 5 20 0 25 50 I J t00 0.5 I . 8 43.6 49.0 40.0 0.0 . l 1 . 9 9 9 2.0 2.9 / o . 5 3 1 . 6 t 3 . 9 3.9 8 t . l o q 1 . 2 t . 5 5.6 8tt.? E l . { 80.9 6 b . ; 5 : . 9

r Dcpth of vil in be'aler sas 6 cm, each sample la'cr uar 2 (m; trearmcnt sas 5(X, pg eS-labeled aldirarb on top of borrom la\er. b Âr'g of 3 replicatæ.

T a b l e a u

2 : I n f l u e n c e

d u c o n t e n u

e n e a u s u r l a v o l a t i l i s a t i o n

d e l ' a l d j c a r b e p o u r u n l o a m

s a b l e u x

( r i r é d e B u l l

1 5

-0 n p e u t d o n c affirmer d e c e q u i p r é c è d e q u ' e n p é r i o d e d e p r é c i p i t a t i o n s a b o n d a n t e s , la mobilité d e l ' a l d i c a r b e s e r a g r a n d e e t s e f e r a e n d i r e c t i o n d e l a z o n e s a t u r é e p a r 1e mouvement gravitaire d e I ' e a u .

T o u j o u r s s e l o n c e s m ê m e s a u t e u r s , u n contenu en eau égal à 5A % de 1â capa-c i t é a u capa-c h a m p s e m b l e être optimal pour I'oxydation d e 1 ' a l d i c a r b e e n d é r i v é s t o x j - q u e s d a n s d e s s o l s c o n s t i t u é s de loam ou d'argile; 1 a d é g r a d a t i o n d e c e s produits toxiques est plus importante lorsque le niveau du contenu en eau

est augmenté à 100 % de la capacité au champ pour ces mêmes types de sol. C e s r é s u l t a t s s o n t d ' a i 1 1 e u r s s o u t e n u s p a r J o n e s ( 1 9 8 5 ) q u i c o n s i d è r e l e c o n t e n u e n e a u comme 1'un des facteurs les plus importants régissant à la f o i s l a d é g r a d a t i o n e t le transport d e I ' a l d i c a r b e e t d e s e s d é r i v é s t o x i -q u e s .

A i n s i , d ' a p r è s l e s c a r a c t é r i s t i q u e s d e c e t i n s e c t i c i d e , o n p e u t a f f i r m e r qutun apport important d'eau dû aux précipitations, fonte de neige ou irri-gation aura pour effet: 1- de solubiliser rapidement une grande partie de

lfaldicarbe contenu dans 1e sol, et 2- advenant une grande perméabilité du s o l , 1 ' a l d i . c a r b e a i n s i s o l u b i l i s é s e r a l e s s i v é r a p i d e m e n t v e r s l e s z o n e s p r o f o n d e s du sol atteignant é v e n t u e l l e m e n t I a n a p p e d t e a u s o u t e r r a i n e s i

c e l l e - c i e s t s i t u é e à u n e faible profondeur (< 5 mètres environ).

L a p l u p a r t d e s é t u d e s ( 8 u 1 1 e t a l . , 1 - 9 7 O 1 , J a c k s o n e t a l . , 1 9 8 3 ; D i e r b e r g e t Given, 1986) démontrent I'importance du contenu en s o 1 à l a f o i s en ce qui concerne la vi.tesse de dégradation de 1 t d e s e s d é r i v é s d a n s le sol, ainsi que la vitesse de déplacement v e r s 1 a z o n e saturée.

J o n e s , 1 9 8 5 ; eau dans le a l d i c a r b e e t d e s r é s i d u s

1 . 5 . 3 L a t e m p é r a t u r e

S e l o n J o n e s ( J o n e s r 1985)r les données, provenant d'études menées sur le terrain en 1982 dans plus de 13 états améri-cains, indiquent que la tenpéra-ture est 1a variable dominante majeure contrôlant la dégradation des résidus draldicarbe dans 1a zone vadose ou zone insaturée du so1, de hautes tempéra-tures du so1 provoquant une dégradation plus rapide.

C e s d o n n é e s s o n t c o n f i r m é e s p a r Dieberg et Given (1986) lors d'études faites en Floride. "Les raisons expl-iquant des taux de dégradation plus rapides des résidus toxiques totaux d'aldicarbe en Floride, comparativement aux données provenant de Long Island (New York) sont probablement dues à des t e m p é r a t u r e s e t u n p H p l u s f a v o r a b l e s t t . D e m a n i è r e p l u s e x p l i c i t e , B u l l e t s e s c o l l è g u e s ( 1 9 7 0 ) indiquent que des températures du so1 élevées, sans t o u t e f o i s e n p r é c i s e r l e s l i m i t e s , f a v o r i s e n t l a v o l a t i l i s a t i o n d e s r é s i d u s d r a l d i c a r b e p a r é v a p o r a t i o n .

La température a aussi une influence marquée sur 1-a présence et lractivité de populations microbiennes qui sont responsables en grande partie de Ia d é g r a d a t i o n d e 1'aldicarbe dans 1es zones supérieures du sol (Jones, 1985). D e m a n i è r e g é n é r a l e , p l u s 1a température sera élevée dans le sol, plus 1es populations microbiennes seront actives, favorisant ainsi 1.a dégradation de

1taldi-carbe. Soulignons en terminant sur ce point que pour nos latitudes, par rapport à ce11es de nos voisins du sud, 1es températures très basses que I'on rencontre à une certaine profondeur dans le sol et ce, tout au long de l t a n n é e e n t r a i n e n t u n e d é g r a d a t i o n m o i n s rapide des résidus dtaldicarbe.

1 7

-1 .5 .4 Matières oÆanigg:

Lfimportance du contenu en matières organiques dans 1e sol en ce qui con-c e r n e l e s con-c o m p o s é s o r g a n i q u e s q u ' o n y a p p l i q u e , n t e s t p l u s à f a i r e . E n e f f e t , l a t e n e u r e n m a t i è r e s o r g a n i . q u e s a u n e g r a n d e i n f l u e n c e s u r 1 ' a d s o r p -t j . o n d e s c o m p o s é s o r g a n i q u e s . D a n s p l u s i e u r s c a s , i 1 a é t é d é m o n t r é q u ' i l e x i s t e u n e r e l a t i o n l i n é a i r e e n t r e l a c o n c e n t r a t i o n d e m a t i è r e s o r g a n i q u e s d a n s u n s o 1 e t 1 a c a p a c i t é d ' a d s o r p t i o n d e c e s o l ( V i l l e n e u v e e t a 1 . , 1 9 8 5 ) . J o n e s ( 1 9 S 5 ) s o u l i g n e q u e l e t a u x d e t r a n s p o r t d e s r é s i d u s d ' a l d i c a r b e d a n s d e s s o l s t r è s r i c h e s e n m a t i è r e s o r g a n i q u e s p e u t ê t r e j u s q u ' à d i x f o i s m o i n -dre que le taux de transport de tels résidus dans un sol pauvre en matières o r g a n i q u e s .

1 . 5 . 5 P e r m é a b i l i t é d u s o l

L a p e r m é a b i l i t é e s t e n q u e l q u e s o r t e , u n i . n d i c e d e 1 ' a p t i t u d e d ' u n m a t é r i e 1 d o n n é à l a i s s e r s ' é c o u l e r u n f l u i d e s o u s p r e s s i o n . D e m a n i è r e g é n é r a l e , p l u s un sol est perméable, plus rapide est 1e transport vertical d e 1 ' e a u à

t r a v e r s l e p r o f i l d ' u n t e l t y p e d e s o l .

L a p e r m é a b i l i t é e s t i n t i m e m e n t r e l i é e à l a g r a n u l o m é t r i - e d e s p a r t i c u l e s c o m -p o s a n t l e s o 1 . A i n s i , -p l u s l e s -p a r t i c u l e s d ' u n s o l s o n t g r o s s i è r e s , -p l u s 1 a p e r m é a b i l i t é e s t i m p o r t a n t e ( t a b l e a u 3 ) .

C o e f f i c i e n t s s e c l a s s a n t d e p e r m é a b i l i t é e n c m / s ( F r e e z e g r a v i e r s : 1 0 2 à 1 s a b l e s : I à 1 0 - 2 s a b l e s t r è s f i n s : 1 0 - 2 à 1 0 - 4 l i m o n s : 1 0 - 4 à 1 0 - 6 a r g i l e s : 1 0 - 6 à l 0 - 8 d e s t e r r a i n s n a t u r e l s e t C h e r r y , L 9 7 9 ) . T a b l e a u 3 : ou des digues

1 9

-1 . 5 . 6 E p a i s s e u r d e L a z o n e v a d o s e

L'épaisseur de la zone vadose, ou encore la profondeur à laquelle on retrou-ve 1a nappe, a égaLement une influence sur le taux de dégradation de

ltaldi-c a r b e . D e m a n i è r e g é n é r a 1 e , p l u s l t é p a i s s e u r d e l a z o r r e v a d o s e e s t importante, moins grande sera la proportion de pesticide que lton retrouve dans la nappe dteau souterraine: le pesticide pa-rcourt un cheminement plus long et de ce fait, subit une dégradation tout au long de son parcours jusqu'à Ia nappe, même si cette dégradation est de moins en moins importante

dans les derniers horizons de 1a zone vadose.

On a que peu de renseignements concernant la dégradation des résidus d'aldi-c a r b e d a n s l a z o î e s a t u r é e d u s o l ( J a d'aldi-c k s o n e t a l . , 1983) . L e s p e s t i c i d e s continuent de se dégrader dans Iteau souterraine, mais à un taux extrêmement moindre comparativement aux horizons supérieurs du sol dans la zone vadose. Les différents facteurs comme 1a lumière, la chaleur et I'oxygène, contri-buent en grande partie à la décomposition des résidus d'aldicarbe sont totalement absents ou à tout le moins, grandement réduits dans Iteau souter-r a i n e .

En résumé, nous pouvons conclure qu'un sol présentant une grande perméabi-lité permettra aux apports dus aux précipitations de migrer rapidement vers la zone saturée. De plus, si le sol est pauvre en matières organiques et p r é s e n t e un pH faible, I a q u a n t i t é d ' a l d i c a r b e r e t r o u v é e e n s o l u t i o n s e r a plus importante. Enfin, si 1a nappe d'eau est située à une faible profon-deur, le pesticide atteindra 1'eau souterraj.ne très rapidement et aura moins

de chance d'y être dégradé considérant le fait que la température y est g é n é r a l e m e n t beaucoup plus basse qu'en surface.

0n voit bien par cet exemple que le fait de retrouver un pesticide ou autre s u b s t a n c e d a n s 1 ' e a u s o u t e r r a i n e e s t a s s u j e t t i e à u n e m u l t i t u d e d e f a c t e u r s i n t e r e l i é s e n t r e e u x . L r a c t i o n i n d i v i d u e l l e d e c h a c u n d e c e s f a c t e u r s n t a qu'une importance relative qui dépend en grande partie de la présence ou non

d t a u t r e s f a c t e u r s .

Soulignons en terminant que les deux régions québécoises (Portneuf et J o l i e t t e ) o ù l a c u l t u r e d e 1 a p o m m e d e t e r r e e s t l a p l u s i n t e n s e , e t p a r v o i e d e c o n s é q u e n c e , o ù I ' u t i l i s a t i o n d u p e s t i c i d e a l d i c a r b e e s t l a p l u s importante aussi, présentent la plupart des facteurs favorisant 1e transport de résidus d'aldicarbe que nous venons de mentionner.

CHAPITRE 2: TRANSPORT DES PESTICIDES DANS LA ZONE VADOSE DU SOL

2 . 1 E q u a t i o n s g é n é r a l e s d u t r a n s p o r t

L ' é t u d e d u m o u v e m e n t d e l t e a u e t d e s p r o d u i t s c h i m i q u e s t r a n s p o r t é s d a n s l a z o n e v a d o s e d u s o l n e d a t e p a s d ' h i e r . E n f a i t , c e s u j e t e s t é t u d i é d e p u i s p l u s de cent ans (Wagenet, 1985). C e p e n d a n t , c e n ' e s t q u e depuis une

trentaine d'années que 1es travaux ont atteint un degré de sophistication t r è s é l e v é e n f a i s a n t a p p e l à d e s t e c h n i q u e s m a t h é m a t i q u e s a v a n c é e s a i n s i q u ' à I ' e m p l o i d e l r o r d i n a t e u r p o u r i n t é g r e r e t s y n t h é t i s e r l e s p r o c e s s u s p h y s i q u e s , chimiques et biologiques q u i s o n t responsables du transport d e

1 ' e a u e t d e s p r o d u i t s c h i m i q u e s d a n s l e s y s t è m e .

L ' e f f o r t i n v e s t i a u c o u r s d e s a n n é e s 5 0 e t 6 0 d a n s l a r e c h e r c h e s u r 1 e s s e l s i n o r g a n i q u e s a i n s i q u e les fertilisants c h i m i q u e s e n a g r i c u l t u r e a p e r m i s d ' a c c u m u l e r u n e q u a n t j - t é i m p r e s s i o n n a n t e d t i n f o r m a t i o n s e x p é r i m e n t a l e s e t d e conceptualisations théoriques concernant le mouvement et le transport de 1 ' e a u e t d e s s o l u t é s d a n s l e s o 1 . L o r s q u e l f a t t e n t i o n d e s t o x i c o l o g u e s e t d e s g e s t i o n n a i r e s d e 1 ' e n v i r o n n e m e n t s t e s t p o r t é e s u r l t a c t i o n d e s p e s t i -c i d e s d a n s l e s o 1 e t s u r 1 ' é v e n t u e l d a n g e r q u ' i 1 s p r é s e n t a i e n t p o u r l e s e a u x s o u t e r r a i n e s , i l a d o n c 6 t ê t o u t n a t u r e l q u e 1'on a i t e u r e c o u r s à 1 ' e x p e r t i s e q u i avait été développée auparavant sur les sels inorganiques et l e s f e r t i l i s a n t s c h i m i q u e s .

C e t t e e x p e r t i s e a é t 6 f a i t e e n p r e m i e r l i e u , à p a r t i r d ' e x p é r i e n c e s e f f e c -t u é e s e n l a b o r a -t o i r e , d a n s d e s c o l o n n e s d e s o l s e t s o u s d e s c o n d i t i o n s c o n t r ô 1 é e s .

Nons Équations Références 1. Langmuir 2 . F r e u n d l i c h 3 . P R Z M

ô s

æ ô S

6r

A S æ

= k,

[ t ,

c l lG +

krc) -

I

Rao et Jessup (1982) e t J e s s u p ( 1 9 8 2 ) = k, (kr ckt - s) Rao

= D 3 *

- v : -

.. ôc

d x ô C - æ - _{C a r s e l e t a 1 . ( 1 9 8 4 b )}

Tableau 4: Modèles cinétiques décrivant 1e transport de pesticldes dans le s o l .

Quelques-unes des principales équations pour décrire 1e mouvement des solutés p e s t i c i d e s s o n t r e t r o u v é e s a u t a b l e a u 4 .

o u :

théoriques qui ont été formulées i n t e r a c t i f s d o n t f o n t p a r t i e 1 e s

( m / s ) ; C = c o n c e n t r a t i o n d u s o l u t é ( m g / t ) ;

V = vi-tesse moyenne de 1'eau dans les pores du sol D = c o e f f i c i e n t d e d i s p e r s i o n - d i f f u s i o n ( r t / " ) ; x = d i s t a n c e v e r t i c a l - e ( m ) ;

t = t e m p s ( s ) ;

S = concentration du pesticide adsorbée (m/M) où p e s t i c i d e e t M , 1 a m a s s e d u s o l e n m g .

2 3 -Q = d â g r a d a t i o n ( c h i m i q u e o u b i o l o g i q u e ) ; k r r k . = c o n s t a n t e s e m p i r i q u e s d e f i s o t h e r m e d ' a d s o r p t i o n ; k - - = taux d'adsorption-désorption ( s - 1 ) . r D e p 1 u s , ( C a r s e l e t a l . , 1 9 8 4 b ) ,

v = q / o

o u : q =

o

-r e c h a -r g e q u o t i d i e n n e ( m / 8 6 4 0 0 s ) ; c o n t e n u v o l u m é t r i q u e e n e a u ( c m 3 / c m t ) . C o m m e o n p e u t 1 e v o i r , 1 f é q u a t i o n ( 3 ) , q u i est très utilisée d a n s l e s modè1es mathématiques actuels, considère simultanément 1es mécanismes du transport dans 1e sol comme étant à 1a fois physiques (convection) et chimi-q u e s ( d i f f u s i o n ) . E l . 1 e c o n s i d è r e é g a l e m e n t d r a u t r e s p r o c e s s u s t e l s q u e

f i n t e r a c t i o n p e s t i c i d e * s o l ( a d s o r p t i o n - d é s o r p t i o n ) , 1 a d é g r a d a t i o n a i n s i q u e La volatilisation d a n s c e r t a i n s c a s . S i l t o n v e u t t e n i r c o m p t e d u

c a p t a g e d u p e s t i c i d e p a r 1es plantes, o n d o i t l t i n c l u r e c o m m e u n t e r m e a n a l o g u e à 0 dans 1réquation (3).

La solution analytique à l'équation (3), pour une gamme de conditions limi-t e s , a s e r v i à é l a b o r e r u n m o d è l e d e t r a n s p o r t d e p e s t i c i d e s q u i a êté u t i l i s é p o u r étudier 1 e s p r i n c i p e s d e b a s e d e l r i n t e r a c t i o n s o 1 e a u -p e s t i c i d e e n l a b o r a t o i r e . U n e t e 1 l e f o r m u l a t i o n n ' e s t l i m i t é e q u e p o u r les

L ' é q u a t i o n ( 3 ) ne peut être utilisée d a n s l e s ê t u d e s d e t e r r a i n à m o i n s d ' ê t r e r e f o r m u l é e a f i n d e d é c r i r e , a v e c s u f f i s a m m e n t d e p r é c i s i o n , l e f l u x t r a n s i t i f d e I ' e a u e t l e s f l u x d e s o l u t é s c o n s é q u e m m e n t p r o d u i t s ( C a r s e l , 1 e 8 4 b ) .

L e r é g i m e t r a n s i t i f q u e I'on retrouve sur le terrain requiert que 1'équation ( 3 ) soit dérivée afin de refléter l e l i e n é t r o i t q u i existe entre I'eau et

l e s o l u t é e n f o n c t i o n d e l a p r o f o n d e u r e t d u t e m p s . L ' é q u a t i o n ( 3 ) d e v i e n t d o n c , s e l o n W a g e n e t ( 1 9 8 5 ) :

ô ( o c ) ô -

ô c

- t

ô ( p s )

- = -

l O D ( O , q ) - - c C l

- 0 ( x , t )

ô t ô x t - ô x J ô t ( 4 ) o u : 0 p q 0 ( x , t ) = c o n t e n u v b l u m é t r i q u e s o l - e a u ( c m 3 / c m 3 ) d e n s i t é d u s o l ( g / m t ) r e c h a r g e d e I ' e a u ( m / 8 6 4 0 0 s )

De cette manière, D dépend maintenant de O et de q. La dégradation du pes-t i c i d e e s t é g a l e m e n t d é p e n d a n t e d e x e t d e t .

L t é q u a t i o n ( 4 ) , l o r s q u e r é s o l u e p a r d e s m é t h o d e s n u m é r i q u e s , f o r m e l e c o e u r d e s m o d è l e s u t i l i s é s p o u r décrire 1e transport des pesticides d a n s I a z o n e i n s a t u r é e d u s o l . E l l e r e q u i e r t l a c o n n a i s s a n c e d u c o n t e n u e n e a u d u s o l ainsi que 1es changements de flux d'eau en fonction du temps et de la p r o f o n d e u r . E n d t a u t r e s m o t s , i l f a u t a v o i r d e s i n f o r m a t i o n s c o m p l è t e s c o n

2 5 -c e r n a n t l a m é t é o r o l o g i e d e l a r é g i o n é t u d i é e e n t e r m e s d e p r é -c i p i t a t i o n s s o l i d e s ( n e i g e ) e t l i q u i d e s ( p l u i e s ) a i n s i q u e d e s t e m p é r a t u r e s j o u r n a -l i è r e s . D e p 1 u s , i l f a u t a v o i r d e s j . n f o r m a t i o n s c o n c e r n a n t l e s c a r a c t é r i s -t i q u e s d u s o 1 e n f o n c -t i o n d e l a p r o f o n d e u r . 0 n r e t r o u v e d e f a ç o n g é n é r a l e c e g e n r e d ' i n f o r m a t i o n s d a n s l e s r a p p o r t s p é d o l o g i q u e s e t h y d r o g é o l o g i q u e s . 2 . L . I L a s o r p t i o n L ' i n t e r a c t i o n d u p e s t i c i d e e t d e s e s r é s i d u s a v e c l e s p a r t i c u l e s d u s o l o u encore avec la matière organique contenue dans le sol est appelée sorption. Cette interaction a pour effet de retarder le mouvement du pesticide à tra-v e r s 1 e s h o r i z o n s d e 1 a z o n e i n s a t u r é e . D e f a ç o n p a r t i c u l i è r e , c e l l e - c i e s t

intimement liée au contenu en matières organiques dans 1e sol (Karickhoff, 1 9 7 9 ) . L a s o r p t i o n r é f è r e à l ' e n s e m b l e d e s p h é n o m è n e s d ' a d s o r p t i o n e t d e d é s o r p t i o n .

L ' a d s o r p t i o n d é f i n i t 1 a p r o p r i é t é d e c e r t a i n s m a t é r j . a u x d e f i x e r à l e u r s u r -face des molécules extraites de 1a phase liquide ou gazeuse dans laquelle i l s s o n t i m m e r g é s . 1 1 s ' a g i t d o n c d ' u n t r a n s f e r t d e m a s s e d e I a p h a s e l i q u i d e o u g a z e u s e v e r s l a s u r f a c e s o l i d e à l a q u e l l e l e c o m p o s é o r g a n i q u e a tendance à se lier avec une énergie de liaison qui 1ui est propre.

1 1 e s t g é n é r a l e m e n t a d m i s q u e l a p e r s i s t a n c e d e l r a c t i v i t é b i o l o g i q u e d t u n pesticide est largement dépendante de Ia réversibilité du phénomène de 1 ' a d s o r p t i o n , p u i s q u e le pesticide d é s o r b é e s t d i s p o n i b l e d a n s 1 e m i l i e u a q u e u x p o u r a g i r s u r 1 e s o r g a n i s m e s - c i b l e s ( L a f r a n c e , 1988a). L a r é t e n t i o n s u r l e s s o l s d e c e r t a i n s p e s t i c i d e s t r è s s o l u b l e s e t f a i b l e m e n t a d s o r b é s ,

t e l I ' a l d i c a r b e , p e u t e n g é n é r a 1 ê t r e d é c r i t e p a r u n e a d s o r p t i o n i n s t a n t a n é e " 1 i n é a i r e " , _{p o u r laquel1e on considère une cinétique d e d é s o r p t i o n t r è s}

r a p i d e . D t a u t r e s p e s t i c i d e s p l u s f o r t e m e n t a d s o r b é s , t e 1 7 ' a t r a z i n e , p e u v e n t former des résidus 1 i é s a v e c 1 a m a t i è r e o r g a n i q u e d u s o 1 , e t p r é s e n t e n t u n e cinétique de désorption 1ente. L a v i t e s s e d e d é s o r p t i o n d ' u n p e s t i c i d e d é p e n d a i n s i , n o t a m m e n t , d u t y p e d e l i a i s o n p e s t i c i d e / m a t r i c e d u

s o l , d e l a v a r i a b i l i t é d e s c o n d i t i o n s p h y s i c o - c h i m i q u e s d u m i l i e u , e t d e l a v a r i a t i o n d e c o n c e n t r a t i o n e n p e s t i c i d e d a n s l a p h a s e l i q u i d e . D a n s c e d e r n j - e r c a s ! I ' a s s i m i l a t i o n d e p e s t i c i d e d i s s o u s p a r l e s p l a n t e s e t l a dégradation de ce pesticide peuvent favoriser la désorption. Le phênomène d e d é s o r p t i o n l e n t e , d o n t o n r e c o n n a i . t d e p l u s e n p l u s l t i m p o r t a n c e , p o u r r a a j - n s i , d a n s u n e c e r t a i n e m e s u r e , c o n d i t i o n n e r à l a f o i s l e d e s t i n d t u n p e s t i c i d e dans le milieu souterrain (mobilité, t r a n s p o r t a t i o n , a s s i m i l a t i o n ,

e t c . ) e t I ' a c t i v i t é b i o l o g i q u e d e c e c o m p o s é . C o m m e t o u s 1 e s a u t r e s p r o b l è m e s d e t r a n f e r t d e m a s s e , I a c a p a c i t é d t a d s o r p t i o n d ' u n a d s o r b a n t v i s - à - v i s d ' u n c o r p s d é t e r m i n é d é p e n d : d u t y p e d e c o l l o i d e ; d e 1 a n a t u r e d u c a t i o n s a t u r a n t l e m i n é r a l a r g i l e u x ; d e l a c o n c e n t r a t i o n s a l i v e d e 1 a s o l u t i o n ; d e 1 a s u r f a c e d é v e l o p p é e d u m a t é r i a u . P l u s c e l l e - c i e s t g r a n d e , m e i l l e u r e e s t l - a c a p a c i t é d ' a d s o r p t i o n d u m a t é r i a u e n q u e s t i o n ; d e s c a r a c t é r i s t i q u e s h y d r o d y n a m i q u e s d e 1 ' é c h a n g e d e 1 a v i t e s s e r e l a -tive des deux phases et tout particulièrement du temps de contact des p h a s e s solide et liquide;

2 7

-d e 1 ' é n e r g i e -d e l i a i s o n , c ' e s t - à - d i r e d e I ' a f f i n i t é d e \ a s u r f a c e pour la substance organique en question, donc de 1a nature des pro-d u i t s à a pro-d s o r b e r : c e t t e a f f i n i t é e s t s o u v e n t f o n c t i - o n d u p H ; d a n s 1 a p l u p a r t des cas, un pH acide facilite l r a d s o r p t i o n d u p e s t i c i d e s u r

l a s u r f a c e s o l i d e d e s p a r t i c u l e s d u s o l .

P r é c i s o n s q u e l e s m é c a n i s m e s d e l i a i s o n s o n t f o r t c o m p l e x e s e t e n c o r e m a l a n a l y s é s à 1 ' h e u r e a c t u e l l e , l e s f o r c e s m i s e s e n j e u r é s u l t a n t d e phénomènes purement physiques (attraction de type Van Der Waals) aux-q u e l s s'ajoutent d e s l i a i s o n s p r o p r e m e n t c h i m i q u e s ( d ' o ù f i m p o r t a n c e d e s g r o u p e m e n t s c h i m i q u e s à 1 a s u r f a c e d e l t a d s o r b a n t ) . C e c i e x p l i -q u e -q u t a u c u n e 1oi satisfaisante n e p e r m e t d e p r é v o i r a p r i o r i l e s a f f i n i t é s r e l a t i v e s d ' u n m a t é r i a u e t d ' u n e s u b s t a n c e ( D e g r é m o n t , 1 e 7 8 ) . d e 1 a c o n c e n t r a t i o n d e \ a s u b s t a n c e o r g a n i q u e e n s o l u t i o n : à I a l i m i t e , l o r s q u e 1 e s r é a c t i o n s d ' a d s o r p t i o n e t d e d é s o r p t i o n s o n t i n s t a n t a n é e s , u n é q u i l i b r e e x i s t e e n t r e l a c o n c e n t r a t i o n d e p e s t i c i d e e n p h a s e s o l u b l e ( C ) e t 1 a c o n c e n t r a t i o n d e p e s t i c i d e e n p h a s e a d s o r -b é e ( S ) ( R a o e t J e s s u p , 1 9 8 2 ) . C e t t e r e l a t i o n e n t r e C e t S e s t s p é -c i f i é e p a r les différents i s o t h e r m e s d o n t l e p l u s i m p o r t a n t e s t l e s u i v a n t : S = K n C o ù K O = c o e f f i c i e n t d e d i s t r i b u t i o n d u p e s t i c i d e ( r t / g )

( s )

L ' é q u a t i o n ( 5 ) est souvent employée dans les équations (3) et (4). L a c o n -n a i s s a -n c e d e l a v a l e u r d e K O d o -n -n e l r e s t i -n a t i o -n d e 1 a f a c i l i t é d u p e s t i c i d e

à ê t r e r e t a r d é à t r a v e r s l e p r o f i l d t u n s o 1 caractéristiques de sorption du sol étudié p r o p r e s au pesticide 1ui-mêne,

donné. Ceci ainsi que des

tient compte des caractêristiques

S o u v e n t l e s v a l e u r s d e K O n e s o n t p a s d i s p o n i b l e s . d é v e l o p p e m e n t d e m é t h o d e s d ' e s t i m a t i o n d e l a v a l e u r i n f o r m a t i o n s p l u s f a c i l e s à o b t e n i r .

Ceci a donné lieu au de K^ basées sur des

l)

L a s o l u b i l i t é d u p e s t i c i d e p e u t ê t r e d e d i s t r i b u t i o n ( K O ) de ce pesticide e t a l . , L 9 7 9 ) :

u t i l i s é e p o u r 1e calcul du coefficient selon 1a relation suivante (Karickhoff

1 o S K O , = 3 . 6 4 - ( 0 , 5 5 : t l o g S O L ) ( 6 )

o u :

Koc =

SOL =

coefficient de distribution du carbone organique s o l u b i l i t é d u p e s t i c i d e ( m g / l )

"Not.:

Les fonctions de régression liant la valeur de Knn à la solubilité du pesticide (ou son coefficient de partition o"cianol/eau) ont été établies à partir de La constatation que les composés hydrophobes étaient, de façon généra1e bien davantage retenus sur le carbone organique des sols que sur sa fraction inorganique (Lafrance, 1988b). Plusieurs auteurs ont constaté que la quantité de pesticide adsorbé sur les différentes fractions granulométriques dtun même sédiment 6tait directement liée au contenu. en carbone organique de ces diffé-rentes fractions (Rao et Davi.son, 1982).

L a r e l a t i o n u n i s s a n t 1 e K O d o n t o n a b e s o i n e t K O , e s t l a s u i v a n t e :

Koc

o D = -o ù f = f r a c t i -o n d é c i m a l e d u c o n t e n u e n m a t i è r e s o r g a n i q u e s d a n s 1 e s o l 2 9 -C o m m e o n p e u t l e c o n s t a t e r , l e c o e f f i c i e n t 1ié au contenu en matières organiques dans

distribution KO est intimement

s o l . ( 7 ) de 1 e 2 . I . 2 D é g r a d a t i o n L a d é g r a d a t i o n r é f è r e à 1 a p e r t e d e p e s t i c i d e d u e a u x p r o c e s s u s d e t r a n s f o r -m a t i o n -m i c r o b i o l o g i q u e e t c h i -m i q u e ( l { a g e n e t , 1 9 3 5 ) . L e s s c i e n t i f i q u e s n ' o n t pas expérimenté comment 1'aldicarbe se dégrade sous des conditions de t e r r a i n ( J a c k s o n et a1. , 1983) . Toutefoi-s, on pense que certaj.nes bactéries et champignons microscopiques sont responsables de La majeure partie du travail de dégradation. Ces microorganismes sont abondants surtout dans les premiers horizons du so1 correspondant à la zorLe de racines des plantes, p a r t i c u l i è r e m e n t d a n s l e s s o l s à t e m p é r a t u r e d o u c e e t h u m i d e , d a n s l e s s o l s

b i e n a é r é s e t r i c h e s e n m a t i è r e s o r g a n l q u e s .

C e p e n d a n t , a u - d e l à d e I a z o n e d e r a c i n e s , I ' a c t i v i t é m i c r o b i o l o g i q u e e s t d i m i n u é e c o n s i d é r a b l e m e n t , i l e n r é s u l t e q u e l a d é g r a d a t i o n s ' a c c o m p l i t à u n taux beaucoup moins important dans les horizons inférieurs à 7a zone vadose ainsi que dans Ia zone saturée. Cette dégradation est tellement lente dans

c e r t a i n s s o l s e t d a n s d a n t p l u s i e u r s a n n é e s

1 e 8 s ) .

I t e a u . s o u t e r r a i n e q u e a p r è s I ' a p p l i c a t i o n l t a l d i c a r b e p e u t ( J a c k s o n e t a l . , p e r s i s t e r p e n -1 9 8 3 ; J o n e s , U n c e r t a i n n o m b r e d ' é t u d e s e x p é r i m e n t a l e s o n t chimique et microbiologique peut-ôtre décrite de équations cj-nétiques de premier ordre (Wagenet,

démontré que la dégradation façon approximative par des

1 9 8 s ) .

= - K C

o ù ô e t C s o n t d é f i n i s à l ' é q u a t i o n ( 3 ) et K = constante de premier ordre de t a u x d e d é g r a d a t i o n ( 1 / T ) . l ' é q u a t i o n ( 7 ) p e u r ê t r e i n t é g r é e d e C s ( t = 0 ) à C ( t = t t ) e t r e f o r m u l é e e n t e r m e s d e t e m p s ( t ) p o u r d o n n e r 1 a d e m i e - v j - e ( t o 5), soit le temps nécessaire pour que C égale Co/2.

Jones (1985) a compilé des données concernant le taux de dégradation de l r a l d i c a r b e p o u r 1es zones insatureé et saturée dans 13 différents é t a t s américains. I1 y indique que pour Ia zone insaturée du sol, la demie-vj-e v a r i e e n t r e 2 s e m a i n e s e t 3 m o i s . A l o r s q u e p o u r I a z o n e s a t u r é e , l a d e m i e -vie varie de quelques jours dans le cas de 1a Floride à quelques années dans

1 e c a s d e L o n g I s l a n d , N e w - Y o r k .

C e s d o n n é e s s o n t é g a l e m e n t s o u t e n u e s p a r D i e r b e r g e t G i v e n ( 1 9 8 6 ) q u i a j o u t e n t q u e les raisons, expliquant un taux de dégradation de 1'aldicarbe p l u s é l e v é en Floride qutà Long Island, sont dues à des températures et un p H du so1 plus favoables. S e l o n c e s a u t e u r s , 1 e p H n e u t r e à l é g è r e m e n t ( 8 )

- d c ! P =

3 1

-a l c -a l i n d e s e a u x s o u t e r r a i n e s d e l a c ô t e e s t d e l a F l o r i d e f a v o r i s e 1 ' h y d r o -l y s e d e s r é s i d u s d ' a -l d i c a r b e a l o r s q u e l e p H a c i d e ( 4 . 2 à 5 . 9 ) d e s e a u x s o u t e r r a i n e s d e L o n g I s l a n d i n h i b e 1 ' h y d r o l y s e .

2 . L 3 C a p t a g e p a r l e s p l a n t e s

L a r é t e n t i o n o u l e c a p t a g e d u p e s t i c i d e p a r les plantes n'a pratiquement j a m a i s étê considéré dans Ia plupart d e s m o d è l e s c o n s t r u i t s à c e j o u r

( W a g e n e t , 1985). C e c i é t a n t d û à u n m a n q u e d ' i n f o r m a t i o n s e x p é r i m e n t a l e s

concernant ce phénomène ainsi que 1a présomption de la part des concepteurs d e m o d è l e s q u e l a m a s s e d e p e s t i c i d e a b s o r b é e p a r l a p l a n t e e s t t r è s f a i b l e c o m p a r é e à l a m a s s e d e p e s t i c i d e c o n t e n u e d a n s l e s y s t è m e s o l - e a u . 0 r , i l a p p a x a i t q u e lrextraction d e 1 ' e a u p a r l a p l a n t e a f f e c t e c o n s i d é r a b l e m e n t l e f l u x d ' e a u , d u m o i n s d a n s l e s p r e m i e r s h o r i z o n s d u s o l c o r r e s p o n d a n t à l a z o n e d e r a c i n e s , e t p a r l e f a i t m ô m e in f l u e n c e d i r e c t e m e n t l e d é p l a c e m e n t d u p e s t i c i d e l u i - m ê m e ( C a r s e l e t a L . , 1984) . D a n s l e s m o d è l e s t e n a n t c o m p t e d u c a p t a g e d u p e s t i c i d e p a r 1 e s p l a n t e s , o n a s s u m e g é n é r a l e m e n t q u e c e l u i - c i e s t d i r e c t e m e n t r e l i é a u t a u x d e t r a n s p i r a -t j - o n d e I a p l a n -t e . S i l e p e s t i c i d e e s t t r a n s p o r t é p a s s i v e m e n t p a r 1 ' e a u t r a n s p i r é e p a r 1a plante, a l o r s l e c a p t a g e e s t d o n n é p a r 1 t é q u a t i o n s u i -v a n t e :

ôc

- = f

ô r

c

û) 0 e A A x

( e )

f = la fraction d e l ' e a u t o t a l e d e I a z o î e c o n s i d é r é e e t u t i l i s é e p o u r 1 ' é v a p o t r a n s p i r a t i o n ( c m - t j o r r r - t ;

C - . = c o n c e n t r a t i o n _(^) d i s s o u t e d u p e s t i c i d e d e \ a z o n e c o n s i d é r é e ( g c m - 3 ) 0 = contenu en eau de la zone considérée ( c m 3 c m - 3 )

A = surface de la zone considérée (cmt) Ax = profondeur de 1a zone considérée (cm)

CHAPITRE 3: I,ES MODÈIES DE TRANSPORT DES PESTICIDES DANS LA ZONE VADOSE 3 . 1 I n t r o d u c t i o n A c t u e l l e m e n t , p l u s i e u r s g e s t i o n n a i r e s s o n t c o n f r o n t é s à d e s p r o b l è m e s p o t e n -t i e l l e m e n -t i m p o r t a n t s d e c o n t a m i n a t i o n p a r l e s p e s t i c i d e s . C o m p t e t e n u d e I a s i t u a t i o n p r é s e n t e , i l s d o i v e n t s ' a s s u r e r d ' u n e p a r t , d e n e p a s p r i v e r i n u t j . l e m e n t l e s a g r i c u l t e u r s d e c e r t a i n s p e s t i c i d e s t r è s i m p o r t a n t s p o u r 1 a p r o t e c t i - o n de leurs récoltes et d'autre part, ils doivent constamment con-t r ô l e r I ' u t i - l i s a t i o n d e s p e s t i c i d e s d e q u e l q u e n a t u r e q u ' i 1 s s o i - e n t d e m a n i - è r e à p r o t é g e r c e s m ê m e s p r o d u c t e u r s d e s d a n g e r s e n c o u r u s p a r 1'emploi d e c e s p r o d u i t s .

C e t t e t â c h e e s t s i n g u l i è r e m e n t a r d u e étant donné 1a diversité d e s p e s t i c i d e s u t i l i s é s a i n s i q u e d e 1 a g r a n d e q u a n t i t é d e v a r i a b l e s q u i e n t r e n t e n l i g n e d e c o m p t e p o u r 1 ' é v a l u a t i o n d ' u n e s i t u a t i o n d o n n é e .

Dans ce contexte, plusieurs modèles mathénatiques ont 6tê conçus par les chercheurs pour venir en aide aux gestionnaires dans leur prise de décision c o n c e r n a n t 1 e s p e s t i c i d e s .

D a n s 1 e s p a g e s q u i s u i v e n t , n o u s t e n t o n s d e c a r a c t é r i s e r l e s d i f f é r e n t s types de modè1es de simulation du transport de pesticides dans la zorre vadose du sol afin de faire un meilleur choix d'un modèle que nous pourrons u t i l i s e r e n s u i t e p o u r u n e r é g i o n q u é b é c o i s e .

3 , 2 L e s m o d è l e s d e c o n t a m i n a t i o n A d d i s c o t t e t W a g e n e t ( 1 9 3 5 ) e t W a g e n e t ( 1 9 8 5 ) o n t p r o p o s é d ' j , n t é r e s s a n t e s é t u d e s s u r 1 a c l a s s i f i c a t i o n d e s m o d è l e s d e t r a n s p o r t d e p e s t i c i d e s d a n s 1 a z o r l e v a d o s e d u sol. S e l o n c e s a u t e u r s , i 1 y a d e u x c r i t è r e s m a j e u r s q u i p e u v e n t être u t i l i s é s p o u r classifier 1 e s m o d è 1 e s . L e p r e m i e r d e c e s c r i t è r e s r é f è r e à l a m a n i è r e d o n t 1 e s p r o c e s s u s d e b a s e d u m o d è l e s o n t c o n s i d é r é s , à s a v o i r s ' i 1 s s o n t d é t e r m i n i s t e s o u s t o c h a s t i q u e s . L a p l u p a r t d e s m o d è 1 e s q u e 1 ' o n r e t r o u v e a c t u e l l e m e n t d a n s 1 a l i t t é r a t u r e s c i e n t i f i q u e s o n t d é t e r m i n i s t e s . C e q u i v e u t d i r e q u t u n e n s e m b l e d e d o n n é e s d é f i n i s s a n t l e p l u s f i d è l e m e n t p o s s i b l e 1 e s y s t è m e s o l - e a u - p e s t i c i d e n e g é n è r e q u ' u n e s e u l e e t u n i q u e r é p o n s e . D e t e l s m o d è l e s n e s i m r i l e n t l a r é p o n s e d u s y s t è m e q u t à p a r t i r d t u n e s e u l e s é r i e d e c o n d i t i o n s q u e lton assume au départ. L a p r é c i s i o n d e 1 a r é p o n s e donnée dépendra en grande partie de la nature et de 1'étendue de la variabi-l i t é d e s p r o c e s s u s p h y s i q u e s , c h i m i q u e s e t b i o l o g i q u e s à I ' i n t é r i e u r d u s y s -t è m e l u i - m ê m e . L e s i n c e r t i t u d e s i n h é r e n t e s à 1 ' e s t i m a t i o n d u t a u x o u d e 1 ' a m p l i t u d e d e s p r o c e s s u s s u r l e t e r r a i n s o n t c o m p l è t e m e n t i g n o r é e s d a n s d e t e l l e s f o r m u l a t i o n s .

L ' a p p r o c h e s t o c h a s t i q u e , q u a n t à elle, tient compte des incertitudes d u s y s -t è m e . L e s p r o c e s s u s d u s y s t è m e s o n t c a r a c t é r i s é s e n t e r m e s s t a t i s t i - q u e s . L e s p r é d i c t i o n s n e s o n t d o n c p a s f a i t e s e n f o n c t i o n d ' u n e p o s i t i o n p a r t i c u

-l i è r e e n d e u x d i m e n s i o n s d a n s l e s o l , m a i s b i e n e n t e r m e s d e v o l u m e s e t d e s u r f a c e s . I 1 n ' y a q u e t r è s p e u d e m o d è l e s s t o c h a s t i q u e s q u i o n t é t é é l a b o