Modélisation du transfert de pesticides à l'échelle de la parcelle. Application au bassin-versant de la Morcille (Nord Beaujolais, 69) et analyse de sensibilité du modèle

Texte intégral

(1)Modélisation du transfert de pesticides à l’échelle de la parcelle. Application au bassin-versant de la Morcille (Nord Beaujolais, 69) et analyse de sensibilité du modèle C. Durand. To cite this version: C. Durand. Modélisation du transfert de pesticides à l’échelle de la parcelle. Application au bassin-versant de la Morcille (Nord Beaujolais, 69) et analyse de sensibilité du modèle. Sciences de l’environnement. 2014. �hal-02600045�. HAL Id: hal-02600045 https://hal.inrae.fr/hal-02600045 Submitted on 16 May 2020. HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés..

(2) Travail de fin d’étude (TFE) Du 13/01/2014 au 27/06/2014. Modélisation du transfert de pesticides à l'échelle de la parcelle. Application au bassinversant de la Morcille (Nord Beaujolais, 69) et analyse de sensibilité du modèle.. (Photo du bassin de la Morcille. Photo : Liger). Effectué par : Côme Durand Maître de stage : Nadia Carluer. 1.

(3) 2.

(4) Remerciements. Je remercie avant tout tous les membres de Irstea, qui m’ont permis de passer un stage très agréable durant ces 6 mois. Merci pour leur accueil et leur aide.. Je tiens particulièrement à remercier pour ce stage : -. Ma maitre de stage, Nadia Carluer, qui m’a beaucoup aidé tout au long du projet, et pour sa gentillesse pendant toute la durée du stage.. -. Romain Dairon, pour m’avoir fourni beaucoup de documentations sur le logiciel Macro et CeMaFor, et pour m’avoir aidé à comprendre les mécanismes physiques des simulations.. -. L’équipe « Pollution Diffuse », permanent et stagiaires, qui m’ont permis de passer beaucoup de moments très sympathiques. Merci à Claire LAUVERNET, Véronique GOUY, Guy Le Hénaff, Xavier Perrard, Guilhem Molla, Clotaire Catalogne…. -. Merci à ma « cobureau », Lucie Liger, pour les conseils et les nombreuses données de terrain fournies. Et également pour ses dons de produits frais ramenés occasionnellement du marché !. -. Mr Etienne Leblois, pour sa méthode d’évaluation de l’évapotranspiration qui m’a beaucoup aidée.. 3.

(5) Résumé Modélisation du transfert de pesticides à l'échelle de la parcelle. Application au bassinversant de la Morcille (Nord Beaujolais, 69). Agrégation des résultats à l'échelle d'un bassin versant. Le bassin de la Morcille est fortement impacté par les pratiques phytosanitaires liées à l’agriculture viticole, qui y est très développée (70% de la surface du bassin est composée de vignes.). La DCE impose, d’ici à 2015, un « bon état » chimique et écologique des masses d’eau. Il convient donc d’identifier les sources de pollution des masses d’eau et de mettre en place des actions correctives pour atteindre ce bon état. Dans le cadre d’un appel d’offre du ministère de l’environnement, l’équipe « pollution diffuse » de Irstea Lyon Villeurbannes a proposé le projet Miriphyque, qui vise à la mise en place d’une méthode d’évaluation du potentiel de contamination des eaux de surface par les produits phytosanitaires à l’échelle du petit bassin versant. Ce modèle doit inclure les dimensions spatiale et temporelle, sans avoir la complexité d’un modèle complet. Le stage a porté sur ce projet, et plus précisément sur la mise au point de cet outil sur le petit bassin versant expérimental de la Morcille, où l’on dispose de données depuis plusieurs années. Plus particulièrement, le stage a consisté au rassemblement des données et à leur mise en forme puis à la modélisation à l’échelle de parcelles type d’un hectare. Une analyse de sensibilité sur ses différentes simulations a été effectuée dans un premier temps pour tester la cohérence d’utilisation du modèle Macro avec le sol de la Morcille. Cette analyse a également permis d’évaluer l’influence de paramètres clés de la simulation et de la précision avec laquelle ils sont connus (caractéristiques hydrodynamiques des sols, caractéristiques des produits phytosanitaires, dates d’application des produits.). Une réflexion sur la modélisation à l‘échelle du bassin versant afin de pouvoir élaborer un indicateur de description du risque de contamination a été engagée, et de premiers développements amorcés, sans toutefois pouvoir finaliser cette partie.. 4.

(6) Abstract Modeling pesticides transfers on a plot scale. Aplication to the catchment area of Morcille (Nord Beaujolais, 69). Gathering results on a catchment area scale. Morcille catchment area is strongly affected by phytosanitary aplications related to vine farming which is well-developed on it (70% of the catchment area is composed of vines). Cause of WFD (European Water Framework Directive), by 2015, bodies of water need to be in “good state” chemically and environmentaly. We have to identify pollution origins and set up corrective actions to reach this « good state ». The « agricultural pollution » team of Irstea Lyon Villeurbannes, responded to the ministry of the environment's call, Miriphyque project, requesting for the set up of an evaluation method of contamination of surface water on catchment area scale. This model must include a spatial and temporal dimension, without being as complex as a complete model. My internship was in direct relation with this project, and focused on the set up of this tool on the Morcille catchment area, where many data have been acquired for several years. In a specific way, the internship was to gather data, process them to model plots of one hectare. A sensitivity analysis has been done on those simulations to know the reliability of using such a model on the Morcille’s field. This analysis allow us to test the influence of key parameters (hydrodynamic characteristics, phynosanitary products characteristics, application day of those products) on simulation results and therefore initialize lines of research for end goal: creating an indicator to describe risks of contamination.. 5.

(7) Table des matières Tableaux ........................................................................................ 8 Introduction. .................................................................................. 9 Contexte d’étude et objectif du stage. .......................................... 10 Organigramme du rapport ............................................................ 12 I) Bassin versant de la Morcille. .................................................. 13 1). Informations générales sur le bassin......................................................................................... 13. 2). Nature des substrats et du sol :................................................................................................. 13. 3). Activités anthropiques............................................................................................................... 14. II) Etat de l’art. ............................................................................ 15 1). Produits phytosanitaires. .......................................................................................................... 15. 2). Etude des travaux déjà réalisées sur le bassin. ......................................................................... 18. III) Simulation MACRO/CEMAFOR. ............................................... 19 1). Modèle MACRO. ........................................................................................................................ 19. 2). Présentation du logiciel CEMAFOR........................................................................................... 22. 3) Elaboration des différents jeux de paramètres d’entrée pour la simulation à l’échelle de la parcelle. ............................................................................................................................................. 23 4). Analyse des comportements physiques de l’eau et des solutés. .............................................. 31. 5). Tests de sensibilités sur les différents jeux de paramètres Hydrodynamiques. ...................... 40. 6). Tests de sensibilités sur les caractéristiques phytosanitaires des produits. ............................. 45. 7) Analyse de l’influence des caractéristiques des phytosanitaires aux résultats de sortie de Macro. ............................................................................................................................................... 49 8) Conclusion sur la modélisation à l’échelle de parcelle, sur les processus physiques et sur les tests de sensibilités. .......................................................................................................................... 57 9). Suite et perspectives du projet. ................................................................................................ 58. Conclusion et perspectives ........................................................... 59. 6.

(8) Table des illustrations Figure 1 : Localisation du bassin versant de la Morcille. ....................................................................... 13 Figure 2 : Schéma de devenir des pesticides après application sur une parcelle. ................................ 17 Figure 3 : Schéma de fonctionnement simplifié du logiciel CeMaFor. ................................................. 22 Figure 4 : Dates d'applications des fongicides et cumul des pluies journalières durant la période d'application (données issues des données terrains et des calendriers culturaux sur l’année 2006). . 27 Figure 5 : Simulation Macro. Teneur en eau micropores/macropores. (2009, UTS 1, pente 7 %, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). .................................................................................... 31 Figure 6 : Simulation Macro. Ruissellement et écoulement en subsurface (2009, UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). .................................................................................... 32 Figure 7 : Simulation Macro. Bilan en eau (juin-juillet 2009, application de diuron, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). ............................................................................................................... 32 Figure 8 : Simulation Macro. Flux d'eau macropores => micropores (2009, UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées) ..................................................................................... 33 Figure 9 : Simulation Macro. Flux d'eau en surface, macropores et micropores (2009, UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). ............................................................................. 34 Figure 10 : Simulation Macro. Flux d'eau macropores et teneur en eau macropores et micropores. (2009, UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). ............................................. 34 Figure 11 : Simulation Macro. Teneurs en eau dans les macropores. (2009, UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). .................................................................................... 35 Figure 12 : Simulation Macro. Flux de diuron dans les micropores 2009 (UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées) ..................................................................................... 36 Figure 13 : Simulation Macro. Stock de diuron 2009 (UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). ............................................................................................................... 36 Figure 14 : simulation Macro. Analyse flux soluté en écoulement de subsurface 2009 (UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées) .............................................................................. 37 Figure 15 : Simulation Macro. Exportations de diuron cumulées par écoulement de subsurface 2009 (UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées)........................................................ 38 Figure 16 : Simulation Macro. Ecoulement de subsurface des différentes couches vers le drain en hiver 2009 (UTS 1, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées)...................................... 38 Figure 17 : Simulation Macro. Comparaison d’es exportations de diuron sur l’année 2009 (UTS 1, pente 7 %, caractéristiques hydrodynamiques mesurées) ................................................................... 39 Figure 18 : Simulation Macro. Lames d'eau cumulées (2010) suivant la pente. (caractéristiques hydrodynamiques mesurées) ................................................................................................................ 43 Figure 19 : Simulation Macro. Pourcentage d'exportation du tébuconazole en fonction de la pente. (2010, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). ......................................................................... 44 Figure 20 : Simulation Macro. Comparaison des différents ruissellements de pesticides 2006. (pente 7%, UTS 3, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). .................................................................. 49 Figure 21 : Simulation Macro. Comparaison des différents ruissellements de pesticides 2008. (pente 7%, UTS 3, caractéristiques hydrodynamiques mesurées). .................................................................. 50 Figure 22 : exportations de soluté en écoulement de subsurface (2008, pente 7%, horizon enherbé). ............................................................................................................................................................... 51 7.

(9) Figure 23 : Simulation Macro. Comparaison des exportations de soluté en écoulement de subsurface en fonction des UTS par molécule (2008, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées).. 52 Figure 24 : Simulation Macro. Comparaisons des exportations de soluté en écoulement de subsurface en fonction des UTS par molécule (2006, pente 7%, caractéristiques hydrodynamiques mesurées).. 52. Tableaux Tableau 1 : Paramètres hydrodynamiques de l'UTS 1 issus des mesures. ........................................... 24 Tableau 2 : Paramètres hydrodynamiques de l'UTS 3 issus des mesures. ........................................... 25 Tableau 3 : données climatiques disponibles sur la Morcille. .............................................................. 28 Tableau 4 : Ecart à la moyenne des précipitations (2002 à 2012) sur le bassin de la Morcille. ........... 30 Tableau 5 : Bilan en eau des simulations Cemafor (2009, pente 7%, UTS 1)........................................ 40 Tableau 6 : Répartition du bilan en eau (2009, UTS 1, pente 7%) ........................................................ 41 Tableau 7 : Répartition des masses de diuron (UTS 1, pente 7%, année 2007) .................................. 47 Tableau 8 : Valeurs de DT 50 des molécules modélisée. ...................................................................... 45 Tableau 9 : Comparaison des valeurs de Kd (terrrain) et Koc (PPDB)................................................... 46 Tableau 10 : Exportation en subsurface de solutés remarquables....................................................... 53. 8.

(10) Introduction. Le marché mondial des pesticides représente 40 milliards de dollars par an depuis les années 2000, et se stabilise. La consommation mondiale est passée de 0,5 kg/ha en 1961 à 2kg/ha en 2004. En France, 35 % du territoire est traité à l’aide de pesticides. En 2000, l’Europe a adopté la directive cadre sur l’eau (DCE) qui vise, pour 2015, à atteindre le bon état des masses d’eau en Europe. En 2007, le Grenelle de l’environnement prévoit une réduction de l’utilisation de pesticides de 50% d’ici à 2018 si possible. Plusieurs démarches ont été entreprises afin de caractériser le risque de contamination par les produits phytosanitaires. Les deux principaux types de méthodes utilisés sont les indicateurs et les modèles. Les indicateurs sont rapides à mettre en œuvre, mais présentent des lacunes importantes, comme par exemple la non prise en compte des critères spatio-temporels. Les modèles représentent la réalité de manière plus complexe mais nécessitent de nombreuses données d’entrée, parfois difficiles à obtenir ou à évaluer. Ces modèles sont souvent adaptés à la taille de la parcelle, mais rarement à celle du bassin versant. Cette échelle est pourtant la plus adaptée pour l’évaluation des risques ou la définition de plan d’action. Organisé en plusieurs équipes de recherche, Irstea appuie les ministères en charge de l’agriculture, de l’environnement et de la recherche dans leurs analyses et diagnostics des milieux aquatiques. Dans ce contexte l’équipe Pollutions Diffuses cherche ainsi à mettre au point des méthodes et outils permettant de quantifier le risque de contamination des eaux de surface et de développer en parallèle des solutions correctives à l’échelle des petits bassins versants ou des aires d’alimentation de captage. Afin de progresser dans la compréhension des processus en jeu dans le devenir des pesticides dans l’environnement, l’équipe a instrumenté depuis 1986, le bassin versant, de la Morcille, situé dans le Rhône. L’équipe travaille également sur les données acquises par ARVALIS-Institut du Végétal sur le bassin de, la Fontaine du Theil, situé en Ille-et-Vilaine. Le projet Miriphyque1 , cherche à développer une méthode d’évaluation du risque de contamination par les pesticides à l’échelle du bassin versant par une approche mixte, combinant modélisation du devenir des pesticides à l’échelle de la parcelle et agrégation à l’échelle du bassin versant pour aboutir à un descripteur du risque de contamination. Il s’appuie sur les deux bassins de la Morcille et de la Fontaine du Theil. Mon stage s’insère dans ce cadre, et porte plus particulièrement sur le bassin de la Morcille.. 1. Acronyme de Mise au point de descripteurs du risque de contamination des eaux de surface par les phytosanitaires à l’échelle du bassin versant. Prise en compte des dimensions spatiales et temporelles. Appui à l’évaluation et à la gestion du risque.), proposé dans le cadre du programme « Evaluation et réduction des risques liés à l’utilisation des pesticides » du Ministère en charge de l’Environnement.. 9.

(11) Contexte d’étude et objectif du stage. Présentation de la structure d’accueil. Irstea (institut national de recherche en science et technologie pour l’environnement et l’agriculture) est un organisme de recherche qui travaille avec tous types de secteurs : Secteurs publics (agence de l’eau, collectivités territoriales), privés (bureaux d’étude) et bien sûr secteurs de la recherche. Le groupement de Lyon-Villeurbanne, spécialisé dans les milieux aquatiques et l’hydrologie, comporte 3 unités de recherche : -Milieux aquatiques, écologie et pollution (MALY) -Hydrologie-Hydraulique (HH) -Unité mixte : gestion des services publics (GSP) (à Strasbourg) Ces unités de recherche sont ensuite organisées en équipes de recherche. J’ai intégré l’équipe « Pollutions Diffuses agricoles », animée par Nadia Carluer, au sein de l’unité de recherche MALY. Cette équipe a pour objectif d’améliorer la compréhension des transferts des produits phytosanitaires dans l’environnement et d’élaborer des méthodes et des outils de prévention des risques de pollution agricole par ceux-ci. L’objectif principal est la protection des eaux de surface afin de limiter la dégradation de la ressource hydrique et des milieux aquatiques. L’équipe travaille en collaboration avec le laboratoire d’analyse de chimie des eaux, également présent au sein de Irstea.. Contexte et objectifs du stage. Le projet Miriphyque, cité en introduction, vise à construire une méthode d’évaluation du potentiel de contamination des eaux de surface par les produits phytosanitaires à l’échelle du petit bassin versant. Il est organisé en 3 axes majeurs : 1. Modélisation des transferts de soluté à l’échelle des éléments du paysage (en modélisant les éléments tels que les bandes enherbées, les fossés, les talus…), à l’aide du logiciel Macro (Jarvis, 2010) pour les parcelles. Pour limiter le nombre de simulations à réaliser, l’hypothèse effectuée dans le projet suppose que l’on peut se limiter à un certain nombre de parcelles « type », la typologie étant réalisée à partir de l’analyse des données disponibles sur le bassin considéré. 2. Structuration des chroniques simulées dans un entrepôt de données. 3. Agrégation des résultats de modélisation à l’aide du logiciel CMF (Catchment Modeling Framework) (Kraft, 2011), analyse statistique et confrontation aux données de terrain. Les 2 bassins versants choisis comme « modèles » sont : Le bassin versant de la Fontaine du Theil (1km², polyculture en élevage, en Bretagne) et le bassin versant de la Morcille (5km², vignobles, dans le Beaujolais), qui ont fait ou font l’objet de nombreuses études et travaux de recherche et qui permettent de disposer de nombreuses données et connaissances sur leur fonctionnement hydrologique. Mon stage s’insère dans le cadre de ce projet, et porte plus particulièrement sur le bassin de la Morcille. Il aborde successivement les différents axes du projet, en s’appuyant sur les méthodes déjà développées sur le bassin de la Fontaine du Theil. 10.

(12) Ainsi, dans un premier temps, une typologie des parcelles à modéliser sera effectuée. Pour cela, les données d’observations, les travaux d’analyse de terrain et les enquêtes auprès des agriculteurs seront utilisés afin de sélectionner les éléments les plus représentatifs à modéliser. La modélisation à l’échelle de la parcelle se fera grâce au modèle hydrologique, MACRO. Celui-ci permettra de modéliser les transferts de produits phytosanitaires sur les parcelles types sélectionnées lors de la typologie. Ce modèle a été utilisé précédemment pour modéliser les parcelles du bassin de la fontaine du Theil, qui présentent des caractéristiques de terrain adaptées (pentes faibles) à un tel modèle 1D. L’objectif de simulation des parcelles dans ce stage aura donc un double objectif : tester la fiabilité du modèle à la simulation du sol de la Morcille (en comparant certains résultats de simulation avec des données de terrain), et utiliser ces résultats de simulation pour la future agrégation des parcelles à l’échelle du bassin versant. Le logiciel Macro n’étant pas adapté aux simulations en grand nombre, on utilisera le logiciel CEMAFOR (Bruno Cheviron, 2011) pour simuler les nombreux cas possibles. Les résultats des simulations (flux d’eau et de soluté percolés, ruisselées,…) seront stockés dans un entrepôt de données. Certains cas de simulations seront analysés pour comprendre le comportement de l’eau dans Macro à l’échelle des micropores/macropores (méthode de division du sol utilisée par macro dans ses simulations). Ensuite, des tests de sensibilité seront effectués à la fois à l’échelle macropores/micropores puis à l’échelle de la parcelle pour connaitre les paramètres d’entrée les plus influents des simulations sur les flux d’eau. Ces tests de sensibilité permettront également d’analyser la pertinence d’utiliser un logiciel de type double perméabilité pour simuler le comportement de la Morcille. Enfin, la même chose sera effectuée pour les pesticides (analyse de la cohérence du modèle avec la réalité puis tests de sensibilité du modèle aux caractéristiques des phytosanitaires.). Le projet Miriphyque prévoit également (mais cette partie n’a pas pu être qu’abordée dans mon stage par manque de temps.) l’agrégation des résultats de simulation à a parcelle, via le modèle hydrologique, CMF, pour évaluer les flux de solutés exportés à l’exutoire à l’échelle du bassin. A cette échelle de modélisation, on pourra ainsi valider les résultats de sortie en les confrontant aux données de concentrations acquises à l’exutoire.. Enfin, lorsque la partie précédente aura été complétée, on procédera à une analyse statistique en tenant compte de la distribution spatiale et temporelle des occupations du sol, du climat et des traitements. Cette partie permettra de qualifier le risque de contamination des eaux de surface pour un type de distribution spatiale d’occupation du sol et de types de traitement données, en intégrant la variabilité interannuelle du climat. Les résultats seront présentés sous la forme de probabilité de dépassement de seuils de concentration donnée pendant un certain temps. On appellera cette probabilité descripteurs du risque de contamination (noté CdF, pour concentration, durée fréquence). C’est l’objectif final du porjet Miriphyque. Le plan de ce rapport suit ces étapes, et aborde successivement la présentation du bassin de la Morcille et des principales données disponibles, les modèles utilisés, la construction des scénarios de modélisation à l’échelle de la parcelle et l’exploitation des résultats de simulation à cette échelle. Cette partie de test de sensibilité représente le cœur de réflexion du rapport, qui permet de discuter de la fiabilité du modèle Macro sur le sol de la Morcille et de connaitre les paramètres clés de la simulation du modèle Macro. La partie d’agrégation des parcelles à l’échelle du bassin versant ne sera qu’évoquer dans les perspectives du projet par manque de temps durant le stage. 11.

(13) Résumé de la méthode : 1) Collecte des données et mise en forme.. 2) modélisation des parcelles du bassin de la Morcille.. 3) Mise en entrepôts des résultats.. 4) Agrégations des résultats de simulation pour former un bassin versant.. 5) Analyse statistiques des résultats.. Objectif :. Logiciel :. Résultats :. Logiciel :. Objectif :. Typologie. MACRO. SIE. CMF. Scénario. En italique : Tache réalisé par un autre membre de l’équipe.. (1) Collecte des données Simulation Macro des parcelles (2) « types ».. Permet de créer une Typologie de parcelle pour. Organigramme du rapport (5) Analyse de sensibilité des caractéristiques hydrodynamiques.. Simulation CEMAFOR : Simulation MACRO en grand nombre.. Analyse de sensibilité des caractéristiques phytosanitaires.. (4) Analyse des processus physiques (rôle respectifs des micro et macropores) à l’échelle de la parcelle.. Stockage des données sous forme de SIE.. (6). (3). Permet de comprendre. (7) Analyse de sensibilité aux calendriers culturaux/climats. (9). permet Agrégation des données de simulation via le modèle CMF.. (8) (10) 12. Conclusion sur la pertinence de l’utilisation de Macro pour la Morcille. Connaissance des paramètres d’entrées clé de la simulation..

(14) I). Bassin versant de la Morcille.. Le bassin versant de la Morcille se situe au nord du département du Rhône, dans le haut Beaujolais. Il s’agit d’un sous bassin de l’Ardières (220 km²) qui se jette dans la Saône, près de Belleville.. Ardières : Morcille : Figure 1 : Localisation du bassin versant de la Morcille.. La Morcille s’étire sur 9 km. La source de la Morcille se situe en amont du hameau « SaintJoseph », à l’amont de Villié-Morgon. Elle se jette dans l’Ardières au niveau de la commune de Saint Jean d’Ardières, à proximité du lieu-dit- « Le champ Lévrier. ». Il est important de noter que la majorité des études réalisées se concentre sur un sous bassin de la Morcille, délimité par le lieu-dit les Versauds, d’une surface de 3,5 km².. 1) Informations générales sur le bassin. Le bassin de la Morcille est caractérisé par un dénivelé de 320 m, allant du haut du bassin (lieu-dit « Fonds bateaux », 690m) jusqu’au lieu-dit « Les Versauds » (370 m). Le bassin a une pente moyenne de 8%. Cependant, à certains endroits, la pente peut attendre 42%. ((2) Orquevaux, 2010). Le climat est tempéré. Les températures varient sur l’année entre -10°C et 30°C. En moyenne, la température est aux alentours de 10°C. La pluviométrie annuelle est de 770 mm, ce qui correspond globalement à la moyenne nationale. Cependant, on note des pluies orageuses très intenses durant l’été. Le débit de la Morcille varie entre 5 et 700 L/s. Le débit moyen est d’environ 32 L/s (sur la plage 2005 – 2010) au site des Versauds, situé à environ 4,5 km de l’amont.. 2) Nature des substrats et du sol : Les sols du bassin sont principalement sableux et assez pauvres en matière organique ((4) Frésard F., 2010). Après une analyse de la nature des sols ((3) Bogaert R., 2011), ceux-ci peuvent être divisés en 3 Unités Cartographiques de Sol. Ces unités sont les représentations géographiques les plus petites possibles à une échelle donnée. Les UCS 1 et 3 peuvent être à leur 13.

(15) tour catégorisés en 2 sous classes ce qui donne un total de 5 Unités Typologiques de Sol. Les UCS peuvent être décrits : . UCS1 : sols sableux sur altérite de granite (UTS 1 ; UTS 2) UCS2 : sols sableux sur argile ; sur plateau en rive droite (UTS 3) UCS3 : sols de bas de pente et de talwegs (UTS 4 ; UTS 5). Cette analyse a également permis de déterminer les caractéristiques essentielles des sols, telles que la succession des horizons constituant les développements de profil, les densités apparentes de ceux-ci, ainsi que leurs taux en matières organiques. Le tableau en annexe 1 indique ces valeurs. On dispose également des caractéristiques de certains horizons de la Morcille vis-à-vis de 3 produits phytosanitaires (DT 50 et Zkd) : diuron, glyphosate et tébuconazole. La carte située en annexe (14) donne la répartition des UCS sur le bassin de la Morcille.. 3) Activités anthropiques. 70 % de la surface du bassin est occupé par des vignes. Le reste de la surface est occupé par des forêts, des prairies ou des broussailles, quand la culture de la vigne n'est pas possible, c'est-à-dire soit lorsque la pente est trop forte, soit lorsque la zone est trop humide ou l'altitude trop élevée. Il n'y a pas d'industries notables sur le bassin de la Morcille. Les habitations de la Morcille sont très clairsemées. On doit également noter la présence importante de rases, drains et buses. Ces aménagements tendent à diminuer l’érosion, mais accélèrent la concentration des écoulements. Synthèse sur le bassin : On constate qu’on dispose de nombreuses données sur le bassin de la Morcille, petit bassin sur socle granitique, aux sols sableux très perméables, et qui réagit donc très rapidement aux événements pluvieux. Outre son fonctionnement hydrologique très différent de celui de la Fontaine du Theil, le BV de la Morcille en diffère par la nature des données disponibles. Ainsi, sur la Fontaine du Theil, le calendrier cultural de chaque agriculteur est parfaitement connu pendant la période de suivi, mais les sols ne sont qu’imparfaitement caractérisés. A contrario, sur le BV de la Morcille, les pratiques culturales sont connues moins précisément, mais les sols ont été assez largement caractérisés du point de vue de leurs caractéristiques hydrodynamiques et de leur comportement vis à vis des pesticides. Ces deux bassins sont donc complémentaires pour le projet Miriphyque : le bassin de la Fontaine du Theil permet d’étudier l’influence de la connaissance précise des pratiques culturales (notamment calendrier de traitement) sur les résultats des simulations MACRO puis sur les flux agrégés à l’échelle du bassin, alors que le bassin de la Morcille permettra d’investiguer l’influence d’une caractérisation des sols basée sur des mesures de terrain. Notons toutefois que par nature, la distribution des UTS à l’intérieur des UCS n’est pas connue, ce qui pourra entrainer des incertitudes lors de l’agrégation des résultats de simulation.. 14.

(16) II). Etat de l’art.. 1) Produits phytosanitaires. a) Présentation des différents produits phytosanitaires utilisés pour la vigne.. Définition : Un produit phytosanitaire est un produit destiné à contrôler le développement des plantes, des insectes et des champignons. Dans le cas de la vigne, il permettra de contrôler le développement des espèces dangereuses ou concurrentes à la plante. Il est constitué d’une ou plusieurs substances chimiques actives, d’un liant et d’un éluant. Les substances peuvent être minérales ou organiques, issues de l’industrie chimique ou être naturelles. Pour l’entretien des vignes, 3 catégories de produits sont employées : -Herbicide : Permet la destruction de plantes indésirables. -Fongicide : Permet la destruction des champignons (exemple : mildiou). Les champignons attaquants les vignes se développent principalement lors des périodes de pluies. Une fréquence de pluie plus importante entrainera une quantité de fongicide utilisée plus importante. -insecticide : Permet de contrôler le développement des insectes. Ces produits phytosanitaires sont appliqués sur la vigne en fonction des menaces qui se présentent durant l’année ou de façon systématiques selon les cas d’agriculture (raisonnée, intégrée…). Ces menaces apparaissent en fonction du stade de développement de la vigne. Synthèse sur les produits : Il existe 3 types de produits utilisés pour la culture des vignes. Mais chaque catégorie dispose d’un grand nombre de produits. On devra donc se restreindre à la simulation de certains, choisis comme les plus représentatifs des différentes gammes de comportement possibles, et des plus utilisés sur la zone d’étude. b) Devenir des produits phytosanitaires. Les produits phytosanitaires peuvent ne pas atteindre leur cible après application, et peuvent être dispersés de nombreuses manières. (Voir schéma de Figure 2). 1. Infiltration dans les eaux souterraines Les molécules peuvent s’infiltrer dans le sol, puis éventuellement percoler jusqu’à la nappe. Le volume d’eau pouvant s’infiltrer en profondeur dépend des caractéristiques du sol (texture, porosité), de la teneur en eau initiale, de l’état de l’horizon de surface (croûte de battance, couverture végétale) et de l’intensité de la pluie. La vitesse d’infiltration est caractérisée par la conductivité hydraulique K. 2. Ruissellement On distingue 2 types de ruissellements : -Hortonien : La capacité d’infiltration du sol est inférieure à la précipitation. -Par saturation : Une fois le sol saturé, l’eau ruisselle sur la parcelle. 15.

(17) Les aménagements présents sur le bassin vont influer de manière importante sur la quantité d’eau écoulée. Les rigoles, fossés et chemins vont concentrer le ruissellement ce qui l’empêche de se réinfiltrer, tandis que les zones végétalisées (comme les bandes enherbées, les haies) vont le ralentir. 3. Ecoulement de subsurface. Ce type d’écoulement intervient quand la conductivité latérale du sol est plus importante que la conductivité verticale. Généralement, cela est dû à une rupture de perméabilité, par exemple entre un sol très perméable et de la roche et à une pente assez importante. Cet écoulement peut expliquer la pollution des nappes et cours d’eau avoisinant la parcelle mais qui ne sont pas situés directement sous elle. 4. Dérive Lors de l’application des gouttelettes de produits peuvent dériver avec le vent vers des zones qui peuvent être très éloignées ou vers le cours d’eau tout proche. 5. Volatilisation Les pesticides peuvent passer de l’état liquide à l’état gazeux après application sur le sol ou la végétation. Cette volatilisation peut être responsable de 90 % de la perte des pesticides sous certaines conditions. ((5) Gil, Y.). 6. Absorption. Les molécules peuvent être absorbées par la plante, au niveau des feuilles ou des racines. 7. Dégradation Une molécule peut se dégrader une fois dans l’environnement. Cette dégradation est fonction de la température, de l’humidité de l’air, du sol et bien sur des propriétés chimiques de la molécule. Cette dégradation est en général modélisée par une cinétique d’ordre un.. (1) C(t) = C(0). . C(t) : Concentration de la molécule (mol/L) C(0) : Concentration initiale : Demi-vie de la molécule. . . La dégradation entraine le développement de métabolite. Dans le cas de la Morcille, si la dégradation est une minéralisation (1% des cas environ), on considère que la molécule n’est plus active. Une grande partie de la dégradation (90%) entraine des métabolites extractibles au méthanol ou au CaCl2. Enfin, environ 10 % des métabolites sont sous la forme de résidus liés. Ces résidus liés ne sont pas dégradables. Ils représentent une explication pour la détection de produits plusieurs durée de vie après leur application. ((10) Randriambololohasinirina, P. ).. 8. Adsorption Les molécules peuvent être adsorbées sur les particules de sol. Ce mécanisme est réversible. La fraction de molécule adsorbée par le sol dépend du coefficient de partage. 16.

(18) carbone organique/eau, le Koc. Plus celui-ci est grand et le sol riche en Mo, plus le sol adsorbera la molécule. Kd : coefficient de partage entre les phases solides et liquides du sol foc : teneur en carbone organique.

(19) . (2)

(20) . L’équation d’adsorption utilisée la plus couramment est l’équation de Freundlich. Cette équation permet de modéliser les isothermes d’adsorption (quantité de matière adsorbée en fonction de la concentration en molécule dans le milieu.). Cs : concentration à l’équilibre du pesticide adsorbé sur le substrat (mg/L) Ce : concentration à l’équilibre du pesticide en solution (mg/L) Kf : coefficient de Freundlich n : constante. . (3)

(21) ∗ . Figure 2 : Schéma de devenir des pesticides après application sur une parcelle.. Synthèse sur les devenir des phytosanitaires : Seule une partie de ces processus sera modélisée avec le logiciel : l’adsorption, le ruissellement et la dégradation. Mais cette dernière ne prendra pas en compte les métabolites (qui peuvent être aussi nocifs que les molécules originales). Il faudra donc garder à l’esprit que les chiffres donnés par la simulation seront éloignés de la réalité, ou ne la reflèteront pas avec exactitude. Cependant, les processus simulés représentent la majorité des devenir des pesticides et semblent suffisants pour analyser des tendances.. 17.

(22) 2) Etude des travaux déjà réalisées sur le bassin. •. Les paramètres influençant les transferts :. La viticulture entraine inéluctablement des exportations de pesticides dans le milieu naturel. Cependant, ces exportations sont principalement concentrées à la suite des évènements pluvieux intenses. Sur la Morcille, 89% du diuron exporté l’était durant les évènements pluvieux (qui représentaient 15 % du temps) lors du mois d’aout 2007. Les évènements pluvieux, leur intensité et aussi leur période seront donc des facteurs clés pour prévoir les exports de pesticides. Source : ((13) Rabiet M., 2009). Suite à l’analyse du rapport de Mathilde Orquevaux, on constate que le découpage de l’année en différentes périodes climatiques caractéristiques sur la Morcille, comme il avait été initialement prévu dans le projet miriphyque, n’est pas concluant. Les évènements de transferts sont trop localisés dans le temps et trop spécifiques pour pouvoir être considérés comme des périodes. Il faudra simuler chaque année de manière précise. Source : ((2) Orquevaux M. , 2010). Une étude sur les bandes enherbées a mis en relief l’importance de celle-ci sous certaines conditions climatiques pour intercepter les pesticides lors d’épisodes ruisselant. La capacité d’interception peut être très importante. Cependant, la capacité réelle d’infiltration d’un sol enherbé peut être affectée par d’autres paramètres de type climatique, hydrologique et géologique. Enfin, il ressort de son rapport que la perméabilité en surface des bandes enherbés est la même quel que soit le sol. Source : ((7) Lacas J., 2005).. 18.

(23) III). Simulation MACRO/CEMAFOR.. Dans cette partie, je présenterai en détail le modèle Macro utilisé pour les simulations à l’échelle de la parcelle.. 1) Modèle MACRO. a) Présentation globale. L’équipe Pollutions diffuses a choisi d’utiliser le modèle Macro dans le cadre du projet Miriphyque, pour la simulation de l‘écoulement et des transferts de phyto à l’échelle de la parcelle. Ce logiciel est un logiciel reconnu, utilisé comme modèle de référence pour l’homologation des pesticides au niveau Européen pour les scénarios de drainage ((12) WORKGROUP FOCUS, 2005). Macro est un logiciel de modélisation monodimensionnelle d’écoulement d’eau et de soluté réactifs à travers des sols structurés. Le choix de ce modèle dans le cadre de Miriphyque se basait, outre sur la large utilisation qui est faite de ce modèle, sur l’information qu’une version du modèle incluant la représentation du ruissellement serait prochainement disponible. En fait cette version n’est toujours pas disponible, et MACRO ne représente le ruissellement qu’en tant que refus d’infiltration. b) Fonctionnement et particularité du logiciel. Le schéma Macro en annexe (7) permet de résumer le fonctionnement de Macro. A la suite d’une précipitation, une partie de l’eau s’évacue par évapotranspiration. MACRO modélise celle-ci par l’équation de Penman-Monteith. Macro est un modèle dit à « double perméabilité ». En effet, il divise le sol en deux compartiments : les macropores et les micropores (matrice du sol). L’écoulement de l’eau dans la matrice est calculé par l’équation de Richards (voir équation (4)) résolu par les relations de Van Genuchten (1980) (voir équation 2, annexe (7)) pour la courbe de rétention et Mualem (1976) pour la courbe de conductivité. Les écoulements dans les macropores sont décrits par une onde cinématique appliquée aux milieux poreux, adaptée du formalisme de Beven et Germann (1982). Ainsi, la capillarité est négligée dans ce compartiment du sol.. (4). . . . . .

(24) . . : Teneur en eau volumique (m3/m3) K : conductivité hydraulique (mm/h) : Potentiel de pression (mCe) U : terme source/puits (échange macro/micro et perte drainage/absorption. (m3/m3/s). ! ∑#. De la même façon, le formalisme de représentation du transfert des solutés diffère entre les deux parties du sol. Ainsi, dans la matrice, c’est l’équation de convection-dispersion qui est utilisé alors que seule la convection est prise en compte dans le transfert macroporale des solutés. 19.

(25) Cette double spécificité permet ainsi la représentation d’un transfert préférentiel de l’eau et des solutés à travers le profil modélisé. Les échanges entre ses deux compartiments du sol sont calculés par une équation de convection-diffusion pour l’eau et les solutés (voir équation (4), annexe (7)). Dans MACRO, ce terme d’échange est en grande partie contrôlé par l’intermédiaire du paramètre « ASCALE » qui représente la longueur de diffusion de l’eau ou des solutés et représente théoriquement la moitié de la taille de l’agrégat moyen de l’horizon considéré. Dans la pratique, d’autres particularités du sol peuvent être rattaché à ce paramètre comme par exemple la présence de revêtement argileux empêchant les transferts d’eau et de soluté (Beulke et al. , 2002). Lorsque de l’eau arrive en surface, celui-ci sature en premier lieu la microporosité du sol, une fois celle-ci saturée, l’eau s’écoule dans les macropores. Si l’intensité de la pluie surpasse la conductivité de ces derniers, alors du ruissellement est créé au pas de temps t et l’eau sera ainsi évacuer au temps t+1 (horaire ou journalier). Une fois appliquées, les solutés peuvent également s’adsorber dans les particules de sol. La vitesse d’adsorption des solutés variera avec l’équation de Freundlich : : Concentration en soluté dans les particules de sol (g/g).

(26) : Coefficient d’adsorption : Concentration en soluté dans l’eau (g/L). f : Coefficient de Freundlich. . (5) $% & '( ∗ . Le soluté adsorbé peut ensuite se dégrader, via une équation cinétique d’ordre 1, en considérant comme constante la durée de demi-vie de la molécule (DT 50). Cet ordre sera considéré quel que soit le type de molécules. A chaque pas de temps, MACRO recalcule la DT50 en fonction de l’eau et de la température du sol. c) Conditions limites dans le logiciel. MACRO peut également simuler un drainage dans le sol. Le drainage provient exclusivement des macropores, quand ceux-ci sont saturés. Chaque couche du sol peut entrainer un drainage, mais l’importance de celui-ci variera avec la conductivité des sols, et de la distance entre la couche et la profondeur du drain. Le modèle utilise l’équation de Hooghoudt :. (6) . . ) *+ , - ./. (7) + 0. )

(27) 1.2

(28) 1 3. 20. + : Écartement entre les drains K1 : Conductivité hydraulique saturée pondérées sur la profondeur de sol h K2 : Conductivité hydraulique saturée pondérées sur la profondeur de sol D : Profondeur réelle du sol entre la prof de drainage et le bas du profil. d : profondeur réduite effective de sol sous la base du drainage h : hauteur de nappe de projet au-dessus de la base du drainage, u : périmètre mouillé des drains. (Ici 0.2).

(29) Le drainage sera utilisé principalement dans les simulations à venir pour modéliser les effets de la pente sur les écoulements, et principalement les écoulements de subsurface. Toute l’eau drainée dans les simulations à venir sera considérée comme écoulée en subsurface. Enfin, pour l’écoulement vers la nappe, on utilisera pour toute les simulations un gradient -5 permanent de valeur K = 1.3 * 10 m/h en bas de profil. d) Limites et contraintes du logiciel. 1. Paramètres d’entrée. Un défaut inhérent à une modélisation aussi complexe vient du très grand nombre de paramètres d’entrée dans la simulation (97 pour Macro). Ceci est bien sur un avantage quant à la souplesse de la simulation, mais oblige à disposer d’un grand nombre de données, pour certaines très variables spatialement ou temporellement comme le Kd (on peut observer un écart de la moyenne d’environ 30% pour les Koc de Freundlich). Certaines données d’entrée ne sont d’ailleurs qu’évaluées par dires d’expert ou approximations ((16) Footprint project, 2006). Notons que MACRO propose des fonctions de pédotransfert intégrées, c.-à-d. des fonctions qui permettent de définir les paramètres décrivant le fonctionnement hydrodynamique des sols à partir de la seule connaissance de sa granulométrie, de sa densité apparente, de sa teneur en matière organique et de la structuration des horizons pédologiques. 2. Méthode d’application des produits phytosanitaires. Le seul mode d’application pris en charge par le modèle est via l’irrigation alors que d’autres méthodes sont utilisées dans la réalité (comme l’incorporation au sol ou la pulvérisation sur la canopée). 3. Processus hydrologique. La principale limite de Macro est l’absence de réelle prise en compte du ruissellement Hortonien. Le ruissellement n’est vu que comme refus d’infiltration au temps t, et sera alors considéré comme une exportation au temps t+1, sans possibilité de réinfiltration dans le sol. Macro ne prend également pas en compte la battance du sol. La simulation utilisera également des résultats issus de Footprint. Footprint est un projet de recherche débuté en 2006 et cofinancé par la Commission Européenne qui visait à développer trois types de modélisations à des échelles différentes (parcelle, petit bassin versant et grande région) pour évaluer les risque de transfert des pesticides vers les ressources en eau. Une grande partie du projet a consisté à développer des fonctions de pédotransfert ainsi que des paramètres relatifs aux conditions aux limites, pour permettre une simulation sur tout le territoire Européen. Lors des simulations, Footprint utilise ses propres paramétrages (de sols, de produits phytosanitaires,…). Nous testerons ses paramétrages lors des simulations sur Macro. Footprint comprend également une base de données très complète sur les pesticides. Elle comprend un grand nombre de renseignements sur les pesticides, comme les valeurs de dégradation, d’adsorption, le coefficient de Freundlich… Cette base de données communautaire est 21.

(30) complétée par différents chercheurs et organismes. Presque toutes les molécules utilisées sur le bassin de la Morcille sont présentes dans cette base de données. Synthèse du logiciel Macro : Macro est un logiciel principalement utilisé dans la simulation de sol à faible pente. Son emploi sur le bassin de la Morcille (qui dispose d’une pente moyenne de 8%, donc forte) est justifié par la nécessité de simuler, avec le même outil, les deux bassins du projet Miriphyque. Mon rapport aura pour principale objet de justifier (ou non) l’emploi du logiciel Macro pour modéliser les flux d’eaux et de pesticides dans le bassin de la Morcille. On peut par exemple se demander si la macroporisité du modèle est bien représentative du sol du bassin et de manière plus globale si Macro est bien adapté à la simulation d’un sol comme celui de la Morcille. Ces questions seront discutées au début de la partie consacrée aux tests de sensibilité des simulations. Dans le cadre de ce travail, nous comparerons les résultats obtenus avec les deux types de fonctions de pédotransfert « MACRO » et « Footprint » avec ceux obtenus pour des paramètres hydrodynamiques dérivant des mesures effectuées sur les sols de la Morcille.. 2) Présentation du logiciel CEMAFOR. Macro est un logiciel reconnu de modélisation de transfert de soluté, mais n’est pas adapté à un grand nombre de simulations. En effet, il dispose d’une interface graphique qui est relativement conviviale, mais qui ne permet qu’une seule simulation à la fois. Afin de pallier à ce problème, nous allons utiliser le logiciel Cemafor. Cemafor (Bruno Cheviron, 2011) est la concaténation de Cemagref, Macro et fortran. En effet, cet outil a été créé par Bruno Cheviron, en s’appuyant sur la version en ligne de commande du logiciel Macro. Il utilise le logiciel d’analyse de sensibilité PEST pour « asservir » le modèle MACRO et lui faire réaliser un grand nombre de simulations, grâce à des traitements en entrée et sortie écrits en Fortran. On peut schématiser le fonctionnement de CeMaFor avec le graphique suivant : Permet le contrôle sur. PEST – ajustement ou test de sensibilité des analyses Utilisé pour des calculs directs ou inverses. MACRO 5.2 – Modèle hydrologique. Assure la continuité avec. Gestion des flux d’eau et soluté Champ de résultat. FORTRAN 77 Traitement et automatisation Figure 3 : Schéma de fonctionnement simplifié du logiciel CeMaFor.. 22.

(31) Cemafor permet ainsi de simuler un grand nombre de cas, en remplaçant la saisie des données d’entrée via une interface par une gestion des jeux de paramètres via une simple feuille excel. Ceci permet de copier la grande majorité des paramètres communs à certains groupes de simulations, sans avoir à les réinsérer manuellement. De plus les résultats de simulation en sortie sont bien plus simples à structurer sous forme de base de données, ce qui facilite leur exploitation ultérieure.. Synthèse du logiciel Cemafor : Le logiciel Cemafor permet de simuler un grand nombre de scénarios sur les parcelles de la Morcille. Cela facilite à la fois la phase d’analyses de sensibilité qui est prévue et l’étape ultérieure d’agrégation des résultats à l’échelle du bassin versant.. 3) Elaboration des différents jeux de paramètres d’entrée pour la simulation à l’échelle de la parcelle. Dans cette partie, nous allons établir la liste des données disponibles pour la simulation d’une parcelle de la Morcille avec le logiciel Macro/Cemafor. Nous allons tout d’abord définir les scénarios que nous voulons simuler à l’échelle de la parcelle (quelles conditions climatiques appliquer, quels produits phytosanitaires tester,..), puis présenter les jeux de paramètres correspondants. Enfin, nous expliquerons le cas échéant la manière de procéder dans le cas de données manquantes ou erronées. Lors de l’analyse de sensibilité, nous ferons varier ces caractéristiques d’entrée, tout d’abord au niveau macropores/micropores (en modifiant leurs conductivités, leurs perméabilités…), puis de manière plus globale en modifiant les paramètres à l’échelle de la parcelle (conditions climatiques, pente du terrain…). a) Paramètres hydrodynamiques. Le sol du bassin de la Morcille est varié, étant donnée la surface considérée. On peut cependant grouper les sols en unités cartographiques/typologiques relativement homogènes ((3) Bogaert R., 2011). Ce découpage (annexe (14)) a été réalisé en prenant comme critère la granulométrie, couplée à une analyse de pédologie. 1. Jeux de paramètre : paramètres hydrodynamiques mesurées. Durant son stage, R Van Der Bogaert a effectué de nombreuses mesures sur les sols de la Morcille. Il a notamment caractérisé les sols du bassin en fonction de leur caractéristiques granulométriques / texturales. Il a ensuite mesuré les caractéristiques hydrodynamiques de ses horizons. Il a conclu que la répartition spatiales des caractéristiques hydrodynamiques suivait la même que celle des caractéristiques pédologiques. Ces données mesurées constituent donc un premier jeu de paramètre. (annexe (2)). Les paramètres hydrodynamiques sur le bassin de la Morcille peuvent être calculés à partir des données d’observations acquises par Romain Van der Bogaert. Les paramètres liés à la rétention : θS, θr, α (1/cm), n et m, qui servent principalement aux équations (4) et (5) sont calculés par RETC2 à partir des données observées de rétention. . La teneur en eau à saturation des micropores de MACRO est assimilée au θS de Van Genuchten. 2. RETC est un logiciel téléchargeable en ligne, lui aussi basé sur des fonctions de pédotransfert, qui permet de déterminer les paramètres de Van Genuchten d’un horizon à partir de données de teneur en eau en fonction de la succion.. 23.

(32) La porosité totale, intégrant celle des macropores et des micropores, est calculée en utilisant la densité apparente via la formule :. (8) !. 4. ∗ . 7 ∗ . .6. La conductivité des micropores en fonction du potentiel de pression est donnée par l’équation de Corey, présente dans l’annexe (7) (équation (3) du schéma).. ,. 8. 89:;/. (9) Kmi = Kb. 9. <89 = //. 9 9 >89:;/ ? //. /². La conductivité hydraulique des micropores Kb (KSM dans le modèle) est égale à la conductivité mesurée sur le terrain pour une succion de 10 cm. Les conductivités mesurées à des succions inférieures sont utilisées pour déterminer la conductivité des macropores. Ces éléments vont permettre de déterminer les caractéristiques hydrodynamiques des horizons pédologiques de chaque UTS. Ci-dessous, les détails pour les sols de 2 UTS qui seront analysées plus en détail par la suite.. Horizon. Epaisseur. Teneur en eau à saturation totale (en m3/m3).. h1 h2 h3 h4. 5 45 15 135. 44.49 40.08 36.68 38.04. Teneur en eau à saturation (micropores) (en m3/m3).. Teneur en eau au point de flétrissement. (en m3/m3).. Teneur en eau résiduelle (en m3/m3).. 33.74 33.74 32.03 28.44. 3.76 3.767 8.22 6.612. 1.34 1.47 1.57 1.53. N (Van Genuchten). Conductivité à Saturation totale (mm/h). Conductivité des micropores (mm/h). Zm. Alpha. 1.270 1.271 1.205 1.228. 141.37 311.07 193.91 112.01. 1.588 0.82 1.742 2.626. 0.5 0.5 0.5 0.5. 0.10168 0.10087 0.47322 0.16518. Tableau 1 : Paramètres hydrodynamiques de l'UTS 1 issus des mesures.. Horizon. Epaisseur. Teneur en eau à saturation totale (en m3/m3).. h1 h9 h9 h9. 7 73 40 80. 44.49 40.415 40.415 40.415. N (Van. Conductivité à. Teneur en eau à saturation (micropores) (en m3/m3).. Teneur en eau au point de flétrissement. (en m3/m3).. Teneur en eau résiduelle (en m3/m3).. 33.743 33.22 33.22 33.22. 3.76 7.731 7.731 7.731. 1.34 1.46 1.46 1.46. Conductivité des. 24. Zm. Alpha.

(33) Genuchten). Saturation totale (mm/h). micropores (mm/h). 1.270 1.260 1.260 1.260. 141.37 109.77 109.77 109.77. 1.588 0.724 0.724 0.724. 0.5 0.5 0.5 0.5. 0.10168 0.20611608 0.20611608 0.20611608. Tableau 2 : Paramètres hydrodynamiques de l'UTS 3 issus des mesures.. On peut dès à présent voir que les teneurs en eau micropores représentent 75% environ de la teneur à saturation totale. Cela confirme le fait que les micropores permettent le stockage de l’eau dans le logiciel Macro. On constate également que les conductivités des micropores sont infimes comparées aux conductivités à saturation des macropores. 2. Jeux de données : paramètres hydrodynamiques issus des fonctions de pédotransfert Footprint et Macro. Cependant, il serait bien sûr idéal de pouvoir utiliser la simulation sur des sols où nous ne connaissons pas ces paramètres, afin de réduire le nombre d’études et de mesures à effectuer lors de simulations à réaliser sur un autre site. Pour évaluer la pertinence d’une telle démarche, on utilise les fonctions de pédotransfert. Nous utiliserons 2 fonctions de pédotransfert : les fonctions de pédotransfert originales de Macro, et les fonctions de pédotransfert Footprint. Celles-ci ont notamment pour avantage de prendre en compte les éléments grossiers dans le sol (or les sols de la Morcille en contiennent jusqu’à 30%), et de pouvoir être utilisées pour estimer les paramètres hydrodynamiques des sols de tout le territoire Européen. Les 3 jeux de paramètres sont donnés en annexes (2) à (4) pour tous les UTS. b) Paramètres relatifs aux produits phytosanitaires. 1. Calendriers culturaux. Pour la partie phytosanitaire, nous disposons des calendriers culturaux réels des agriculteurs ayant répondu à l’enquête (environ la moitié des agriculteurs présents sur le bassin de la Morcille.) sur les années 2006, 2009 et 2010. Ces calendriers comprennent de nombreuses informations sur les produits phytosanitaires employés par les agriculteurs : -parcelles concernés par le traitement. -Fabricant du produit et molécule active utilisée. -Date d’application précise ou période d’application (exemple : mi-mars.). -objectif de l’application (éliminer le mildiou, protéger contre les espèces invasives…). -Dose appliquée. Nous disposons des calendriers culturaux pour les années suivantes : 2006, 2009 et 2010 (enquêtes auprès des viticulteurs). Nous choisirons donc (entre autre) de modéliser les parcelles de ces viticulteurs pour ces années d’enquêtes. Voici un exemple de calendrier cultural :. 25.

(34) Substance concernée. produit. date retenue. dose (g/ha). Amigo Katana round up. 30/05/2006 12/06/2006 03/07/2006 05/04/2006 05/04/2006 03/06/2006. 100 100 100 1200 220 900. Tébuconazole (fongicide). Diuron (herbicide) Flazasulfuron (herbicide) Glyphosate (herbicide). 2. Choix des produits phytosanitaire à modéliser. Les agriculteurs interrogés ont, pour beaucoup, d’autres parcelles que celles présentes sur la Morcille. Le principal problème de la modélisation et la grande variété des produits utilisés. Nous ne pouvons pas modéliser la presque soixantaine de produits appliqués sur le bassin ! Nous avons choisi de nous focaliser sur les herbicides car seuls 7 ou 8 produits herbicides sont utilisés sur le bassin de la Morcille. A l’opposé, on trouve plus d’une cinquantaine de fongicides et insecticides différents employés sur l’ensemble du bassin. Se restreindre aux herbicides permet de couvrir toute une gamme d’une même famille. Nous avons sélectionné les produits pour lesquels nous avions le plus d’information sur leurs caractéristiques. Nous avons tout de même sélectionné un fongicide, le tébuconazole, afin d’avoir un aperçu des résultats pour 1 fongicide. Nous avons également sélectionné ce produit car nous connaissions ses valeurs de Koc et de DT50, et qu’il était retrouvé dans le cours d’eau de la Morcille, ce qui va permettre de comparer les résultats de simulation avec les analyses du terrain. Nous avons également choisi les produits phytosanitaires parmi ceux qui sont le plus retrouvés. Par exemple, le diuron, bien qu’interdit en 2008, a été beaucoup analysé (et retrouvé) même après cette période. Enfin, nous avons aussi sélectionnées ces produits car nous disposions d’une vaste quantité d’informations dessus, notamment en terme d’export de diuron ((8) Louchart X., 1999). Au final, les phytosanitaires modélisés sont les suivants (tous des herbicides, à l’exception du tébuconazole.) : -Diuron (jusqu’à 2008) -Glyphosate (tous les ans) -tébuconazole (tous les ans) -aminotriazole (jusqu’à 2008) -flazasulfuron (après 2008) -flumoxiazine. (après 2008) Nous avons simulé les herbicides les plus utilisés sur les parcelles du bassin de la Morcille (ce qui implique en règle générale qu’ils soient les plus retrouvés dans le cours d’eau.). Nous avons également choisi de simuler le diuron, bien qu’interdit en 2008, car celui-ci a été particulièrement analysé. Macro nécessite les caractéristiques des produits phytosanitaires (DT 50, coefficient de dégradation,…). On connait ces caractéristiques pour le tébuconazole, le diuron et le glyphosate par les mesures . Pour les autres herbicides, on utilisera la base de données PPDB Footprint. On trouve ses valeurs dans les Tableau 7 et Tableau 8. 26.

(35) c) Typologie des calendriers de traitement. Compte tenu de la démarche adoptée dans Miriphyque de ne simuler que des parcelles « types », nous sélectionnons les calendriers culturaux des agriculteurs qui appliquent les molécules que nous avons choisi d’étudier. Les calendriers culturaux sélectionnés sont détaillés en annexe, page 74. Connaissant les calendriers culturaux pour les années 2006,2009 et 2010, nous avons dû extrapoler les calendriers des autres années. Plusieurs problèmes se sont présentés pour cette extrapolation. Dans certains calendriers culturaux fournis par les agriculteurs, seule la période d’application des produits phytosanitaires figure, et pas le jour d’application précis. Malgré tout, les agriculteurs ont, dans l’enquête, tous déclarés être précautionneux lors de l’application des produits. Ils consultent tous les prévisions de précipitations auparavant, et reportent les éventuels traitements si celles-ci sont à prévoir. 20 15 10 5 0. cumul de pluie journalier. application de fongicide. Figure 4 : Dates d'applications des fongicides et cumul des pluies journalières durant la période d'application (données issues des données terrains et des calendriers culturaux sur l’année 2006).. En comparant la date d’application avec les périodes de pluie (voir Figure 4), on peut voir que les agriculteurs essayent d’appliquer les produits au moins quelques jours avant les épisodes pluvieux. En effet, si ces produits sont appliqués juste avant un épisode pluvieux, ils n’auront pas le temps d’agir et seront exportés hors de la parcelle. Comme expliqué dans les paragraphes suivants, nous allons le prendre en compte pour élaborer les calendriers culturaux des années non enquêtées.. Nous avons donc utilisé la méthode suivante pour déterminer le jour d’application si celui-ci est inconnu : -Si la période d’application est connue (année d’enquête) mais pas la date précise, nous sélectionnons un jour de cette période au hasard, en considérant que l’agriculteur a appliqué son produit le 2ieme jour d’un intervalle de 4 jours de temps sec. -Si la période d’application n’est pas connue (année non enquêtés), nous utilisons la méthode des degrés-cumul (voir équation (10)) pour la retrouver. Pour appliquer cette méthode, nous considérons que les herbicides sont appliqués tous les ans au même stade de. 27.