Processus de contamination des eaux par les produits phytosanitaires

Processus de contamination des eaux par les produits

phytosanitaires

Sylvie GUIET – CRA Bretagne

Source: INRA UMR SAS Chantal Gascuel

Formation « Diagnostic des parcelles à risque de transfert

des produits phytosanitaires » (DPR 2 Phytos)

Sommaire

• Les objectifs de qualité d’eau

• La dispersion dans l’environnement

• Les dynamiques dans le sol

• Les distributions des produits phytos dans un BV

• Le processus de ruissellement

• Le processus de transfert via la nappe

• Synthèse

1. Les objectifs de qualité

• Santé humaine : les concentrations

• eaux distribuées :

– < 0,1 µ g/l : une matière active

– < 0,5 µ g/l: pour l’ensemble des matières actives

• eaux brutes :

– > 2 µ g/l : impropre à la consommation (2 µ g/l : valeur OMS)

• Santé des écosystèmes aquatiques : l’exposition

– Toxicité aigüe : test de toxicité et d’écotoxicité

– Toxicité chronique : les flux et les concentrations

1. Les objectifs de qualité

Une forte diversité de molécules

Des pics de concentration

SOL

Air Eau

Solide

Volatilisation 2% [0-90%]

Rétention

Infiltration Dégradation

POLLUTION EFFICACITE

Absorption Sol/biomasse

Sol/constituants

Phase Atmosphérique

Plante

Nappe, drains agricoles 0,6% [0-3%]

Tous les compartiments de l’environnement sont

touchés: eau-sol-air

La proximité de la nappe en bas de versant

>> 0,6% des transferts

2. La dispersion dans l’environnement

Deux repères : cas 1 – transfert par nappe

• Traitement de 500 g/ha

• Pluviométrie de 800 mm/an et ETP de 400 mm/an, soit une lame infiltrée de 400 mm

• Quantité potentiellement transférée =

dose ((g/ha) * 10 ⁶ ) µg/ha / lame ((mm ou l/m²). 10 ^-4 ) l/ha

• 100% transféré 125 ^µ g/l

• 1% transféré 1,25 ^µ g/l

• 0,1% transféré 0,125 ^µ g/l

2. La dispersion dans l’environnement

Deux repères : cas 2 – transfert par ruissellement

• Traitement de 500 g/ha, traitement fortement adsorbé sur la fraction solide du sol, répartie dans le premier cm du sol à une teneur en eau de 40 cm3/cm3,

– Q eau = 13 g/ha ; Q solide = 487 g/ha

• On suppose une pluie de 10 mm qui transporte par

ruissellement le pesticide contenu dans les 2 premiers mm du sol

• La concentration de ces 10 mm d ’eau qui ruissellent est de 24 µg/l >> 0,1 µg/l

Produits phytosanitaires: une petite fuite a un impact fort!

Mettre en œuvre une combinaison de leviers d’actions

2. La dispersion dans l’environnement

Traitement Débit eau

Concentration

atrazine

3 µg/l

1,4 µ g/l

0,5µ g/l

- pertes : quelques % - en crue : 70%

- hors crue : 30%

- les fortes concentrations sont en crue

Bilan sur qq années :

Fuites = 1% des applications

Données IRSTEA

3. Distribution des produits phytosanitaires dans un BV

70% liées aux pluies et 30% à la connexion de la nappe au cours d’eau

Des pertes faibles (1%) mais suffisent au dépassement des normes

Les facteurs clés de la contamination des eaux

1. Les quantités appliquées dans l’année : BV, région, France 2. Les matières actives : mobilité, persistance

3. L’importance du ruissellement

Caractéristiques du sol : M.O. (battance), hydromorphie. Climat.

4. La recharge à la nappe : écoulements rapides

Caractéristique du sol : hydromophie à faible profondeur. Climat Drainage agricole : faible épaisseur de la Zone Non Saturée 5. La rétention et la dégradation des matières actives

Caractéristiques du l’horizon cultivé. Pratiques agricoles 6. La protection du cours d’eau (jachère, BE, haie…)

4. Distribution des produits phytosanitaires dans un BV

5. Processus de ruissellement

Ruissellement Hortonien (1933)

Pluie de forte intensité (orage de printemps,…)

Conductivité hydraulique faible

(croûte de battance)

Ruissellement de versant Sol bien drainé

Nappe profonde Contrôle par la surface

Ruissellement sur surface saturée

Pluie de fort cumul (train d ’averse,…)

Capacité de stockage faible :

« imperméable »

(sol peu épais, bas fonds humide, nappe proche de la surface,

semelle de labour,...) Ruissellement de « bas-fond »

Contrôle par le profil hydrique

Développement d ’un croûte de battance à la surface du sol

réduction de la capacité d ’infiltration du sol augmentation du ruissellement diffus

apparition de ruissellement canalisé et d ’érosion importante

Naizin, versant de Kerolland, hiver 2001

ruisseau Sommet de versant

Photo aval-amont Photo amont-aval

5. Processus de ruissellement

Ruissellement sur surface saturée :se produit sur les sols dont tout le profil est saturé (par le dessous), les pluies tombant sur ces surfaces ne peuvent pas s ’infiltrer et ruissellent vers la rivière

Pluie (P)

Pluie (P)

Ruissellement (R)

Ruissellement (R)

Sur les surfaces saturées

•

•

nappe

rivière Sommet de versant

Affleurement de nappe

Figure : Photo (en haut) et coupe (à droite) d ’un versant montrant l ’effet de la présence d ’une nappe sur le ruissellement.

Zone affleurement de nappe:

zones humides de fond de vallée zones ripariennes

zones tampon

5. Processus de ruissellement

Quelques chiffres:

capacité d ’infiltration des sols > 10 mm/h

intensité moyenne horaire des pluies: 2000-2001-2002

•

•

•

Compte tenu des propriétés hydrodynamiques des sols et des intensités de pluie rencontrées

dans l’Ouest de la France, le ruissellement par dépassement de la capacité d ’infiltration se produit rarement sur les sols du Massif Armorcain sauf ...

Massif Armoricain :

5. Processus de ruissellement

intensité sur 6 min des pluies: 2000-2001-2002

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•

•

•

•

•

•

Une trentaine de pluies ruisselantes/an en Bretagne

Des ruissellements toute l’année

D1 D2

D3 D4

6. Processus de transfert via la nappe

Parcelle saine Parcelle hydrom rophe

IP U D ff IP U D F F

05 -m ars N D N D 0,18 µg/l N D

12 -m ars 0,1 µg/l N D 0,38 µg/l N D

16 -m ars N D 0 ,1 µg/l 0,14 µg/l 0 ,2 µg/l

21 -m ars N D N D 0,33 µg/l 0,33 µg/l

ND : inférieur au seuil de détection

La contamination des eaux des drains est importante les drains interceptent la partie superficielle de la nappe présente dans les zones hydromorphes

- concentrations assez élevées - présence prolongée

Moyennement hydromorphe

Saine

Extension des surfaces saturées et relation avec le débit de crue:

Figure: exemple de variation d ’extension des surfaces saturées contributives et du réseau de drainage au cours d ’une crue

(Ambroise, 2000 d ’après Chorley, 1978).

Figure: Variation de l ’extension de la zone saturée, site du Mercy, bassin versant de Kervidy-Naizin.

D ’après Gascuel et al., (1999)

-Equipe SOLEAU,UMR SAS, INRA Rennes-

20% des surfaces saturées + réseau de drainage lors de la crue

6. Processus de transfert via la nap ^pe

0 50 100 150 200 250

altitude / rivière (m)

-5 0 5 10 15 20

min max PJ4 PJ3

PJ2 PJ1

distance à la rivière (m)

0 100 200 300 400 500 600

altitude / rivière (m)

0 10 20 30

max min PG2

PG3 PG4

PG5

PG6

0 50 100 150 200 250 300 350 400

altitude / rivière (m)

0 10 20 30

max PI1 min

PI2

PI4

PI3 (a) Kerolland

(b) Fournello

(c) Guériniec

Rôle de la haie de ceinture dans l’extension des surfaces saturées

Zone humide en aval d ’un talus

6. Processus de transfert via la nappe

Avec haie de ceinture

Sans haie de ceinture

Temps de transfert dans la nappe du bassin versant de Kervidy-Naizin (56)

crête

rivière

1100 j

Temps de transfert (j)

distance à la rivière / longueur de versant

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0 300 600 900 1200

< 1 an

→forte variabilité des temps de transfert

En bas de versant les temps de transfert via la nappe sont rapides (35j)

6. Processus de transfert via la nappe

7. Synthèse sur les voies de transfert

Par ruissellement

concentrations fortes et variables dynamiques rapides

Par la nappe

concentrations faibles mais constantes

dynamiques lentes

- Le ruissellement, du fait de la contamination des premiers cm du sol lié à la rétention des produits par le sol

- La nappe, du fait de la contamination de la frange supérieure de la nappe, en particulier dans les domaines de versant et d ’aval, là où la nappe est proche de la surface du sol

Processus engendrant des contaminations par les produits phytosanitaires

dans un bassin versant