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L

'augmentation considérable de la productivité agricole à l'hectare en Europe depuis 1945 n'aurait pas été

possible sans la généralisation de l'emploi des engrais et pesticides. Mais aujourd'hui, ces produits sont mis

en cause dans la dégradation de l'environnement, particulièrement sensible dans les régions d'agriculture intensive,

notamment à travers la pollution des rivières et des nappes par les pesticides. La lutte contre la pollution des eaux

passe par une meilleure connaissance des mécanismes de fixation, de transformation et de transport des molé-

cules chimiques au niveau du sol, et par la mise au point de stratégies de gestion des risques. Dans les années 90, 42% de la production agricole potentielle était perdue à cause des maladies, des ravageurs, des mau- vaises herbes. Parmi les moyens de lutte contre les ennemis des cultures, la chimie a pris une place croissante. Aux usages agricoles, s'ajoutent aussi l'entretien des espaces verts et de la voirie. En France, 100 000 tonnes de pesticides sont épandues chaque année dans les champs. Quel que soit leur mode d'utilisation, la plupart des molécules employées attei- gnent le sol durant ou après le traitement ; leur devenir dépend donc des caractéristiques et du fonctionnement du sol. Les pesticidespeuvent ensuite être soumis à des phénomènes de transport, liés principalement à l'écoulement des eaux. Ces transports en surface (ruissellement) ou en profondeur (lixi- viation) entraînent des pollutions des eaux, même si les quantités de pesticides mobilisées dans les processus de transfert ne concernent généralement qu'une faible fraction des quantités épandues.

Le devenir des pesticides dans le sol

Comprendre et prévoir les risques de contamination des eaux implique que soient identifiées et décrites les voies de dissé- mination des produits : volatilisation, transferts associés à la circulation de l'eau, adsorption par le sol, transformation physico-chimique ou biologique, formation de "résidus liés". Les mécanismes impliqués sont encore mal connus et consti- tuent un objet de recherche majeur pour la chimie du sol. Ces questions sont compliquées par le fait que les pesticides appartiennent à des familles chimiques très diverses, et que les molécules actives sont en général accompagnées d'additifs ou adjuvants de formulation (colorants, tensioactifs, condi- tionneurs...) qui peuvent modifier le comportement de la molécule active. Malgré la complexité du comportement global, liée à la multi- plicité de processus interconnectés et à la diversité des molé- cules, on peut regrouper les principaux processus qui vont conditionner le devenir d'un pesticide dans les sols et les eaux : - mise en solution dans la solution du sol à partir d'une spé- cialité commerciale ou un produit formulé. Cette phase est La lutte contre la pollution des eaux par les pesticides

Limiter les apports, réduire les fuites

particulièrement importante puisqu'elle correspond à l'appa- rition d'une forme mobile de la molécule, biodisponible pour les végétaux ou les micro-organismes. La mise en solution dépend de la solubilité de la molécule, qui peut elle-même dépendre de l'ambiance physico-chimique du milieu (tempé- rature et pH par exemple), ainsi que du type de formulation ; - absorption par la microflore du sol ou les végétaux dans le cas de produits systémiques (c'est-à-dire pénétrant dans les organismes pour agir de façon spécifique sur une de leurs fonctions métaboliques) ; - adsorption sur la phase solide organo-minérale du sol, en fonction de constantes d'équilibre d'adsorption et de désorp- tion caractéristiques de chaque produit, mais dépendant des conditions de milieu ; - biodégradation par la flore microbienne du sol, qui peut utiliser ces produits organiques comme source de carbone. Cette biodégradation entraîne l'apparition de métabolites intermédiaires qui peuvent présenter des propriétés physico- chimiques et une toxicité différentes de celle du produit d'origine. La phase ultime de la biodégradation est la miné- ralisation avec production de gaz carbonique par les micro- organismes ; - transport convectif et/ou diffusif dans la solution du sol en fonction des conditions pédoclimatiques qui vont déterminer l'intensité de ces processus, et éventuellement, volatilisation et émission dans l'atmosphère ; - formation de "résidus liés", plus ou moins stables, qui peu- vent constituer des formes d'accumulation de résidus orga- niques dans les sols aux évolutions à moyen terme mal connues, et peuvent ainsi être considérés comme des "bombes à retardement" potentielles vis-à-vis de l'environne- ment. De nombreuses hypothèses ont été avancées pour expliquer les mécanismes de formation de ces "résidus liés" (liaison avec d'autres composés organiques, incorporation dans des structures cellulaires microbiennes...), mais globa- lement, leur importance est corrélée à la teneur et à la nature des matières organiques présentes dans les sols. Au total, ces différents processus aboutissent à classer les phénomènes décrivant le devenir d'un pesticide selon deux concepts principaux : la rétention et la persistance. La réten- tion d'un produit regroupe l'ensemble des mécanismes tendant à fixer le produit ou ses métabolites sur la phase organo- minérale ; si la rétention est forte, la mobilité est faible, ce qui tend à diminuer les risques de pollution par transferts hydriques. La persistance (mesurée globalement par la demi- vie du produit) regroupe l'ensemble des processus biolo- giques ou physico-chimiques qui conditionnent la dissipation du produit et sa concentration dans la phase liquide ; plus un produit est persistant, plus la probabilité d'être transporté est grande et plus les risques de pollution des eaux sont élevés. Les recherches actuelles visent à identifier le déterminisme de ces processus en tentant de définir une typologie des comportements des pesticides en fonction des conditions agronomiques et des facteurs de régulation associés au type de sol et aux conditions climatiques de leur utilisation. Face aux lacunes et incertitudes concernant les "résidus liés", il apparaît nécessaire de développer des recherches concernant l'identification de l'origine biologique et/ou physico-chimique des processus de stabilisation des pesticides dans les sols, pour estimer les risques d'accumulation et de réversibilité de ce phénomène de stockage.

Le ruissellement et l'entraînement

des pesticides Les molécules de pesticides épandues sur le sol sont entraînées vers les cours d'eau par le ruissellement érosif, soit sous forme dissoute soit sous forme fixées sur les particules de sol transportées. Le ruissellement se produit lorsque les précipitations dépassent les capacités de rétention et d'infil- tration du sol.

L'importance du ruissellement et de l'érosion

Si les phénomènes d'érosion hydrique ont été bien étudiés en zones tropicales ou en zones de montagne, le phénomène est plus inattendu dans les régions tempérées de grandes cultures du Nord-Ouest de l'Europe caractérisées par des pentes douces et des pluies d'intensité et d'importance modérées. L'augmentation des surfaces de voirie, le développement du drainage agricole, la forte diminution des superficies en prairies, l'agrandissement des parcelles sont autant de transforma- tions, induites par le contexte économique, qui accroissent les débits de pointe après de forts épisodes pluvieux et augmentent ainsi les risques d'entraînement des produits de traitement liés aux particules du sol. Le ruissellement en nappe sur les pentes douces entraîne une érosion diffuse qui décape progressivement la surface du sol et véhicule de fines particules riches en humus et des col- loïdes issus des pollutions organiques. On estime, selon les cours d'eau, que l'exportation annuelle de matériaux arrachés par le ruissellement varie entre plusieurs tonnes à plusieurs milliers de tonnes par km 2 de bassin versant. Même si elle est peu spectaculaire, l'érosion diffuse est responsable d'un déplacement de volumes importants, qui peut entraîner, outre

le comblement rapide des ouvrages d'aménagement (bassinsde retenues d'eau), des pollutions, surtout si elle se produit

après un traitement phytosanitaire ou un épandage d'engrais.

Etats de surface du sol et déclenchement

du ruissellement L'intensité de l'érosion hydrique dépend de la capacité d'in- filtration, de stockage et de rétention superficielle du sol. Ces caractéristiques sont déterminées par le type de sol, son état hydrique initial, l'état structural du profil et l'état du couvert végétal. L'épisode pluvieux lui-même peut en outre modifier la structure de surface. Les actions directes de l'homme (compactage des sols suite au passage des engins agricoles, par exemple) peuvent réduire très sensiblement l'infiltrabilité des sols. Assez souvent, des processus naturels de transformation de la surface et des pre- miers centimètres du sol sont aussi responsables de cette réduction. L'impact des gouttes de pluie exerce une action de désagrégation des mottes et des agrégats par différents mécanismes que sont l'éclatement, la dispersion physico-chi- mique, la microfissuration par gonflement différentiel des agrégats et la désagrégation mécanique ; il induit d'autre part un déplacement par rejaillissement des fragments ainsi indi- vidualisés. Ceux-ci se déplacent avec les filets d'eau puis, lorsque l'excès d'eau disparaît, se soudent pour former une croûte structurale qui ferme la porosité de la surface du sol. Dans les dépressions occupées par des flaques, les particules sédimentent et forment des "croûtes sédimentaires". Les sols couverts de telles croûtes présentent une infiltrabilité très faible (quelques millimètres par heure), qui les rend très sen- sibles au ruissellement, même lors de pluies de faibles intensités. L'ensemble de ces processus entraîne une dégradation de la surface appelée battance. Ces processus sont inexorables en l'absence de protection par un couvert végétal. Leur cinétique et leur état final dépendent bien sûr de la fréquence, du cumul et de l'intensité des pluies, mais aussi du type de sol, et de son état hydrique et structural initial : plus le sol est humide, plus sa structure initiale est fine, et plus la désagrégation est rapide. Une étude de la genèse et du développement des phénomènes érosifs, conduite par l'INRA en Bretagne sur 3 parcelles situées dans des zones d'agriculture intensive (blé, maïs) et de prairies temporaires, a montré que la variation du transport des sédiments à l'échelle de la parcelle est imputable majori- tairement à la topographie (pente) et à la teneur en matière organique. Ces paramètres qui influent sur la dynamique de constitution d'une croûte, et donc sur la capacité d'infiltration et l'érodibilité du sol, sont à la base du calcul de différents indices de battance. Des tests simulant les différents processus de désagrégation ont été ainsi proposés par l'INRA pour prédire la stabilité structura- le du sol, et par là, les sites potentiellement sensibles au ruissel- lement. La notion d'"état de surface", prenant en compte le recouvrement végétal, la rugosité du sol et l'analyse de l'organi- sation structurale des premiers centimètres du sol, s'est imposée. Une typologie des états de surface a été réalisée ; elle permet de positionner un sol dans une dynamique d'évolution et sert de grille pour apprécier l'importance du ruissellement d'une surface.

La propagation du ruissellement :

de la parcelle au bassin versant La propagation de l'eau en surface est abordée à des échelles très différentes, allant de la microtopographie à la topographie du versant. Localement, l'eau non infiltrée est stockée dans des dépressions dont la géométrie évolue au cours des pluies, par connection progressive entre les flaques. L'organisation spatiale des sols, la géométrie des réseaux (lignes de semis, traces de roues, limites de parcelles, haies ou fossés), qu'ils soient naturels ou liés à l'activité agricole, modifient à la fois l'importance du ruissellement, les distances et les vitesses de parcours de l'eau. Dans certains contextes géomorpholo- giques, le ruissellement redistribue dans le paysage les eaux et les éléments transportés ; dans d'autres, le ruissellement se concentre en bas de talweg où il atteint des vitesses critiques d'écoulement et arrache des particules de sol. L'unité spatiale pertinente pour étudier l'ensemble des pro- cessus de transfert de surface est le bassin versant, qui com- prend : le versant (zone émettrice du ruissellement), le talweg (zone de ruissellement concentré, où peuvent apparaître des dégâts spectaculaires, et notamment des ravines), et la zone de dépôt des éléments transportés (zone de cultures, voirie, habitations).

La modélisation des phénomènes

Pour intégrer les phénomènes mis en évidence à différentes échelles et rendre compte du fonctionnement des bassins ver- sants, plusieurs équipes de l'INRA ont engagé une démarche de modélisation. L'utilisation de Systèmes d'information géographique (SIG) permet de représenter un territoire agri- cole et d'affecter à chaque portion de l'espace un certain nombre d'informations : une parcelle, localisée sur le bassin versant, peut ainsi être caractérisée par sa sensibilité à la battance, son état de surface à un moment donné, sa topogra- phie... Les SIG facilitent la confrontation entre différentes informations spatiales, comme par exemple la distribution spatiale des facteurs d'érosion et les effets observés à l'aval. Couplés à des modèles de fonctionnement d'un phénomène, ils permettent de simuler son déroulement dans un cadre géo- graphique donné et donc de tester différents scénarios clima- tiques ou agricoles (répartition et traitement des cultures). Ainsi, des chercheurs du centre INRAde Montpellier dévelop- pent actuellement un modèle simulant la mobilisation et le transfert des pesticides de la parcelle agricole vers les eaux de surface du bassin versant au cours d'évènements de crues. Ce modèle prend en compte les différents processus d'écou- lement (ruissellement, infiltration, collecte des eaux par le réseau hydrographique, échange entre eau de surface et nappes), et les caractéristiques du milieu agricole, à savoir les discontinuités d'écoulement du milieu (fossés, che- mins...), la topographie, les propriétés hydrodynamiques des sols et la végétation. Il a pour objectif de constituer à terme un outil d'aide à la décision, pour mettre en place les mesures d'évaluation, de suivi et de contrôle de la pollution et pour étudier les possibilités de nouveaux aménagements.

Des pratiques culturales et des dispositifs

visant à réduire les risques de pollution De nombreuses équipes INRA associant agronomes, spécia- listes de science du sol, écotoxicologues travaillent à l'élabo- ration de stratégies pour réduire les risques de pollution. Toute une gamme de solutions applicables à l'échelle de la parcelle ou du bassin versant, allant de la modification des conduites de cultures pour limiter les apports de pesticides à l'implantation de dispositifs visant à limiter les transferts vers les cours d'eau, est en cours d'élaboration à l'INRA. Réduction des apports de pesticides par des systèmes de "culture intégrée" Une première voie pour limiter l'utilisation des pesticides consiste à adopter des variétés et des itinéraires techniques permettant de réduire la dépendance des cultures à l'égard des produits phytosanitaires. L'exemple du blé illustre bien le rôle de pivot que jouent aujourd'hui les pesticides dans les systèmes de culture intensifs. La maîtrise progressive des différents facteurs limitants (verse, maladies, nutrition azotée, ravageurs, mauvaises herbes) a permis de se concentrer sur la recherche du potentiel photosynthétique le plus élevé possible, objectif qui conduit à l'avancée des semis (qui allonge la durée de la photosynthèse) et à l'augmentation de leur densité. Or, les semis précoces accroissent les risques de levée automnale de graminées adventices, de maladies cryp- togamiques et d'attaques de pucerons vecteurs de virus ; et les semis denses multiplient les risques de verse et de mala- dies. Ainsi, la réussite de la culture intensive du blé dépend- elle davantage des produits phytosanitaires. La baisse actuelle des prix des produits de grande culture favorise la recherche de systèmes plus économes : adoption de variétés résistantes aux maladies cryptogamiques, réduction coordonnée des densités de semis et de la fertilisation azotée, applications plus raisonnées des insecticides et des fongi- cides (grâce notamment à des modèles prédictifs des épidémies qui permettent d'intervenir aux moments les plus opportuns), emploi d'insecticides préservant les auxiliaires des cultures... L'INRA contribue à la mise au point des systèmes de culture à faible impact environnemental : recherches sur la biologie des ravageurs et l'épidémiologie des maladies ; techniques de lutte non chimique contre les mauvaises herbes (rotations, travail du sol...), contre les insectes (lutte biologique...), contre les maladies cryptogamiques (variétés résistantes, rotations, travail du sol, mode de semis...). Sur la base des connaissances disponibles, des systèmes de culture innovants sont proposés, et étudiés expérimentalement, en collabora- tion avec les instituts techniques, et les entreprises d'amont ou d'aval : il s'agit de protéger les eaux des pollutions, tout en assurant la rentabilité des productions agricoles. Par exemple, la technique des mélanges de variétés de blé, qui permet d'assurer une résistance globale aux maladies supé- rieure à la moyenne des résistances des composants du mélange, est en cours d'étude en vue de la production de mélanges meuniers de haute qualité, avec un niveau d'emploi de fongicides très réduit. Autre exemple : l'INRA et le Cetiom (Centre technique interprofessionnel des oléagineux métropolitains) étudient pour le colza de nouveaux itinéraires techniques basés sur un semis très précoce, dont l'intérêt serait de permettre la récupération dans le sol de quantités importantes d'azote (réduction de la pollution nitrique) et la réduction de l'emploi de produits phytosanitaires (anti- limaces, herbicides, insecticides...). Par ailleurs, il est possible de tenter d'améliorer l'état de surface des parcelles. Pour les sols loessiques du Nord du bassin parisien, exposés à la dégradation structurale en raison de leur faible teneur en argile et en matière organique, l'apport de compost urbain est ainsi envisagé. Moyen connu de ferti- lisation, le compost pourrait jouer un rôle positif en retardant la formation de la croûte de battance. Les polymères orga- niques solubles, provenant du compost et/ou résultant de l'ac- tivité biologique qu'il stimule, pourraient agir comme agents liants vis-à-vis des agrégats du sol, et limiter ainsi les risques d'érosion. Des travaux sont en cours pour tester l'effet du compost sur les transferts de pesticides à l'échelle de la par- celle et dans le long terme.

Modification des pratiques culturales :

le cas de la vigne méditerranéenne La vigne méditerranéenne constitue un cas intéressant pour l'analyse et la modélisation de l'impact des pratiques cultu- rales sur l'intensité du ruissellement érosif et de l'entraînement des pesticides : en raison, d'une part de la nature de la culture (peu couvrante et installée sur un sol peu perméable, elle est particulièrement sensible au ruissellement), d'autre part du climat, les fortes pluies d'automne et les orages d'été souvent violents s'accompagnant de phénomènes érosifs importants. L'entraînement des pesticides qui en résulte est caractérisé par une forte variabilité dans le temps et la brièveté des phénomènes : en août 1995, un orage de forte intensité a transporté en moins d'une heure 80% des pertes de l'année en pesticides. Un dispositif expérimental installé sur un bassin versant, près de Montpellier, a permis de mesurer, dans la durée, la conta- mination par 2 herbicides des eaux de ruissellement, à l'exutoire de 2 parcelles et à celui du bassin versant. Un entraînement significatif des herbicides par ruissellement lors de pluies ou d'orages et des dépassements élevés de la norme autorisée dans les eaux potables ont été constatés. Malgré la dégradation progressive des molécules et leur adsorption sur les parti- cules au sol, une fraction importante des pesticides reste mobilisable par les eaux de ruissellement bien après épandage. Ce phénomène est accentué en milieu méditerranéen, car durant les périodes sèches prolongées, les processus de dégradation microbiologique des matières organiques sont réduits. Les travaux de l'INRA visent d'une part, à proposer des pra- tiques culturales susceptibles de limiter le ruissellement, d'autre part à corréler les risques de pollution des eaux par les

pesticides aux processus hydrologiques et aux impacts desdifférents aménagements du milieu agricole (réseau de

fossés, talus...).quotesdbs_dbs24.pdfusesText_30