Transferts des produits phytosanitaires au sein du bassin

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Transferts des produits phytosanitaires au sein du

bassin versantdiagnostic et optimisation

des zones tampons

Guy LE HENAFFPour l’équipe Pollutions Diffuses

IRSTEA Lyon-VilleurbanneCo-animateur du GT Zones tampons

Avec la participation d’Anne-Monique BODILISArvalis – Institut du Végétal

2Journée de synthèse scientifique Azote3 février 2012 - PloërmelJournée de synthèse scientifique Transferts - 7 février 2014 – Rennesorganisée par les Chambres d’agriculture de Bretagne, INRA - Agrocampus Ouest, Arvalis - Institut du Végétal, IRSTEA, OSUR, CRESEB 2

Parcelles, éléments du paysage et transfertsdensité du maillage : "openfield" ou bocage

Parcelles :- pratiques

- aménagements intra-parcellaires

- drainage

Versant :

- aménagements inter-parcellaires

Bassin versant :

- aménagements liés au réseau

Hydrographique

Baudry, F

lorac 2010


La dispersion des contaminants est à raisonner à l’échelled’un territoire complexe mais cohérent : le bassin versant

� Phytosanitaires :

une dispersion

évènementielle

� Des processus nombreux, très souvent liés aux conditions

météorologiques non contrôlables avec

des interactions : molécules-sols –plantes, parcelles-versants

� Liée essentiellement à des épisodes pluvieux normaux, non érosifs

� Avec un rôle prépondérant des transferts de substances sous forme dissoute

Bassins versants : ordres de grandeurs des "pertes" par voieshydriques

0,0 à 0,5 % des apports sur le BV (0,04 à 4,8 % en parcelles)

(Voltz et Louchart, 2001)


Limiter les transferts hydriques de pesticides

� Améliorer l’évaluation a priori du risque (homologation) et la gestion du risque

� Agir sur les pratiques dans les parcelles : prévention du ruissellement, réduction d’emploi, techniques culturales…

� Limiter les transferts dans les bassins versants : renforcer l’atténuation des niveaux de contamination– agir sur les chemins de l’eau

� gestion des traces de roues et fourrières, enherbement de talweg…– optimiser les zones tampons

� bande enherbée complémentaire (versant, en coin, intra-parcellaire)…� Zones Tampons humides artificielles…

– agir sur l’organisation des paysages agraires et des parcellaires� mosaïque de cultures : hiver-printemps, assolements collectifs…


* Politique Agricole Commune : Bonnes Conditions Agricoles et Environnementales

Bassin versant et diagnostic

des zones tampons agricoles (ZT)

Règlementaire :gestion du risque

Prise en compte futuredes risques ruissellement (AMM des phytosanitaires)

Fonctionnalité des ZT en place

Guide ZT rivulaires

Intégration des ZT

en fonction des conditions locales :

Guide ZT BV

Etape actuelle

Consolidation des changements

de pratiques, travaux Inra, Arvalis ; Ecophyto,

protection intégrée

Milieux physiques très différentsGéologie, pédologie,

Hydrographie…

Optimisation des zones tampons au sein des bassins versants

ZT existantes"PAC" BCAE* : bandes tampons 5 m (seulement), rivulaires, sèches.

Ou Interstitielles (relictuelles)

de versant


La diversité des zones tampons

Zone tampon"classique" :bande enherbéesituée au bord ducours d’eau

Haie arbustive sur talus

Prairie Boisement

… ou ZT "humides" artificielles

Des ZT "sèches"…

Photos Irstea

Une diversité, source de complémentarité Bande enherbée – Ripisylve ; Fascine/Haie – BE ; etc.


Diversité des zones tampons : typologie http://www.zonestampons.onema.fr

plus de 20 dispositifs : bande enherbée,…fossés…, ZTHumides Artificielles

• Statut hydrique et donc

processus"sèches"/

"humides"

• Couverture

Végétation herbacée, ligneuse

ou eau libre

• Formes

Linéaires/ surfaciques

• Interception des

écoulements

diffus : infiltration concentrés :

dispersion-rétention

Interception desruissellementsEx de zones tampons- Bandes enherbées

rivulaires ou non, prairies - Haies, - "Charrois" enherbés- Talweg enherbés, - Ripisylve, zone Boisée- Fossés végétalisés…

Ex de structures rétention ou dispersion

- Talus, Haies hydrauliques- "barbutte" - Zones humides artificielles

(lagunes, retenues, bassins orages)

- Fascines…


Zones tampons humides artificielles comment épurent-elles les eaux chargées en pesticides ?

Les ZT "sèches"

Les ZT "humides" artificielles

Rôle prédominant du temps de séjour et de la température

Rôle prédominantde l'adsorptionlors de l'infiltration

Processus principauxd'élimination :la biodégradation

Activité biologiqueProfondeur et temps de séjour variable

Ruissellementamont

Ruissellement aval

Adsorption et dégradationen surface

Infiltration

Sédimentation

Adsorption et dégradationdans le sol


Efficacité des zones tampons "sèches" : elle est liée à l’infiltration

Efficacité pesticides : expérimentations en FrancePresque toujours > 50 %, souvent > 90 %, en bonnes conditions d'infiltration

Conditions défavorables :

Limitation de la capacitéd'infiltration : ennoiement

et tassement

Concentration du ruissellement(naturel ou non)

Cas extrême : l'assainissement agricole, drains et fossés

Capacité d’infiltration

�Dispositifs enherbés : 80 - 120 mm/h

�Dispositifs boisés : Bois anciens 100 – 1 300 mm/hSaules jeunes 30 - 80 mm/h


Des références françaises depuis 2010 :Programme européen LIFE ARTWET et diverses autres actions

Lagune à macrophytes(roseaux, etc) peu profonde

Bassin d'irrigation

profond

Efficacité : expérimentations en France :

Premiers résultats : Efficacité souvent > 50 %,mais variable suivant les temps de séjour

et les molécules.

Irstea, Lhyges-Engees

Connaissance des zones tampons "humides"


En France avec la conditionnalité liée à la PAC, gainage généralisé des cours d’eau BCAE (bandes enherbées essentiellement ou bandes boisées)

Mais les ZT rivulaires sont potentiellement moins performantes

� risque accru de transfert sub-superficiel

� hydromorphie plus fréquente

� niveau de concentration maximal

Néanmoins, les ZT rivulaires restent prioritaires

• Maîtrise de la dérive

• Protection rapprochée

• Meilleure acceptabilité sociale

• Effet corridor ("trame verte et bleue") …

D’où la nécessité d'un diagnostic local pour juger de la pertinence d’implantations complémentaires

Intérêt du diagnostic de zones tampons


Diagnostic zones tampon : positionnements complémentaires souvent nécessaires en amont selon les circulations de l’eau

Les chemins de l’eau s’organisent, se concentrentau niveau des versants :

pente, talweg, perméabilité des sols, végétation, obstacles, aménagements…


1

Articulation des méthodologies de diagnostics

Diagnostic régional et suivi de la

contamination par les produits phytosanitaires

(CORPEN 2003)

Limitation des risques de pollutions des eaux par les produits

phytosanitaires (CORPEN 1999)

mais aussi CORPEN 2001 : Diagnostics des bassins versants et

des exploitations

Etapes Quel guide ? Contenu

Identification des Bassins versants sujets aux pollutions diffuses

par les produits phytosanitaires

Compréhension du fonctionnement hydrique de l’ensemble du bassinversant et identification des zonesà risques des pollutions diffuses

Guide : diagnostic des ZT rivulaires(Irstea 2010)

Caractérisation de l’existant et des disfonctionnements

Diagnostic général des transferts

hydriques et de la contamination

des eaux par lescontaminants

agricoles

Guide : intégration des ZT dans le BV(Irstea, 2010)

Propositions de zones tampons complémentaires ou

de dispositifs correctifssur le bassin versant

Une chaine cohérente de diagnostics en construction depuis 1995

2Si besoin mise en œuvre : mesures préventives et ZT complémentaires

Analyse

Etat des lieux


Une chaîne cohérente de diagnostics de vulnérabilité

Une importante hétérogénéité spatiale

Nationale Régionale(Arpèges 2013) (Bretagne 2003, Lorraine 2006)

552 000 km² 34 et 26 000 km²


Le diagnostic des zones tampons proprement dit, une démarche en 2 temps

1. Vérifier la présence, la position et évaluer l’efficacité des Zones Tampons rivulaires.Observation des bords du cours d'eau et remontée des écoulements

2. Ce qui permettra si besoin, les propositions de zones tampons complémentaires sur les versants et des dimensionnements adaptés.

Guide ZT rivulaires

Guide intégration des ZT dans le BV

Guide de dimensionnement des bandes

enherbées et boisées


mais selon les besoins, les financements des échelles diverses, acteurs différents, méthodologies variées

Petit BV Très petit BV

170 km² 1 km²

Diagnostic des Chemins de l’eau

(BV du Grand Birieux-01, ONCFS-2013)

Diagnostic des zones tampons Site de l’AAC ESU de Carly

(Boulogne sur Mer-62)(Irstea-2012)


Observations de terrain : concentrationdes écoulements (courts-circuits) et pratiques agricoles

Eléments favorisant la concentration du ruissellement : effets intentionnels ou effets collatéraux

● Exutoires de drainage● Rigoles d’assainissement● Dérayures et rigoles de coin de champs● Tournières (fourrières, chaintres)● Brèches dans les talus● Traces de roues, Ornières● Cultures à rangs butés ou à inter-rangs larges

(vignes, pommes de terre, fruitiers, houblon…)

Guide ZT rivulaires

Et Techniques freinant l’écoulement ou favorisant l’infiltration

● Travail du sol● Sens de travail et de semis● Rugosité : sol bien structuré : motteux, matière organique

● Couverture du sol : végétale ou résidus de récolteTechniques Culturales simplifiées (TCS), non labour ("strip till"), CIPAN (Cultures Intermédiaires Pièges à Nitrates), mulch.

● Enherbement : cultures pérennes (vignes, arboriculture…).● …


Concentration du ruissellement et courts-circuits

Guide ZT rivulaires


Concentration du ruissellement et courts-circuitsCoteaux gersois, Penthièvre, Boischaut-nord, Dombes


Fonctionnement des ZTQuel entretien ? Bonnes pratiques ou maltraitance ?

– Maintenir un couvert dense

– Respecter les arrêtés BCAE

départementaux et les programmes nitrates

– Favoriser une bonne répartition

de l’écoulement� avoir une bonne connexion parcelle - ZT

� éviter la formation d’un bourrelet� contrôler les écoulements

concentrés et le ravinement

� Éviter les tassements et ornières

Guide ZT rivulaires


Fonctionnement : quelles limites ?Causes de réduction de l’efficacité

mauvais entretien, tassement, hydromorphie,écoulements concentrés, courts-circuits

Flore dégradée/herbicides

Guide ZT rivulaires

Brèche intentionnelle dans un talus

Tassement et hydromorphie


Disfonctionnements et "maltraitance"

Ruissellement concentré mal intercepté

"sous-solage" et tassement


Diagnostic des zones tampons rivulaires Sites de test et résultats : AAC de Carly – Liane (62), 170 km²

Partie 1

Partie 2Partie 3

La Liane

Carly

Zone non vulnérable au transfert de phytosanitaires

ZT minimales présentes sans dysfonctionnement

ZT inférieures au minimum de 5 mètres sans dysfonctionnement

ZT nécessitant des aménagements correctifs ou complémentaires

ZT nécessaires mais absentesZones non diagnostiquées ou inaccessibles

Guide ZT rivulaires


Mise en œuvre des zones tampons au sein d’un bassin versant

arbre de décision pour adaptation aux conditions locales cas des écoulements nettement concentrés.

Bleu : différents critères de choix vert : types de zones tampons préconiséesjaune : dispositifs correctifs - rouge : implantation de ZT inadaptée ou insuffisante



Mise en œuvre des zones tampons au sein d’un BV

Version informatique : avec critères de choix et notices explicatives


Améliorations vis-à-vis des transferts hydriquesUn exemple : la restauration du bocage

Fontaine du Theil - 35

Interception

RUISSELLEMENT

Haie en Lauragais - Belesta - 31

non interception



Diagnostic des zones tampons Sites de test et résultats : AAC de Maquens (11)

Zone sans pression pesticides

(prairies naturelles, bois, etc.)

Zones tampons minimales présentes

sans dysfonctionnement

Zones tampons inférieures au minimum de

5 mètres sans dysfonctionnement

Zones tampons nécessitant des

aménagements correctifs ou

complémentaires

Zones tampons nécessaires mais

absentes

Zones tampons non diagnostiquées ou

inaccessibles

Légende

1

5

6

7

9

3

4

2

8

10

11



Intégration des zones tampons dans un bassin versantGroupe Technique national Zones Tampons

Etapes Quel guide ?

3Boîte à outil spécifique

zones tampons

GuideDimensionnementBandes enherbées

ou boisées(Irstea 2011)

Guide OR2Bassin d’orage

Aménagé(ENGEES

LHYGES 2013)

GuideZT Humides Artificielles(Irstea 2013)

Ouvrages Dispersifs :

Fascines(AREAS 2012)

Haies – talus(INRA,

AREAS 2012)

Méthodes de mise en œuvre des différentes zones tampons

Des connaissances qui progressent et gagnent en opérationnalité

ETActions

agronomiques et intra-parcellaires

préventives


Bassin versant fictif avant implantation de zones tamponsCas de sols limoneux sur substrat imperméable

(Liger L, 2011, Irstea Lyon)



Bassin versant fictif avec implantation de zones tamponsCas de sols limoneux sur substrat imperméable

(Liger L, 2011, Irstea Lyon)



La Fontaine du Theil (35) : un bassin versant test des démarches CORPEN ; Arvalis et UIPP

Source Arvalis

Etude de bassin versant de 1997 à 2006 (méthodologie de diagnostic CORPEN)Arvalis- Institut du végétal - UIPP

À Saint Léger des Près (35)30 km au Nord de Rennes

Ruisseau de 2 km/Tamoute/Couesnon

BV de 129,5 ha, dont 119 ha de SAUMaïs, céréales, prairies

82 parcelles, 18 agriculteurs


Evolution temporelle des surfaces à risques

Risques de transferts : 77.2 haRisques de transferts : 34 Ha


Evolution de la qualité de l’eau brute de 1998 à 2006 en terme de flux totaux

Flux de matières actives par an à l’exutoire du bassin versant

( entre 0,06 % et 0,18 % : 67 à 167 kg de m.a. appliquées)

0

50

100

150

200

250

300

1998-1999 1999-2000 2000-2001 2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005 2005-2006

g

Flu

x d

e m

ati

ère

s act

ives

(gra

m /

an)


Principaux facteurs, clefs du succès

1714 m

1714 m

1714 m

1714 m

1714 m

1976 m

629 m

478 m

30 m

0 m

1347 m

1499 m

1946 m

1976 m

0% 20% 40% 60% 80% 100%

1998

2000

2002

2005

2006

Non vulnérable Vulnérable non protégé Aménagé

Protection des rives du ruisseau

Adaptation des pratiques de désherbageModernisation des équipements de pulvérisation

1

23

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1998-1999 1999-2000 2000-2001 2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005 2005-2006

(kg)

Adjuvant Fongicide Herbicide Insecticide Molluscicides Régulateur de croissance

10

15

18

7

4

2

1

0% 20% 40% 60% 80% 100%

1997

2002

2005

With rinsing tank Without rinsing tank Unknown


La Fontaine du Theil : test Prowadis en 2013 pour le dimensionnement des zones tampons enherbées

TSU Runoff

Projet Prowadis (PROtect WAter from DIfuse Sources)

(2011-2014)

Sol brun de versantSol brun hydro-

morphe de bas fondSol brun lessivé de

versant


� résultats sous VFSMOD, zone tampon 26

Eté : pluie de 6 heures, lame précipitée de 21 mm.

� scénarios surfaces amont

� en blé (conditions initiales d’humidité moyenne T1 et humide T2)

� en maïs (conditions initiales d’humidité moyenne T3 et humide T4).

� efficacité recherchée : abattement de 70 % du ruissellement entrant...

Fontaine du Theil : résultats du dimensionnement des zones tampons enherbées (Claire Lauvernet et Nadia Carluer)


largeurs des zones tampon pour chaque scénario agro-climatique. La BE17-18-

27-31a traite le cas où la bande BE28 est implantée et limite l’aire interceptée par BE17-18-27-31.

Fontaine du Theil (35) : détail des résultats du dimensionnement des zones tampons enherbées

Efficacité de la zone tampon (ratio [flux sortant/(flux entrant + pluie)] en fonction de la

largeur de la ZT.Scénario Sud (Bézier), été, pluie de 6 h

CI humide, nappe à 1 mCI humide, nappe à 2.5 mCI moyenne, nappe à 1 mCI moyenne, nappe à 2.5 m


� Résultats des largeurs modélisées.

� En bleu : scénarios hivernaux24 h, 26,7 mm – 3 h, 11 mm

� conditions estivales

� en orange 2 h de pluie , 14,6 mm

� en vert 6 h de pluie, 21,4 mm

Fontaine du Theil : résultats du dimensionnement des zones tampons enherbées

• Le positionnement de bande enherbée en bas fond n’est pas le plus pertinent : abattement faible voire insuffisant surtout lors de conditions d’humidité

initiales élevées du sol• une bande enherbée de versant (sol brun)

améliore l’interception du flux hydrique


Illustrations d’autres études ou testsTOPPS-Prowadis : Jutland (DK) et Bavière (DE)

Optimisation des pratiques et des zones tampons

Lorraine (CRAL) :Petites zones humides

artificielles dans l’emprise des 5 m

AAC La Bultière-85 (EPTB Sèvre Nantaise)Dispersion-infiltration

d’eaux de drainage, et de fossés de route


Conclusions : le bassin versant, un lieu de raisonnement collectif

� Les facteurs d’efficacité des Zones tampons, enjeux du diagnostic

� Typologie pédo-climatique et donc hydrologique locale� Positionnement et dimensionnement des ZT� Aménagements complémentaires, entretien

�Optimiser l’intégration au sein des bassins versants � Mise en œuvre d’actions localement pertinentes� Agir si besoin au niveau de l’organisation des paysages

En revisitant notamment les territoires sensibles aux ruissellements, fragilisés par les aménagements à buts

productifs (productivité, mécanisation…)

Les risques de contamination sont en lien avec les écoulements s’organisant au sein des versants

Nécessité et intérêt d’un diagnostic

à l’échelle du bassin versant :

Diagnostic – Action - Evaluation

Documents

Transferts des produits phytosanitaires au sein du bassin