Projet Miriphyque: utilisation des logiciels Macro/Cemafor pour le bassin de la Morcille. Côme Durand, mars Irstea.

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1 Projet Miriphyque: utilisation des logiciels Macro/Cemafor pour le bassin de la Morcille Côme Durand, mars Irstea. 1

2 Sommaire 1) Présentation 2) Travaux déjà réalisés sur le projet 3) Influence des paramètres hydrodynamiques 4) Influence des paramètres physico-chimique. 5) Comportement des macropores/micropores 6) Travaux à venir. 2

3 Présentation Localisation de 3 la Morcille

4 Présentation Présentation globale du bassin de la Morcille Surface totale : 877 ha. Surface du sous bassin les Versauds : 450 ha (285 ha cultivé de vignes). Débit de la Morcille : 32 L/s (varie entre 5 et 700L/s). Pente très variées et importantes. (pente moyenne de 8%). Instrumentation : 4 puits, 3 pluviomètres, 12 piézomètres, seuil et capteur de pression. 4

5 Plan globale de l étude Objectifs (1) Collecte et préparation des données. (2) 1ière simulation Cemafor Mettre les données sous format exploitable par les logiciels. -calibration de la simulation. -Tester la sensibilité de la simulation aux paramètres hydrologiques issus de la mesure et des fonctions de pédotransfert. (3) 2ième simulation Cemafor -Tester la sensibilité de la simulation aux caractéristiques (DT 50 et Zkd) des produits phytosanitaires. (4) Simulation sous Macro. Comprendre les phénomènes physiques des simulations (3) 3ième simulation Cemafor -Simuler un maximum de cas possible pour disposer de connaissance sur les transferts de pesticides sur des parcelles types (présentes ou non sur la Morcille). 5

6 Travaux déjà réalisés Par Romain Van Den Bogaert. Analyse des 10 horizons. Découpage en 3 Unités Cartographiques de Sols : UCS 1 : composé de l UTS 1 et 2 (47 % de la surface totale). sols sableux sur altérite de granite. UCS 2 : composé de l UTS 3 (19 % de la surface totale). sols sableux sur argile ; sur plateau en rive droite. UCS 3 : composé de l UTS 4 et 5 (34 % de la surface totale). sols de bas de pente et de talwegs. Caractérisation sur la nature des sols également adapté aux caractéristiques hydrodynamiques. Mesures des caractéristiques hydrodynamiques. 6

7 Carte de répartition 7 des UCS

8 Travaux déjà réalisés Etude des phytosanitaires : Diuron, Glyphosate, Tébuconazole Par Paul Randriambololohasinirina. Mesure des coefficients en matière organique (Koc). Utilisés pour le calcul du Kd (coef de sorption). Par Pierre Benoit. Mesure des valeurs de DT 50. 8

9 Travaux déjà réalisés Réalisé Par Nadia Carluer : Paramétrages des fpt (logiciels Macro/Footprint). Prise en compte de la pente pour le logiciel Macro : Remplacement des pentes par un drain virtuel. Réalisé par Véronique Gouy Enquêtes sur les viticulteurs (calendriers culturaux). Valeurs de paramètres vignes. 9

10 Influences des paramètres hydrodynamiques Simulation réalisé sur Macro. Utilisation de 3 jeux de paramètres : FPT Macro. FPT Footprint Valeurs mesurées Simulation d une application : Diuron, 1200 g/ha, 5 avril. Année : 2006 et 2008 et Pente : 7 et 21 %. Sols : 5 UTS. 10

11 Influences des paramètres hydrodynamiques Répartition des volumes d eau : Données issues de la mesure Données issues de simulation Ftp mesurées Lame d eau estimée. Volume précipité. Volume evapotranspiré. Somme des volumes (ruisselés + percolés + drainés). Mesures Volume (en mm) pourcentage (/précipitation) 100% 72% 28% FPT Footprint Volume (en mm) pourcentage (/précipitation) 100% 71% 29% FPT MACRO Volume (en mm) pourcentage (/précipitation) 100% 87% 12% Ecart entre les volumes simulées et évaluées (année 2009) : 11

12 Influences des paramètres hydrodynamiques On constate que : Les FPT Macro sous évaluent les volumes d eau Les FPT Footprint et les valeurs mesurés évaluent correctement les volumes d eau. 12

13 13 Influences des conditions météorologiques Evaluation de la lame d eau sur le Sous bassin des Versauds : Volume d eau Lame d eau estimée en mm/m² sur le sous bassin des Versauds Ecart entre les volumes simulées et évaluées (année 2006 et 2008, para hydro mesurés) Résultats issus de la simulation (2006) Résultats issus de la simulation (2008) Total des volume d'eau (ruis + perco + drainage) Ecart au volume estimé avec le débit Morcille Total des volume d'eau (ruis + perco + drainage) Ecart au volume estimé avec le débit Morcille Fpt Macro UTS UTS UTS UTS UTS Fpt Footprint UTS UTS UTS UTS UTS Données Mesure UTS UTS UTS UTS UTS

14 Influences des paramètres hydrodynamiques On constate que : Les résultats sont cohérents entre les années sèches et humides (2006 et 2008). 14

15 Influences des paramètres hydrodynamiques Répartition des bilans en eau : Mesures Volume précipité Volume evapotranspiré Résultats issus de la simulation Volume ruisselé Volume percolé Volume drainé Mesures Volume (en mm/m²) pourcentage (/précipitation) 100% 72% 5% 2% 24% FTP Footprint Volume (en mm/m²) pourcentage (/précipitation) 100% 71% 22% 0% 7% FTP MACRO Volume (en mm/m²) pourcentage (/précipitation) 100% 87% 0% 2% 10% 15

16 Influences des paramètres hydrodynamiques On constate que : FPT Footprint : Forte part de ruissèlement. Valeurs mesurés : Forte part de drainage. FPT Macro : Pourcentage élevé de ruissèlement. Forte influence sur les quantités de phytosanitaires 16

17 Volume cumulé (en mm) Influences des paramètres hydrodynamiques Répartition des volumes non-évapotranspirés : Evolution des volumes d'eau (UTS 1, param hydro mesurés) 2.50E E E+02 Volume écoulé de subsurface (en mm) Volume percolé (en mm) 1.00E E E+00 24/12/ /04/ /07/ /10/2009 Date (2009) 17 Volume ruisselé (en mm) pluie

18 Influences des paramètres hydrodynamiques Le ruissèlement et l écoulement de subsurface augmentent significativement à la suite d un évènement pluvieux intense. L augmentation de volume de ruisselement est immédiat après une pluie intense. On peut expliquer l augmentation exclusif lors du ne pluie moyenne en début d année par la plus faible ETP à cette période. L écoulement de subsurface est étalé dans le temps. 18

19 Influences des paramètres hydrodynamiques Estimation des volumes expulsés hors de la parcelle (UTS 1, 2006) : Valeurs Mesurées Issus des enquêtes Masse de soluté appliquée sur une parcelle Masse (en g/ha) 1200 dose total sur la parcelle au prorata des surfaces d'uts (g/ha) Masse de soluté exporté UTS 1 (g/ha) Issus des simulations Masse de soluté exporté UTS 2 (g/ha) Masse de soluté exporté UTS 3 (g/ha) Masse de soluté exporté UTS 4 (g/ha) Masse de exporté perdu UTS 5 (g/ha) Pourcentage de soluté exporté hors du BV 4.07 % 0.00 % 0.00 % 0.12 % 0.00 % 0.00 % FPT Footprint Masse (en g/ha) Pourcentage de soluté exporté hors du BV % 0.15 % % 0.09 % 0.13 % FPT MACRO Masse (en /ha) Pourcentage de soluté exporté hors du BV 0.75 % 0.00 % 0.00 % 0.02 % 0.00 % 0.00 % 19

20 Influences des paramètres hydrodynamiques Les masses de solutés sont globalement cohérentes avec les résultats évoqués dans la littérature (dose évoquée : 1 à 12 %).(thèse de Xavier Louchart, 2009). Résultat de prélèvement 2007 Morcille (M. Rabiet, 2009) : Entre 5.7 * 10^-3 g/ha et 0,34 g/ha (Etude sur l année 2007). 90 % des exports dans la Morcille sont dues aux évènements de pluies intenses. 20

21 Influences des paramètres hydrodynamiques Conclusion : Volumes d eau : Volumes d eau cohérents avec FPt Footprint / mesures Masses de solutés : Quantité sur-évaluée de pesticide à l exutoire. Comportement des solutés cohérents. 21

22 Influences des caractéristiques des phyto. Utilisation des paramètres mesurés sur le terrain pour Zkd (Paul R.) et DT 50 (Pierre Benoit). UTS Origines des DT 50 et Zkd soluté dans le soluté soluté percolé (g/ha) ruisselement (g/ha) drainé (g/ha) Total des solutés (g/ha) UTS 1 PPDB UTS 2 PPDB UTS 3 PPDB UTS 4 PPDB UTS 5 PPDB Total UTS 1 Observées UTS 2 Observées UTS 3 Observées UTS 4 Observées UTS 5 Observées Total

23 Influences des caractéristiques des phyto. L essentiel des phyto provenant du ruissellement influence de l origine des valeurs est faible sur le total de soluté exporté. Il faut déterminer si les quantités de phytos dans le ruissellement sont cohérentes (Macro n est pas un modèle ruisselant). 23

24 Concentration en eau (m3/m3) Comportement physique dans les macropores/micropores. 4.00E E E-01 Concentration en eau Micro 5-8 cm horizon E-01 Concentration en eau Micro cm horizon E E-01 Concentration en eau Macro 5-8 cm horizon E E-02 Concentration en eau Macro cm horizon E+00 28/12/ /04/ /07/ /10/ E-02 date Concentration en eau Macro cm horizon 3 Concentration en eau micropores/macropores (UTS 1, 2009, param mesurées). 24

25 Flux d'eau dans les macropores (mm/h) Comportement physique dans les macropores/micropores. 1.80E E E E E E E-02 flux d'eau (macro) cm flux d'eau (macro) cm flux d'eau (macro) cm 4.00E E E+00 28/12/ /04/ /07/ /10/ E-02 Date Flux en eau macropores (UTS 1, 2009, param mesurées). 25

26 Flux d'eau dans les macropores (mm/h) Comportement physique dans les macropores/micropores. 8.00E E E E E E-01 flux d'eau (micro) cm flux d'eau (micro) cm flux d'eau (micro) cm 2.00E E E+00 28/12/ /04/ /07/ /10/ E-01 Date Flux en eau micropores (UTS 1, 2009, param mesurées). 26

27 Comportement physique dans les macropores/micropores. FTP Mesure Flux de diuron (UTS 1, param hydro mesurés, 2009) : soluté percolé total soluté percolé micropores soluté percolé macropores soluté drainé total soluté drainé micropores soluté drainé macropores mg/m² (2009) % Les solutés utilisent les macropores pour circuler dans les horizons. 27

28 flux de soluté (mg/m²/h) Comportement physique dans les macropores/micropores. Flux de diuron dans les Micropores (UTS 1, param hydro mesurés, 2009) : E E-04 Soluté MICROPORES (mg/m²/h) horizon surface E E E-04 Soluté MICROPORES (mg/m²/h) horizon cm pics de pluies intenses E-05 Soluté MICROPORES (mg/m²/h) horizon cm /03/ /05/ /07/ /08/ /10/ E-05 date 28

29 Flux de soluté (mg/m²/h) Comportement physique dans les macropores/micropores. Flux de diuron dans les Macropores (UTS 1, param hydro mesurés, 2009) : E E-04 Soluté MACROPORES (mg/m²/h) horizon surface E E E E-05 Soluté MACROPORES (mg/m²/h) horizon cm Pics d'intensité de pluie E E+00 28/03/ /07/ /10/ E-05 date Soluté MACROPORES (mg/m²/h) horizon cm 29

30 mg/m3 d'eau Comportement physique dans les macropores/micropores. Concentration de diuron dans les Macropores (UTS 1, param hydro mesurés, 2009) : Concentrations en soluté Macropores et Micropores concentration en soluté Micro horizon cm concentration en soluté Micro horizon cm /02/ /05/ /08/ /12/2009 date concentration en soluté Macro horizon cm concentration en soluté Macro horizon cm 30

31 Comportement physique dans les macropores/micropores. Conclusion : L eau utilise les macropores en profondeur (à partir de 30 cm) pour se déplacer. Dans les horizons de surface, ce sont les micropores qui sont utilisés. On a un flux permanents de solutés via les macropores mais pas les micropores. Lors d évenements de pluies intenses : Les micropores permettent également le transport de l eau (meme en profondeur). Les flux augmentent de manière importante (ce qui explique les fait que 90% de l export de soluté (en masse) est du aux evenements intenses.). Quand les micropores sont saturés, on a remonté éventuel des solutés dans les micropores supérieurs. 31

32 Travaux restants à évaluer. Validation du bilan en eau FPT Footprint / paramètres hydrodynamiques mesurées. (A l aide des travaux actuels de Xavier). Comprendre les écarts avec les concentrations de solutés. Procéder aux simulations multiples pour remplir les entrepôts de données. Agréger les parcelles entre elles avec les informations des entrepôts de données. 32

33 Comportement physique dans les macropores/micropores. soluté soluté Horizon cm Vsol stocké soluté eau V eau Msol stockée soluté Horizon cm Vsol stocké soluté eau V eau Msol stockée Horizon cm Horizon 4 Vsol stocké Vsol stocké soluté soluté eau soluté V eau Msol stockée Drain virtuel cm soluté eau Macropores Micropores Schéma résumé fonctionnement horizon Macropores/micropores 33

CHAPITRE II Expérimentations 33

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