Sols et pollution des eaux par les pesticides

Sols et pollution des eaux par les pesticides Pierre BENOIT (INRA Grignon) benoit@grignon.inra.fr UMR INRA/AgroParisTech Environnement & Grandes Cultures

Sols et pollution des eaux par les pesticides Pollution des eaux et pesticides Quels processus régulent le devenir des pesticides dans le sol? Prise en compte des sols dans l évaluation des risques de transfert

Sols et Pesticides : Quelques rappels France : 1er pays UE, env. 1 Millions tonnes de produits commercialisés Agriculture : Principal utilisateur des pesticides (80% des pesticides vendus) Dégradation de la qualité des eaux % consommation totale de pesticides Céréales 40 % 60% Fong, 35% Herb Maïs 10 % 75% Herbicides Colza 9 % Vigne 20 % 80% Fongicides > Persistance des produits dans les sols > Formation de métabolites dans les sols > Choix des molécules et tonnages utilisés Ex eaux souterraines Source UIPP, 2000 Atrazine desethyl Atrazine Terbuthylazine desethyl Simazine Oxadioxyl Atrazine deisopropyl Hydroxyatrazine Diuron Aminotriazole Bentazone Terbuthylazine AMPA Glyphosate Désethyl-terbuméton Métolachlore 0 10 20 30 40 50 % analyses quantifiées Source IFEN 7% 6% 5% 5% 4% 3% 3% 3% 2% 2% 2% 2% 1,5% 27% 36 % 2004

Systèmes de culture et utilisation des pesticides Has 16000000 14000000 12000000 10000000 8000000 6000000 4000000 2000000 0 90/91 91/92 92/93 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 Années Ltrs. 98/99 99/00 00/01 90000000 80000000 70000000 60000000 50000000 40000000 30000000 20000000 10000000 0 90/91 91/92 01/02 92/93 93/94 94/95 Evolution de la Surface de Semis Direct en Argentine Autres Soja celle de la consommation de glyphosate 95/96 96/97 97/98 Années 98/99 99/00 00/01 01/02

Importances relatives des transferts Ordres des grandeur des «fuites» PONCTUELLES DIFFUSES Volatilisation (difficile à mesurer) Fond de cuve et rinçage 20 l 2 % (120 g) Rivière 100 m 500 m Application de 1200 g/ha x 5 ha = 6000 g ] 1er passage de pulvérisateur Drainage 0,5 % (25 g) Ruissellement 0,5 % (25 g) Dérive vers le ruisseau bordant la parcelle 4 % du 1er passage de pulvérisateur (30 g) ARVALIS

Devenir des pesticides dans les agrosystèmes Efficacité phytosanitaire et caractère polluant dépendent des mêmes processus Barriuso et al., 1996

Sols et pollution des eaux par les pesticides Pollution des eaux et pesticides Facteurs de régulation du devenir des pesticides dans les sols Les Sols dans l évaluation du risque et la gestion des ressources en eaux

Processus impliqués dans le devenir des pesticides

Molécule non ionisées >> matière organique : Facteur n o 1 Barriuso et Calvet., 1992 Sw mg/l log Kow Atra 33 2.5 Terbu 22 3.6 IPU 65 2.5 Madrigal et al., 2001 DFF 0.05 4.9 Hydrophobocité/hydrophilicité

Molécules ionisables >> ph : Facteur n o 1 Barriuso et Calvet., 1992 Polarité, solubilité = f(ionisation des molécules donc du ph) Charges variables des constituants des sols = f(ph)

Rétention, fonction de la nature chimique du pesticide et des facteurs pédologiques

Variabilité spatiale des propriétés d adsorption à l échelle parcellaire 0 Distance (m) 50 100 150 200 0 100 200 300 400 500 1.165 2.065 2.965 3.865 4.765 5.665 6.565 7.465 8.365 9.265 above Distance (m) Variation de Kd en une parcelle : 450 x 150 m Simazine Kd = 0.4 a 9.3 L/kg Bunte et al. (1991)

Caractérisation expérimentale de la dégradation des pesticides dans les sols

Variabilité des durées de demi-vie pour un pesticide donné Agritox., 1996 ; Tomlin, 2000

Apparition de métabolites Modification de la réactivité, toxicité,... Démultiplication des polluants

Variabilité spatiale de la dégradation à l échelle de la parcelle % isoproturon présent après 3 semaines Plus de 60 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 Moins de 10 Price & Walker (2001)

Conductivité hydraulique des sols saturés en eau et conséquences sur le transport des pesticides K S ms -1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 Qualification perméable semiperméable Composition graviers sables graulométrique grossiers à approximative sables fins Sols Conséquences sols à texture grossière sols à faible réserve en eau irrigation difficile risques de pollution des eaux souterraines sables très fins, limons grossiers sols à texture variée et sols argileux avec des agrégats stables drainage moyen à bon ;pas de contraintes pour les cultures ; les risques de pollution des eaux souterraines sont moindres que pour les milieux perméables mais il faut être vigilant surtout si l'irrigation est pratiquée imperméable limons fins, argiles sols à texture fine et possédant une mauvaise stabilité structurale drainage très mauvais ; risque de pollution des eaux de surface par ruissellement et érosion Calvet, 2005

Pertes en herbicides par ruissellement et érosion Comparaison des bilans sur 3 ans (d après Louchart, 1999, INRA Montpellier) Pertes en DIURON et SIMAZINE A l échelle de parcelles avec: Pertes par ruissel. durant l année désherbage chimique total labour et désherbage chimique partiel A l échelle du bassin versant (91 ha) 1995 1,4 % 0,4 % 0,05 % 1997 4,8 % 1,3 % 0,50 % 1998 6,0 % 3,8 % 0,30 % Besoin de bilans environnementaux complets sur plusieurs saisons et à différentes échelles

Sols et pollution des eaux par les pesticides Pollution des eaux et pesticides Facteurs de régulation du devenir des pesticides dans les sols Les Sols dans l évaluation du risque et la gestion des ressources en eaux : un exemple

Evaluation des impacts environnementaux dus aux pesticides Comment sont pris en compte les sols dans cette évaluation?

Variabilité spatiale du déterminisme de la disponibilité A l échelle d un bassin versant Coquet et Barriuso, 2001

Analyse de la variabilité du K oc - A l échelle du Bassin Versant Cl N NHCH 2 CH 3 H 3 C CH N N N H 3 C H CH 3 C N CH3 O NHCH(CH 3 ) 2 N N NO 2 O N CH 3 CF 3 N(CH 2 CH 2 CH 3 ) 2 NO 2 Coquet et Barriuso, 2001

Spatialisation de la prévision - Démarche générale

Elaboration d indicateurs de risque spatialisés Coquet et Barriuso, 2001

Sols et pollution des eaux par les pesticides Pollution des eaux et pesticides Facteurs de régulation du devenir des pesticides dans les sols Les Sols dans l évaluation du risque et la gestion des ressources en eaux : un exemple Conclusion

Conclusion : besoins en données sol pour évaluer les risques de transferts de pesticides Sol et voies de transfert d eaux cf exposé N. Schnebelen Stockage de l eau (profondeur du sol, texture) Voies de circulation préférentielles (surface, macropores) Sensibilité à l érosion, au tassement Sol et rétention des pesticides Paramètres intrinsèques (MO, texture, ph) Paramètres agronomiques (travail du sol, gestion des résidus de récoltes, apport de MO) Sol et dégradation des pesticides Paramètres intrinsèques (MO, texture, ph) Paramètres agronomiques (historique de traitement, rotation, travail du sol, gestion des résidus de récoltes) Echelles : de la parcelle au bassin versant

Pour en savoir plus Livres et articles de synthèse Barriuso E., Calvet R., Curé B., 1994 - Incidence de la simplification du travail du sol sur le comportement des produits phytosanitaires : Conséquences sur les risques de pollution. In : Simplification du travail du sol, G. Monnier, G. Thevenet, B. Lesaffre Ed., Les Colloques Ed. INRA, N 65, 105-124. Barriuso E., Benoit P., Charnay M.P., Coquet Y., Louchart X., Schiavon M., Aurousseau P. - 2005 - Pollutions organiques diffuses : mobilité et persistance des polluants organiques dans les sols. In: "Sols et Environnement", Girard M.C., Walter C., Rémy J.C., Berthelin J., Morel J.L. (eds.), Dunod, Paris, chap. 19. Barriuso E., Calvet R., Schiavon M. et Soulas G., 1996 - Les pesticides et les polluants organiques des sols. Transformations et dissipation. Etude Gestion Sols, 3, 279-296. Beck A.J., Alcock R.E., Wilson S.C., Wang M.J., Wild S.R., Sewart A.P., Jones K.C., 1995 - Long-term persistence of organic chemicals in sewage sludge-amended agricultural land: a soil quality perspective. Adv. Agron., 55, 345-391. Bollag J. M., Myers C. J., Minard R. D., 1992 - Biological and chemical interactions of pesticides with soil organic matter. Sci. Total Environ., 123, 202-217. Calderbank A., 1989 - The occurrence and significance of bound pesticide residues in soil. Rev. Environ. Contam. Toxico., 108, 71-103. Calvet R., 1995 - Modelling pesticides leaching in soils: main aspects and main difficulties. Eur. J. Agron., 4, 473-484. Calvet R., Barriuso E., Benoit P., Charnay M.P., Coquet Y. - 2005 - Devenir des pesticides dans les sols. Editions France Agricole / Dunod, Paris Cheng H.H. (Ed.), 1990. Pesticides in the soil environment processes, impacts, and modeling. Soil Sci. Soc. Am. Inc., Madison, Wisconsin, 530 p. CORPEN, 1995 - Protection des cultures et prévention des risques de pollution des eaux par les produits phytosanitaires utilisés en agriculture - Recommandations générales. CORPEN - groupe «Phytoprat», Ministères de l Agriculture et de la pêche, et de l Environnement, 87 p. CORPEN, 1996 - Qualité des eaux et produits phytosanitaires - Propositions pour une démarche de diagnostique. CORPEN - groupe «Diagnostique», Ministères de l Agriculture et de la pêche, et de l Environnement, 120 p. Devillers J., Farret R., Girardin P., Rivière J.L., Soulas. G. B.L. 2005. Indicateurs pour évaluer les risques liés à l utilisation des pesticides. Lavoisier Ed. IFEN Les pesticides dans les eaux : Rapport 2005. http://www.ifen.fr/ Pesticides, agriculture et environnement : Expertise scientifique colletcive INRA-Cemagref Déc 2005 http:// www.inra.fr/ Sawhney B.L. et Brown K. (Eds), 1989. Reactions and movement of organic chemicals in soils. Soil Sci. Soc. Am. Inc., Madison, Wisconsin, 474 p. Scheunert I., 1992 - Transformation and degradation of pesticides in soil. In : Chemistry of plant protection. Terrestrial behavior of pesticides, W. Ebing Ed., Springer-Verlag, Berlin, 23-75. Schiavon M., Perrier-Garnier C., Portal J.M., 1995 - La pollution de l eau par les produits phytosanitaires : état et origine. Agronomie, 15, 157-170. Soulas G., 1996-a - La biodégradabilité des pesticides dans le sol. Congrés "Microbiologie Industrielle et Environnement" Société Française de Microbiologie. Wild S.R., Jones K.C., 1992 - Organic chemicals entering agricultural soils in sewage sludges: screening for their potential to transfer to crop plants and livestock. Sci. Total Environ., 119, 85-119.