Expérimentation zones tampons humides artificielles en sortie de drainage agricole (ZTHA) François-Xavier Schott Chambre Régionale d Agriculture de Lorraine, service Agronomie et Développement Durable francois-xavier.schott@lorraine.chambagri.fr Contexte-Objectif : L activité agricole présente un impact non négligeable sur la qualité de l eau, notamment par l usage généralisé de molécules herbicides (AMPA détecté dans près de 50% des prélèvements en eaux de surface du bassin Rhin Meuse en 2009) et par la modification du profil des berges (Agence de l Eau Rhin Meuse, 2009). Le drainage agricole, s il offre la possibilité de cultiver des terres lourdes dans un climat lorrain difficile, présente un inconvénient environnemental : il connecte la solution du sol avec les cours d eau, facilitant ainsi, dans certains cas, la fuite de molécules phytosanitaires dans le milieu naturel en période drainante. La part de surface drainée étant importante en Lorraine (en moyenne de 15 à 20% de la SAU, jusqu à 70% sur certains BV), la mise en place, de zones tampons humides artificielles, dispositifs épuratoires en sortie de drainage, représente un levier potentiellement intéressant pour limiter les rejets de polluants dans le milieu, en complément d une politique de réduction de l utilisation de tels molécules. Il s agit ici d Evaluer la capacité épuratrice de systèmes rustiques de filtration des eaux de drainage en parcelle agricole.
Matériel-Méthode : L expérimentation est menée sur 9 sites depuis fin 2011 (4 sites depuis 2010), différents dispositifs à géométrie variable sont testés, de la botte de paille à la mare-tampon, en passant par des fossés plus ou moins longs et plus ou moins végétalisés (Figure 1 à 6). Figure 1 : Dispositif «botte de paille» Figure 2 : Dispositif «fossé long non re-végétalisé» Figure 3 : Dispositif «fossé court re-végétalisé» Figure 4 : Dispositif «mare-tampon en S» Figure 5 : Dispositif «fossé long en trois bassins» Figure 6 : Dispositif «linéaire en trois bassins»
Mesures : - Une mesure continue du débit est assurée grâce à un débitmètre enregistreur hauteur débit (mesure de la hauteur d eau dans un ouvrage primage calibré permettant par une équation hauteur/débit connue de connaître le débit instantané) (Figure 7). Figure 7 : Photos des différents dispositifs de mesure du débit - des prélèvements sont effectués, asservis au débit afin d avoir un échantillon d eau représentatif de la qualité de l eau de drainage, en entrée et en sortie du dispositif, simultanément, sur la période de drainage. - La fréquence de relevé des échantillons est de 15 jours, c est-à-dire que l échantillon prélevé pour analyse est un mélange des différents prélèvements effectués lors des 15 derniers jours. - Sur les 10 litres collectés par chaque préleveur, 1 L est effectivement conservé pour analyse des teneurs en nitrates (analyse par l INRA de Mirecourt) et en produits phytosanitaires (analyse par l ANSES, laboratoire Hydrologie de Nancy). Figure 8 : Préleveur Sigma - La liste des molécules phytosanitaires recherchées a été établie à partir de la connaissance des pratiques des agriculteurs sur les différentes parcelles concernées, et du profil de ces molécules (très solubles et rapidement entrainées dans les drains). En complément, le comité de pilotage a décidé de ne rechercher que les molécules appliquées au plus tard 3 saisons agricoles avant la saison de prélèvement. A partir de la saison 2011-2012, 95 molécules ont été recherchées sur chaque site (tableau 1).
2,4-D Deltamethrine Iodosulfuron-Me Pinoxaden 2,4MCPA DIA Ioxynil Prochloraze Acétochlore Dicamba Isoproturon Procymidone Aclonifene Dichlormid Isoxadifen-ethyl Propaquizafop Amidosulfuron Diclofop methyl Isoxaflutole Propiconazole AMPA Diflufenicanil Kresoxim-Me Propoxycarbazone Na Atrazine Dimethachlore lambda-cyhalotrine Propyzamide Azoxystrobine Dinosèbe Mécoprop Prosulfocarbe Benoxacor Diuron Méfenpyr diéthyle Prothioconazole Bifenthrine DMTA-P Mepiquat chlorure Pyraclostrobine Boscalide Epoxyconazole Mercaptodiméthur Pyrimicarbe Bromoxynil Esfenvalerate Mesosulfuron-Me Quizalofop - ethyl - P Carbendazime Ethephon Mesotrione Spiroxamine Chlomequat chlorure Fenoxaprop- P - Ethyle Metaldéhyde Tau-fluvalinate Chlorothalonil Fenpropidine Metazachlore Tebuconazole Chlorpyrifos-ethyl Fenpropimorphe Metconazole Tembotrione Chlortoluron Florasulam Metolachlore Thifensulfuron-Me Cléthodime Flufénacet Metsulfuron-Methyl Triallate Clomazone Fluoxastrobine Napropamide Tribénuron-méthyl Clopyralid Flupyrsulfuron-Me Na Nicosulfuron trifluraline Cloquintocet-mexyl Fluquinconazole OH-atrazine Trinexapac-ethyl Cypermethrine Fluroxypyr MHE Paclobutrazole Tritosulfuron Cyproconazole Flurtamone Pendiméthaline Vinclozoline DEA Glyphosate Picoxystrobine Tableau 1 : Liste des molécules dosées sur l ensemble des analyses pour la campagne 2011-2012 Résultats pour la campagne de drainage 2011-2012 : 1. Profil du drainage sur la campagne 2011-2012 Graphique 1 : Débit et volume d eau cumulé du drainage à l entrée du dispositif de La Bouzule sur la campagne de drainage 2011/2012
Le graphique ci-dessus illustre le profil du drainage de cette campagne 2011/2012 avec l exemple sur le site de La Bouzule. Sur cette campagne, la majeure partie du volume d eau drainée l a été en quatre pics allant de mi-décembre à début mars. Les pluies des mois de mai-juin ont conduit à des volumes d eau drainée variables selon les sites. Mais cette période de drainage, même si elle est faible en volume, survient dans des conditions (température, développement de la végétation, période de traitement, etc.) très différentes du reste de la période drainante. 2. Etat des lieux de la contamination des eaux de drainage par les produits phytosanitaires et les nitrates (il s agit des résultats des analyses, entrée et sortie confondues) : * Sur les 95 molécules analysées, 71% sont quantifiées au moins une fois sur la totalité des échantillons, 42% sont quantifiées dans plus de 10% des analyses (allant jusqu à 81%), traduisant une présence «généralisée» de ces molécules dans nos sites (il s agit entre autres de la napropamide, du boscalid, de l époxiconazole, du diméthachlore, etc...). * 33% des molécules analysées sont retrouvées à une concentration supérieure à 0,1µg/L et 7 molécules sont retrouvées à une concentration supérieure à 2µg/L (Isoproturon, Mesotrione, Metolachlore, Nicosulfuron, 2,4MCPA, Fluoxastrobine et Chlortoluron). * 25% des analyses présentent une concentration de la somme des phytosanitaires supérieure à 0,5µg/L et 3,3% supérieure à 5µg/L. Il est important de noter que les valeurs de comparaison des concentrations des différentes molécules phytosanitaires recherchées sont les normes de potabilité et/ou de potabilisation. Ces valeurs ne sont pas, en théorie, adaptées aux eaux de drainage mais permettent de qualifier la qualité de ces eaux avec des valeurs usuelles. Ces comparaisons semblent malgré tout cohérentes pour qualifier ces eaux, qui présentent des concentrations en phytosanitaires souvent faibles pour des eaux de drainage. 3. Notion d efficacité : La notion d efficacité est ici entendue comme la capacité de ces ouvrages à diminuer la quantité de produits phytosanitaires et de nitrates entre l entrée et la sortie du dispositif. Or, pour des raisons de coûts et de faisabilité technique, nous ne réalisons pas de mesures de débit en sortie de nos ouvrages. Nous faisons donc de fait l approximation suivante : il n y a pas de transferts significatifs d eau depuis nos systèmes vers l extérieur (infiltration, évaporation, ruissellement, etc ) entre l entrée et la sortie du dispositif. Cette approximation peut se révéler pertinente dans certaines conditions (conditions non asséchantes, peu de ruissellement, etc.) mais reste une approximation qu il faudra évaluer.
Cette efficacité met en jeux de nombreux paramètres : sédimentation des matières en suspension, absorption/dégradation des intrants par la micro et la macro-flore, photodécomposition, etc La prédominance de chacun de ces paramètres est bien sûr fonction de la structure du dispositif (surface, profondeur, végétalisation, durée de la période d étiage, etc...). Les différents travaux menés au niveau national, et plus largement, montrent une forte corrélation entre efficacité et temps de séjour dans les dispositifs des eaux polluées (Passeport et Al., 2010) ; cela s explique par une mise à disposition plus longue de ces polluants pour les différents processus agissant sur le devenir dans l environnement des produits après application. En ce qui concerne les dispositifs étudiés ici, les temps de séjour minimum sont faibles (d une dizaine de minutes à quelques heures en pointe), du fait du cahier des charges initial de cette expérimentation qui consistait à étudier des ouvrages simples, rustiques et peu encombrants afin d être généralisables dans le contexte agricole. A priori cette contrainte initiale limite par elle-même les potentiels de ces dispositifs en termes d efficacité. Néanmoins, il existe un paramètre primordial dans l efficacité de ces dispositifs sur lesquels nous pouvons travailler, même à faible échelle, c est la sédimentation. Nous essayons donc de travailler à des structures de dispositifs qui permettent de favoriser les phénomènes de sédimentation, même à faible volume de rétention (systèmes avec bassins successifs, présence de seuils, etc.). Au niveau du paramètre azote, l efficacité des dispositifs est démontrée, avec une très forte variabilité intra-annuelle et entre les sites. La quasi-totalité des sites montre une efficacité lors des périodes «chaudes» d automne et début été. L efficacité constatée sur les quatre sites ayant des données de débits satisfaisantes (Ville-sur-Illon, La Bouzule, Haroué et Manoncourt-sur Seille) est un abattement moyen de 16% (allant de 6 à 25% selon les sites). Ce constat est d autant plus marqué pour les sites bien végétalisés et pour le site avec la botte de paille. Au niveau du paramètre phytosanitaire, la quasi-totalité des dispositifs permet de limiter l intensité du 1 er pic de phytosanitaires lié au début de la période de drainage à l automne. Cela s avère intéressant d autant plus que ces premières eaux de drainage sont souvent chargées en phytosanitaires. L efficacité constatée sur les quatre sites ayant des données de débits satisfaisantes (Ville-sur-Illon, La Bouzule, Haroué et Manoncourt-sur Seille) est un abattement moyen de 11%. Cela signifie, en prenant l hypothèse que les débits entrant sont égaux aux débits sortant, que ces sites ont permis de réduire de 11% le flux de molécules phytosanitaires allant dans le cours d eau sur la période de drainage. Pour trois de ces sites (Ville-Sur-Illon, La Bouzule et Haroué) les valeurs d abattement moyen sont assez centrées autour de 11,8% (de 11,7 à 11,9%). Suite à cette deuxième année d expérimentation, ces sites semblent confirmer qu ils présentent un intérêt en termes de limitation du transfert de produits phytosanitaires et de nitrates des eaux de drainage vers les eaux de surfaces. Mais la variabilité de l efficacité de ces sites en fonction des
périodes de l année, des molécules entrantes, etc impose de poursuivre les suivis pour comprendre et conforter ces résultats. La rusticité de ces sites établie dans le cahier des charges de leur élaboration fait que ces sites sont pour le moment toujours en constante évolution en termes de flore notamment et donc de comportement hydrique et potentiellement d abattement de nitrates et de produits phytosanitaires. De plus, dans le cadre de la collaboration avec l Université de Lorraine, une thèse est menée sur ce sujet, et un suivi plus intense des analyses est fait sur deux sites pour permettre d appréhender au mieux les différents mécanismes de limitation de transferts de polluant d origine agricole ayant cours dans ces dispositifs. Les résultats de cette thèse viendront compléter les résultats acquis et à venir sur l ensemble des dispositifs lorrains ce qui permettra d appréhender au mieux l efficacité de ce type de dispositif pour le «traitement» des eaux de drainage agricole dans un contexte lorrain.