Le projet SWAP-CPP vise le suivi et l'amélioration de la qualité des eaux de ruissellement entre autres en Champagne viticole depuis 2005. Des parcelles viticoles totalisant 23 ha à Baslieux-sous-Châtillon sont suivies pendant trois ans. Les pratiques culturales et les dispositifs agro-environnementaux, ainsi qu'une gestion optimisée des eaux de ruissellement en bassin d'orage sont évalués. Une réduction significative des émissions de pesticides a été obtenue en 2006 par baisse du ruissellement à la parcelle (enherbement, paillis d'écorces, infiltration/dissipation par une bande enherbée) et rétention des eaux de ruissellement aval en bassin d'orage: diminution d'un facteur de 80 % pour le cuivre et de 60 % pour les pesticides organiques. Ça marche! La gestion de l'eau en bassin d'orage est menée à partir des évolutions de concentrations en pesticides au cours de l'année.
Nous cherchons à mesurer les quantités de pesticides appliquées, et les quantités émises, c’est-à-dire se retrouvant dans les eaux et les sédiments qui quittent les parcelles pendant les pluies, de façon à dresser un bilan des apports et des émissions. Nous cherchons aussi à comprendre ce qui influence le plus les émissions, pour limiter celles-ci. Enfin nous cherchons à traiter les eaux de bassin d’orage.
Mesure des pesticides
Une enquête initiale de terrain au simulateur de pluie a montré que le facteur primordial contrôlant le ruissellement des parcelles est la couverture du sol. Nous avons donc installé 15 placettes expérimentales de 50 m², soit 5 modes de gestion de la matière organique et de couverture du sol (nu avec sarments brûlés, tournière enherbée 2 m après sol nu, sarments broyés, enherbement 50 %, mulch d’écorces) en 3 répétitions. Les eaux et les sédiments de ruissellement sont captés par un caniveau et une cuve (figure 1) et analysés pendant 3 ans, de 2005 à 2007.
Les parcelles forment des bassins versants débouchant à Baslieux dans des bassins d’orage. Ce cheminement de l’eau peut réduire sa teneur en pesticide (passage en zone enherbée, rétention – dégradation) ou augmenter sa teneur en pesticide (passage par des caniveaux et chemins en béton qui peuvent avoir reçu des projections de pulvé-
Nous avons donc installé des appareils de mesure de débits et de prélèvement d'échantillons à l'aval de 2 bassins versants B et C de 9 et 14 ha respectivement. Les dispositifs de collecte des eaux sont présentés à la figure 1. Le site est présenté à la figure 2.
Au total, 49 pesticides sont suivis dans les eaux et les sédiments, représentant 8 000 et 6 500 résultats individuels en 2005 et 2006. Les apports de pesticides sont connus par enquête auprès des viticulteurs. L’ensemble des résultats détaillés est accessible sur le site Internet du projet. Seul un résumé sur les émissions par les eaux est présenté ici.
Action agro-environnementales appliquées en 2006
Au vu des résultats de 2005, il fallait agir :
- - Information mutuelle des exploitants sur les doses utilisées, afin de susciter la réflexion
- - Aménagement complet de la couverture du sol du bassin-versant B : enherbement (2 ha) et mulch d’écorces (7 ha) avec une adhésion de tous les viticulteurs ! Le semis de printemps (risqué !) de pâturin commun en avril 2006 a été une réussite complète. Le bassin C inchangé sert de témoin.
- - Enherbement des tournères et bords de chemin du bassin-versant B, conformément à l’arrêté préfectoral interdépartemental 2005
- - Création et maintien d'une lame d’eau dans le bassin d’orage B (figure 3), le bassin C servant de témoin.
Ces actions concordent parfaitement avec les préconisations du CIVC en matière de viticulture raisonnée et du « Plan eau 2005-2010 ».
Résultats
Les variations de pluviométrie et de pratiques d’une année à l’autre influencent beaucoup les volumes et les concentrations d’eau. L’année 2006 fut plus ruisselante et érosive que l'année 2005, en particulier par une pluie exceptionnelle de 95 mm en 12 heures le 04/07/2006. Nous présentons ici :
- - les doses de produits phytosanitaires appliquées ;
- - les concentrations observées dans les eaux ;
- - les quantités émises par les eaux ;
- - les rapports entre quantités appliquées et quantité émises en aval des versants (taux de transfert) ;
- - les émissions au cours de l'année et leur gestion par le séjour de l'eau en bassin d'orage.
Doses apportées par les exploitants (g/ha)
Les doses sont très variables (entre 15 et 35 kg/ha de substance active de pesticides organiques) alors que les rendements sont peu différents entre viticulteurs : des progrès semblent possibles !
Les apports de pesticides ont été supérieurs en 2006 (cuivre : de 0,98 à 1,4 kg/ha et pesticides organiques : de 23,9 à 24,6 kg/ha entre 2005 et 2006).
Concentrations en pesticides dans les eaux (µg/l)
Les concentrations moyennes des 2 bassins versants et des 15 placettes en 2005 et en 2006 sont représentées dans le tableau 1.
Les molécules suivantes ont des concentrations moyennes < 0,1 µg/l dans les eaux :
- - 2005 : 13 molécules : azoxystrobine, cymoxanil, dinocap, fenoxycarb, flumioxazine...
…zine, flusilazole, folpel, iprovalicarb, lufénuron, mepanipyrim, méthomyl, oryzalin, quinoxyfen et 1 métabolite : 3,4-dichloroaniline (métabolite du diuron)
– 2006 : 14 molécules : alphaméthrine, benalaxyl, chlorothalonil, chlorpyriphos éthyl, cymoxanil, dinocap, fenoxycarb, flumioxazine, flusilazole, folpel, lufénuron, mepanipyrim, méthomyl, spiroxamine et 1 métabolite : 3,4-dichloroaniline (métabolite du diuron).
En 2005, le cuivre est le pesticide dominant dans les eaux (moyenne générale 300 µg/l). Les pesticides organiques atteignent en moyenne générale 110 µg/l, dont le diméthomorphe (44 µg/l) et le glyphosate (36 µg/l). En 2006, les concentrations ont nettement baissé partout (moyenne générale cuivre 91 µg/l, pesticides organiques 64 µg/l), sauf pour l’aminotriazole en placette. La baisse des concentrations du bassin-versant B est en partie due à de la dilution par des eaux de drainage aval (nous avons dû modifier l’emplacement du point de prélèvement) : les émissions seront mieux évaluées par les quantités émises (pour chaque échantillon, quantité = concentrations × volume).
Conclusion : Les concentrations de certaines molécules sont trop élevées pour être rejetées telles quelles en milieu naturel.
Quantités émises dans les eaux
2005 et 2006 (g/ha)
En 2005, le cuivre et les pesticides organiques sont exportés à des quantités cumulées significatives. L’enherbement et les écorces diminuent radicalement les quantités exportées (facteur 100) (figure 5). En 2006, les exportations du bassin B baissent, alors que celles du bassin C augmentent (année plus érosive, apports plus importants). Globalement, en 2006, le cuivre est émis à 17 g/ha et les pesticides organiques à 10 g/ha.
Taux de transfert dans les eaux
2005 et 2006 (%)
Nous calculons le rapport (%) pour chaque molécule entre les quantités apportées sur le bassin-versant (g/ha) et les quantités retrouvées à l’exutoire (g/ha), pour connaître le comportement des molécules et évaluer l’efficacité des actions. Ce ratio émission/apport est appelé ici taux de transfert.
En 2006, confirmant les résultats de 2005, les taux de transfert obtenus sont :
Bassin B : 12,94 % Bassin C : 29,89 % Placettes : 125 %
[Tableau 1 : Les concentrations moyennes des 2 bassins versants et des 15 placettes en 2005 et en 2006]2005 (concentration moyenne µg/l)
| Substance | Bassin B | Bassin C | Placettes |
|---|---|---|---|
| Cuivre | 222 | 86 | 387 |
| Diméthomorphe | 49 | 11 | 45 |
| Glyphosate | 19 | 10 | 45 |
| AMPA (métabolite glyphosate) | 5 | 3 | 6 |
| Glufosinate | 2 | 1 | 3 |
| Pyriméthanil | 5 | 4 | 15 |
| Fludioxonil | 2 | 2 | 1,5 |
| Aminotriazole | 4 | 0,2 | 1,3 |
| Dichlobénil | 1 | 0,3 | 1,04 |
| Diuron | 1 | 0,2 | 0,4 |
| Norflurazon | 0,1 | 0,1 | 0,3 |
| Fenhexamid | 0,3 | 0 | 0,3 |
| Terbuthylazine | 0,1 | 0 | 0,3 |
| Kresoxim-méthyl | 0,2 | 0 | 0,02 |
| Propyzamide | 0 | 0,1 | 0,04 |
| Total organiques | 90 | 32 | 133 |
2006 (concentration moyenne µg/l)
| Substance | Bassin B | Bassin C | Placettes |
|---|---|---|---|
| Cuivre | 12,94 | 29,89 | 125 |
| Aminotriazole | 0,36 | 3,79 | 58 |
| Glyphosate | 0,8 | 1,8 | 15 |
| Dichlobénil | 0,92 | 0,81 | 10 |
| Diméthomorphe | 1,35 | 2,16 | 6,5 |
| AMPA (métabolite glyphosate) | 0,55 | 1,00 | 6,2 |
| Diuron | 0,20 | 0,21 | 3,5 |
| Iprovalicarb | 0 | 0 | 5,2 |
| Oryzalin | 0,9 | 2,0 | 2,2 |
| Cymoxanil | 0 | 0 | 1,8 |
| Flusilazole | 0 | 0 | 0,4 |
| Folpel | 0 | 0 | 0,6 |
| Mepanipyrim | 0,48 | 0,41 | 0,9 |
| Spiroxamine | 0 | 0 | 0,4 |
| Chlorothalonil | 0 | 0 | 0,4 |
| Benalaxyl | 0 | 0 | 0,5 |
| Chlorpyriphos éthyl | 0,13 | 0,29 | 0,5 |
| Alphaméthrine | 0 | 0,60 | 0,2 |
| Dinocap | 0 | 0 | 0,6 |
| Fenoxycarb | 0 | 0 | 0,1 |
| Flumioxazine | 0 | 0 | 0,02 |
| Total organiques | 7,1 | 15 | 113 |
Les taux de transfert sont importants pour le soufre (100 %, essentiellement sous forme de sulfate inoffensif) et le cuivre (1,3 %). Les pesticides organiques ont un taux de transfert global de 0,05 %.
Parmi les molécules organiques :
- - 9 molécules sont émises à un taux entre 1 % et 0,1 % (par ordre décroissant) : difénoconazole, glyphosate et son métabolite AMPA, dimétomorphe, diuron, fenhexamid, métalaxyl-M, iprovalicarb, pyriméthanil, tébuconazole ;
- - 9 molécules entre 0,06 % et 0,0001 % (par ordre décroissant) : aminotriazole, oryzalin, kresoxim-méthyl, fludioxonil, dichlobénil, glufosinate, dithiocarbamates (mancozèbe et metiram zinc), isoxaben, procymidone ;
- - 14 molécules ne sont jamais retrouvées dans les eaux : voir résultats de concentration ;
- - Aucune relation significative entre propriétés physico-chimiques de 32 molécules et taux de transfert n’a été trouvée en 2005 et 2006 (résultats non montrés).
Conclusion : dans les eaux, le cuivre sort à 1,3 % (17 g/ha en 2006) et les pesticides organiques cumulés à 0,05 % (10 g/ha en 2006). Parmi les pesticides organiques, certaines molécules sont très peu ou pas retrouvées dans les eaux et sont donc intéressantes du point de vue protection du milieu récepteur, la rivière.
Efficacité des mesures agro-environnementales et de gestion des bassins d’orage entre 2005 et 2006 : ça marche !
Alors que les résultats du bassin C montrent que l'année 2006 a été plus émissive que l’année 2005, l'enherbement, les écorces et la gestion aval des eaux en bassin d'orage sur le bassin-versant B sont efficaces : ils réduisent de 80 % (cuivre) et de 60 % (pesticides organiques) les émissions spécifiques (à apport et année climatique égales) dans les eaux en 2006 (figure 6).
Optimisation de l’épuration des eaux en bassin d’orage
Les pesticides sont émis de façon très discontinue au cours de la saison (figure 7). Le nombre d’échantillons (proportionnels au débit) pour l'année 2006 à l’aval du bassin B est de 18. L’échantillon du 07/07 représente 41 % du total annuel émis (14,4 g/ha) et l’échantillon du 08/06, 25 % de ce total. Ils correspondent à un écoulement total (ruissellement et drainage superficiel) de 15 et 7 mm respectivement. Les concentrations moyennes sont fortes lors de ces épisodes : 27,8 et 35,5 µg/l respectivement. Les pesticides sont donc émis de façon privilégiée lors des forts épisodes de ruissellement (fortes pluies ou orages), à la fois par des concentrations élevées et des volumes importants.
Une voie élégante de réduction des émissions est la (bio)dégradation en bassin d'orage ou autre plan d'eau construit ou naturel. Les temps de séjour calculés des eaux de ruissellement dans le bassin B pour l’année 2006 sont présentés à la figure 8, pour une hauteur d’eau de 1 m soit 440 m³ de capacité ou encore 44 m³/ha. Ces temps de séjour sont calculés à partir des données de débit aval disponibles depuis le début du projet au pas de temps de 5 minutes et en supposant un mélange parfait entre eau entrante et eau résidente, et l’absence de court-circuit hydraulique. Les temps de séjours calculés minima et médians sont de 0,3 j et 37 j pour une hauteur de 1 m et de 6,8 j et 56 j pour une hauteur de 2 m. Ces temps de séjour globalement élevés sont favorables à la dégradation des pesticides : plusieurs valeurs de demi-vie dans l'eau et les sédiments sont souvent atteintes (résultats non montrés), laissant ainsi espérer une dégradation quasi complète la majeure partie de l'année.
Les temps de séjour les plus grands (et donc les hauteurs d'eau les plus grandes) sont évidemment les plus favorables à l’épuration.
Des eaux. Mais les propriétaires des ouvrages craignent les dégâts des eaux sur les infrastructures !
Ils souhaitent donc disposer de bassins peu remplis à l'approche des orages d'été, et vidangés dans l'heure, alors que justement les flux de pesticides sont les plus importants lors de ces événements, comme le montre la comparaison des figures 7 et 8. Il faut donc absolument éviter les temps de séjour très courts ou nuls d'eau qui sont, lors de ces épisodes, très chargées en MES et pesticides.
Pour optimiser la rétention d'eau dans les bassins, nous avons recherché la relation entre temps de séjour et hauteur d'eau dans les bassins. Les temps de séjour sont plus
trop élevés.
– De grandes différences d’émission existent
que proportionnels à la hauteur d'eau dans les bassins pour les temps courts (< 10 j), c’est-à-dire lors des débits importants d'eau et de pesticides des orages d'été.
Au-delà de 10 j, ils sont moins que proportionnels. Il est donc essentiel d'autoriser dans notre cas une hauteur d'eau plus importante que 1 m au moins en été, pour éviter des temps de séjour quasi nuls d'eau chargée.
Ces éléments sont soumis à la réflexion des viticulteurs, qui nous ont autorisés en 2006 une hauteur d'eau maximale d’1 m au-dessus des sédiments (figure 3). Du fait des apports de sédiments, cette hauteur s'est progressivement réduite à 0,5 m en 2007...
Conclusions
– Les concentrations de pesticides dans les eaux d'orage et les eaux de drainage sont pour des zones voisines. Il est intéressant d’effectuer un zonage pour décider où agir d’abord.
– Les actions agro-environnementales d’enherbement, d’épandage d’écorce (malheureusement moins pérenne que l’enherbement) et de rétention d’eau dans les bassins d’orage permettent de réduire efficacement les émissions dans les eaux.
– Les pesticides sont émis essentiellement suite aux fortes pluies ou aux orages, générant des volumes importants d’eau à forte concentration.
– Les ouvrages hydrauliques doivent être optimisés pour gérer à la fois la fonction hydraulique (les débits d’eau de ruissellement) et la (nouvelle) fonction « épuration » attendue (qualité des eaux de ruissellement).
Pour les ouvrages existants, une hauteur d’eau permettant d’éviter les temps de séjour très courts (de moins de quelques jours) ou nuls doit absolument être mise en œuvre, pour protéger la qualité des eaux superficielles.
Actions en cours en 2007
– application de la lutte phytosanitaire raisonnée dans le bassin-versant B, par participation des viticulteurs au réseau Magistère du CIVC, utilisation du logiciel Phytochoix pour le choix des molécules, utilisation des résultats observés en 2006 pour le choix des molécules
– recommandation de poursuite d’enherbement, plus pérenne que les écorces, trop rapidement emportées par les orages sur les terrains en pente
– optimisation hydraulique et épuratoire du bassin B : trajet intérieur de l’eau, plantation de roseaux, suivi en continu de la turbidité, suivi des pesticides. Maintien sous eau de 6 bassins d’orage du vignoble de Baslieux, pour observer le comportement hydraulique des bassins dans ces conditions lors des orages d’été ;
– un Colloque international « Protection des eaux de surface contre les transferts diffus de produits phytosanitaires » est organisé par l’AFPP dans le cadre du projet les 15 et 16/11/2007 à Paris.
Remerciements
Les viticulteurs de Baslieux-s-Chatillon, et en particulier Mrs Liébart, Mathieu et Pascal, pour leur participation enthousiaste, ainsi que l’Agence de l’Eau Seine-Normandie et le programme LIFE (L’Instrument Financier pour l’Environnement) de l’Union Européenne.
