Revue AE&S vol.7, n°2, 8

 

La gestion des ressources naturelles

 

 

Mesures in situ de la lixiviation des nitrates et pesticides en situations agricoles : fiabilité et ergonomie


Marc Benoît*, Richard Cherrier**, Marina Pitrel*** et Arnaud Gobillot*

 

*Inra SAD unité Aster, Mirecourt

**Chambre Régionale d’Agriculture de Lorraine et actuellement Chambre d’Agriculture de Meurthe-et-Moselle, Laxou

***Agence de l’eau Rhin-Meuse, Rozérieulles

 

Contact auteur : marc.benoit@inra.fr

 


Introduction 

 

Le projet des ateliers Terrain de l’Association française d’agronomie a été validé en septembre 2011 pour concrétiser un lien et un dialogue entre agronomes de différents métiers (agriculteurs, conseillers, enseignants, chercheurs, etc.). Ces ateliers sont l’occasion d’échanger des points de vue et des connaissances sur les nouveaux enjeux agricoles et les questions qu’ils posent à l’agronomie et pour avancer conjointement dans la compréhension de défis locaux. La mutualisation des connaissances permet à chacun d’enrichir son activité quotidienne. Les ateliers Terrain visent enfin à renforcer les actions reliant la discipline et sa mise en œuvre pratique.

Ainsi, s’est concrétisée en Lorraine l’idée de réunir des agronomes de divers métiers pour échanger sur les atouts, les enjeux, les intérêts et les limites de différents dispositifs de mesure de la qualité des eaux. De nombreuses discussions ont émergé sur cette thématique à travers les visites de plusieurs sites (en place depuis plusieurs décennies pour certains, ou depuis l’an dernier pour d’autres) ; l’enjeu étant de faire plus largement connaître les dispositifs existants et leur capacité à répondre aux défis qui relient agriculture et qualité de la ressource.

Cet article reprend successivement (i) la question traitée et le déroulement de l’atelier, (ii) les sites visités et les échanges entre les participants, (iii) une courte synthèse sur l’histoire et l’efficacité des dispositifs de mesures in situ des pertes nitriques et en pesticides, (iv) enfin, une conclusion sur les enjeux qu’ouvre cet atelier pour les agronomes.

 

Présentation de la problématique de l’atelier et de son déroulement

 

Trente-deux participants, acteurs de la recherche, du développement et de l’enseignement, se sont retrouvés le 2 mai 2012 pour participer au premier atelier Terrain de l’Afa en Lorraine. Cet atelier itinérant a permis aux agronomes d’échanger sur la thématique de la qualité des eaux en territoires agricoles, autour des dispositifs de mesure et d’amélioration de la qualité des eaux (visites de sites de drainage équipés, de sites à bougies poreuses, et de zones humides de remédiation). Cette journée « déambulatoire » de Laxou à Villey-Saint Etienne, et de Courcelles-Chaussy à Jallaucourt, permit des échanges poursuivis de site en site. Elle était co-organisée par Richard Cherrier (CRAL), Marina Pitrel (AERM) et Marc Benoît (Afa et INRA Aster à Mirecourt).

Ce rendez-vous sur le terrain proposa donc un échange autour d’une question agronomique d’intérêt régional : les actions agronomiques collectives d’amélioration de la qualité de l’eau dans l’Est de la France, quels enjeux, résultats et perspectives pour les agronomes ?

 

Figure 1 : Mesurer la qualité des eaux en parcelles agricoles pour aider les agronomes à imaginer des solutions innovantes de protection des ressources en eau de Lorraine

 

L’enjeu traité est celui de la mesure in situ, en parcelles agricoles, des qualités des eaux produites par diverses situations agronomiques : systèmes de culture-sols-climats. Les dispositifs sont discutés tant sur leur fiabilité que sur leur ergonomie, en particulier sur l’articulation entre la mise en œuvre de pratiques agricoles usuelles et les mesures des qualités des eaux répétables sur un temps long.

Sous un ciel encore clément, dans une ambiance détendue grâce au café et aux viennoiseries, Marc Benoit, chercheur à l’INRA Aster à Mirecourt et représentant de l’Afa, a inauguré la journée en présentant à tous le programme et les objectifs de cet atelier Terrain : communiquer entre agronomes afin de s’enrichir mutuellement des expériences de chacun et favoriser un partage des savoirs le plus riche possible. S’en est suivi un tour de présentation des différents participants, issus des Chambres d’Agriculture, d’Agences de l’eau, de coopératives, instituts, de l’INRA, ou simplement agronomes passionnés, y compris jeune retraité !

 

Les sites visités et les échanges entre les participants 


Première étape : les sites à bougies poreuses de Villey Saint Etienne

Richard Cherrier et Nathaël Leclech de la Chambre Régionale, gestionnaire de l’installation, se sont ensuite relayés pour présenter l’historique et les particularités de ces parcelles équipées de sites à bougies poreuses.

 

Figure 2 : site à bougies poreuses, vue d’ensemble (Villey-saint-Etienne, 54) ; CRAL

 

Quel est l’impact des pratiques agricoles sur l’évolution de la qualité de l’eau et sur les transferts de produits phytosanitaires dans les eaux ? Ces deux problématiques ont guidé la réflexion du programme régional d’études sur les sites à bougies poreuses (de 1999 à 2005 pour les pratiques de fertilisation et depuis 2005 pour les travaux sur les produits phytosanitaires).

Le principe de la bougie poreuse consiste à faire passer, à l’aide d’une dépression, la solution du sol à l’intérieur d’un tube en PVC munie d’une tête en porcelaine poreuse. Cette bougie est positionnée horizontalement à 1 m de profondeur sous le système racinaire. Ce dispositif permet de ne pas pénaliser les interventions culturales et de ne pas modifier le profil pédologique. Des prélèvements d’eau sont réalisés tous les 40 mm de précipitations ou toutes les deux semaines. L’eau extraite de la bougie est ensuite analysée (dosage des nitrates et/ou produits phytosanitaires).

Dans une même parcelle, cinq fosses mitoyennes ont été équipées de sept bougies en étoile afin d’étudier les effets de cinq pratiques différentes (intensive, raisonnée, intégrée, etc.). Les effets de la dose, de la date d’application, du travail du sol et du système de culture ont été évalués. Afin de disposer de références dans plusieurs contextes pédoclimatiques, la CRAL possède trois sites pérennes équipés de bougies poreuses depuis 1999 et 2005 pour le dernier : Villey-Saint-Etienne (54), sol superficiel argilo-calcaire ; Rolainville (88), sol argilo-limoneux profond ; et Ludelange (57), sol limoneux battant profond.

Ces résultats bougies poreuses confirment que le raisonnement de la fertilisation azotée pratiquée depuis le début des années 90 permet de limiter les flux d’azote dans les eaux de lessivage. En ce qui concerne les produits phytosanitaires, on se rend compte que le devenir des produits après application est un processus complexe, dépendant des caractéristiques du produit (nature chimique des molécules), mais aussi des conditions du milieu (travail du sol, date et dose d’application, lame drainante, etc.). Ces résultats d’expérimentation seront complétés par les expérimentations du programme Eau’bjectif 2015 (partenariat CRA Lorraine – Agence de l’eau RM).

Marc Benoît a ensuite fait un rapide historique de ce type d’installation, initiée par le travail de Ballif et Féodoroff en 1969 à l’INRA de Châlons-sur-Marne, et présenté les travaux bougies poreuses de l’INRA de Mirecourt, acteur pionnier de ces dispositifs. Un temps d’échanges informels s’est installé autour de la parcelle puis l’ensemble du groupe est remonté en voiture pour se diriger vers le lycée agricole de Courcelles-Chaussy, où un buffet bienvenu a été servi. Les participants ont pu profiter de ce moment de détente pour discuter en petits groupes de leurs différentes activités, des problèmes qu’ils y rencontraient, ou de leurs passions. L’après-midi a ensuite commencé par une présentation par Colette Kieffer d’un site de drainage équipé d’appareils de mesure de débit et de prélèvement d’eau asservi au débit.

 

Figure 3 : site à bougies poreuses, sortie des capillaires de prélèvements des eaux en bordure de parcelle (Villey-saint-Etienne, 54) ; CRAL

 

Deuxième étape : les parcelles drainées du lycée agricole de Courcelles-Chaussy

L’objectif de ce site, présenté par Colette Kieffer, est de mesurer l’incidence de la modulation de l’IFT herbicide sur la qualité des eaux de drainage dans le but de fournir des références aux conseillers pour contractualiser des MAE « réduction des herbicides » auprès des agriculteurs dans de bonnes conditions. Sont mises à disposition pour ce projet quatre parcelles agricoles (15 ha) drainées individuellement. Les drains de chacune des parcelles rejoignent des collecteurs spécifiques permettant de diriger les eaux vers la « cabane qualité des eaux ».

Deux parcelles sont conduites en itinéraire technique conventionnel et deux parcelles en itinéraire raisonné. Les eaux de drainage arrivent dans quatre bacs de prélèvement pour être collectées (prélèvement asservi au débit) puis réfrigérées avant analyse. En parallèle, des comptages d’adventices et l’évaluation des composantes du rendement sont réalisés dans les parcelles.

On retrouve globalement plus de produits phytosanitaires dans les eaux des parcelles conventionnelles que dans les eaux des parcelles raisonnées. La flore adventice y est cependant plus présente, sans que cela influe fortement sur le rendement.

Pour conclure, on retrouve de nombreux produits phytosanitaires dans les eaux de drainage, ainsi que leurs produits de dégradation (rémanence variant de quelques mois à plusieurs années). La diminution de l’IFT est possible en jouant sur différents leviers tels que : le choix des variétés, la pratique du faux-semis, le décalage de la date de semis, la densité de semis, le désherbage mécanique, le traitement phytosanitaire localisé, la réduction de dose, etc… ; certains de ces leviers étant très dépendants des conditions climatiques. La réduction de l’IFTh n’a eu que peu d’impact sur les rendements jusqu’à présent.

 

Figure 4 : équipement de mesure des débits et prélèvement des échantillons d’eau du réseau de drainage ; EPLEA Courcelles-Chaussy (57)

 

Troisième étape : les zones humides de remédiation, le cas de Jallaucourt

 

La journée s’est achevée par la visite du dernier site au programme : un dispositif filtrant en sortie de drainage agricole. Nicolas Chartier, de la Chambre Régionale, a tout d’abord présenté les objectifs de cette expérimentation.

 

Figure 5 : zone humide de remédiation de Jallaucourt (57) ; vue paysagère ; CRAL

 

Figure 6 : zone humide de remédiation de Jallaucourt (57) ; vue du dispositif de mesure ; CRAL

 

Le drainage agricole, s’il offre la possibilité de cultiver des terres lourdes dans un climat lorrain difficile, présente un important inconvénient environnemental : il connecte la solution du sol avec les cours d’eau, facilitant ainsi la fuite de nitrate, phosphate et molécules phytosanitaires dans le milieu naturel. La mise en place de dispositifs épuratoires en sortie de drainage représente donc un levier potentiellement intéressant pour limiter les rejets des polluants dans le milieu, en complément d’une politique de réduction de leur utilisation.

La capacité épuratrice a été évaluée sur divers systèmes rustiques de filtration, afin d’identifier les meilleurs compromis efficacité/acceptabilité pour les exploitants.

Le site visité est muni d’un dispositif dit « botte de paille », mais il existe également des « mare-tampon », des fossés courts re-végétalisés ou non. Territorialement, ces dispositifs s’insèrent dans les bandes enherbées Une mesure continue du débit est assurée grâce à un débitmètre enregistreur hauteur-débit. Des prélèvements sont effectués, asservis au débit, afin d’avoir un échantillon représentatif de la qualité de l’eau de drainage.

Cette première année a permis de faire un état des lieux des molécules retrouvées mais a surtout été l’année de la mise en place du dispositif (conditions de faisabilité), d’ajustement du protocole, tant au niveau des prélèvements (fréquence, quantité) que des analyses. Les résultats appellent donc à beaucoup de prudence dans leurs interprétations, mais nous notons que certaines molécules, telles que l’AMPA, sont retrouvés dans près d’un tiers des prélèvements. La capacité des ouvrages à diminuer la quantité de produits entre l’entrée et la sortie du dispositif reste pour l’instant limitée, avec des résultats très variables en fonction des molécules, des sites, de la période, etc. On ne peut donc pas encore conclure à un fort bénéfice environnemental de ces dispositifs, même si les résultats sont encourageants en ce qui concerne les nitrates.

 

Brève histoire et fonctionnement des méthodes de mesures in situ des pertes nitriques et en pesticides : fiabilité, ergonomie pour les agronomes

 

En accord avec Titus et Mahendrappa (1996) qui ont proposé une définition qui englobe l'ensemble des modèles, nous définissons un dispositif lysimètrique comme étant un dispositif implanté in situ servant à mesurer des flux volumétriques d'eau avec ou sans l'application de tension, ou à collecter des échantillons d'eau pour fins d'analyses d'éléments dissous et/ou en suspension d'origine naturelle ou anthropique. Pour chacune des méthodes lysimétriques, il existe de nombreuses variantes et définitions (Aboukhaled et al., 1986).

Pour construire ces références in situ, de nombreuses méthodes de mesure des concentrations et des flux de nitrates lixivié d’un profil de sol peuvent être utilisées. Ainsi, niveau de précision des mesures, reproductibilité, coût, sont des exemples de critères (Addiscott, 1990) régissant le choix du système de mesure qui sera le mieux adapté à ses objectifs d’études. Depuis les comparaisons réalisées par Addiscott en 1990, quelques auteurs ont confronté différents systèmes de mesure (Grossman et Udluft, 1991 ; Hendershot et Courchesne, 1991 ; Weihermüller et al., 2005).

Nous exposerons successivement les lysimètres, les sites à bougies poreuses, les parcelles drainées ; et pour chacun des dispositifs, une brève histoire de leur apparition dans le monde des agronomes, et les principales caractéristiques lors de leurs usages in situ en parcelles agricoles.

 

Les lysimètres 

 

Brève histoire

Les premières recherche introduisant la technologie du lysimètre dans des études des composants du sol et des flux d’eau remontent au 17ème siècle par De La Hire mathématicien et météorologue de Louis XIV (De la Hire, 1703 ; Dalton, 1802). Celles-ci ont connu un développement rapide seulement au cours des cinq dernières décennies. Le premier lysimètre à sol non remanié (Monolith) fut établi à Rothamsted (Angleterre) en 1870 (Lawes et al., 1881a et 1881b). Le rapport de la séance de l’académie de l’agriculture du 4 avril 1995 montre trois périodes principales d’installations de lysimètres en France. La première entre 1879 et 1950 voit seulement la réalisation de trois dispositifs, dont le premier fut implanté en Lorraine sous la houlette de Nicolas Grandeau. Cinq sont installés entre 1950 et 1960. A partir de 1960 jusqu’à 1995 quarante-six dispositifs ont vu le jour. Depuis, de nombreuses versions existent (ouvert, fermé, par gravité, par succion, etc.)(Muller, 1996).

 

Fonctionnements des lysimètres : intérêts et limites pour les agronomes

Dans sa conception la plus simple, la lysimétrie, c'est la mesure volumétrique de toutes les entrées et sorties d'eau d'un récipient qui contient une masse de sol isolée à surface nue ou végétalisée (Aboukhaled et al., 1986). Ainsi, une case lysimètrique s’apparente à un dispositif qui isole une colonne de sol et comporte à sa base un système de récupération des eaux qui percolent. La face supérieure est exposée à l’action des agents atmosphériques, tandis que la face inférieure, drainée permet de déterminer les caractéristiques de la solution évacuée par drainage (Goss et al., 2010). Les dimensions sont très variables d’un dispositif à l’autre (entre 0.27 m² et 20 m²). Ces cuves permettent de réaliser un bilan complet des composés minéraux et organiques par la mesure directe des entrées et des sorties sur une colonne verticale de sol (Muller&Bolt, 2009). Le volume d’eau drainé est estimé par la collecte au niveau de la partie inférieure du lysimètre. Les collecteurs d’eau peuvent être installés sous le lysimètre ou au niveau des bordures des parcelles où ils sont implantés (Bergström, 1996 ; Baker et Timmons, 1994 ; Bergström et Jarvis, 1993). Le cumul de ce volume couplé aux analyses de chaque échantillon permet de déterminer la quantité d’élément lixivié sur la période de mesure. Du rapport de ces deux variables découle la concentration annuelle moyenne en azote nitrique.

Le lysimètre peut être installé en parcelle cultivée sans gêne pour les pratiques agricoles. Les critères influençant principalement son utilisation concernent le remaniement ou non du sol étudié. Les systèmes en sol non remanié aussi nommé bloc monolithe sont mis en place par enfoncement vertical du cylindre lysimétrique, à l'aide d'un bras de pelle hydraulique (Müller & Bolte, 2009 ; Ballif & Muller, 1993). La plaque de fond est ensuite insérée horizontalement. Trois tuyaux perforés percent le bas de la cuve et sont interconnectés pour l'évacuation des percolats du fond de la cuve lysimétrique vers une chambre de visite en bordure de champ, où un bidon récolte les eaux de percolation (Fonder et al., 2010). Au sein des systèmes de sols repositionnés, la cuve est remplie des couches successives de sol, soigneusement séparées lors du creusement, sur base des observations du profil pédologique, le remplissage doit ensuite être très soigneux pour diminuer les artéfacts pédologiques internes au lysimètre ( Scholl et Hibert, 1973 ; Vertès et Simon, 1992 ; Johnson et al., 1995; Troxler et al., 1998 ; Weihermuller et al., 2007).

Il est difficile d’estimer les moyens humains associés à la mise en place et au suivi de telle infrastructure. Close et al. (2004) indique qu’une installation de trois lysimètres de 50 cm de diamètre coûtent environ 23 000 euros (25 000 US $). Corwin et al. (1994) l’estime comme étant inférieur à 3700 euros par unité installée (4000 $US). Le type de lysimètre choisi va fortement influencer sur les coûts d’achat et de suivi. Par exemple, un lysimètre pesable hydraulique peut coûter deux fois plus qu’un lysimètre à drainage libre (Aboukhaled et al., 1986). Les versions avec dispositif de pesée intégrée peuvent facilement dépasser les 50.000 $US. De même, le temps nécessaire à la construction et à l’installation peut atteindre plusieurs mois et nécessite l’intervention d’un personnel spécialisé. En général, les dispositifs simples à drainage libre son moins coûteux que des dispositifs à succion contrôler (Weihermüller, 2007).

La charge de travail et le coût associé à la mise en place de tels dispositifs (Bergström et al., 1990) obligent à une utilisation de longue durée. En conséquence, de telles installations sont principalement utilisées dans des dispositifs expérimentaux de longue durée. Par exemple, d’importants champs d’étude lysimétriques sont nécessaires pour étudier les effets à long termes de pratiques de labour (Goss et al., 1993), de gestion de pâturage (Scholefield et al., 1993). Cette technique permet souvent d’apprécier les pertes en nitrates sur des systèmes de manière pluriannuels et donc d’évaluer les conséquences d’effets cumulatifs.

 

Les sites à bougies poreuses

 

Brève histoire

Le principe des bougies poreuses a été décrit pour la première fois par Briggs et McCall en 1904. Utilisée depuis plus de 50 ans maintenant (Wagner, 1962), la bougie poreuse est une technique qui permet la collecte de flux d’eau sous racinaire. Ce système a donc déjà prouvé son efficacité à mesurer la lixiviation du nitrate sous l’horizon sous racinaire (Féodoroff et Ballif, 1969 ; Poss et al., 1995 ; Benoît et al., 1995, Heydel et al., 1998).

 

Fonctionnements des sites à bougies poreuses : intérêts et limites pour les agronomes

La mise en place de bougies poreuses reste relativement simple en comparaison des autres moyens de mesure. Elles peuvent être installées au sein du sol dans plusieurs orientations (Mitchell et van Genuchten, 1993) : à l’horizontale, à la verticale, avec un angle de 45° par rapport à la surface ou strictement verticale (Mitchell et al., 2001). Une comparaison des deux dispositifs horizontaux et verticaux montre que les résultats sont semblables entre les deux dispositifs (P? 0.05) (Mitchell et al., 2001). Cependant, l’implantation horizontale à 90 cm de profondeur est préconisée. Cet agencement, bien que nécessitant de plus importants travaux de terrassement dans les parcelles, a l’avantage de ne pas entraver l’exécution de toutes les pratiques agricoles (travail du sol, pâturage, etc.). De plus, un dispositif de type horizontal évite d’endommager le couvert végétal lors des prélèvements. De même, la disposition horizontale des bougies limite les écoulements préférentiels le long du tube et la contamination par de la terre issus de l’horizon de surface (Benoit et al., 1995). Cependant, une année de stabilisation est parfois nécessaire à l’obtention de résultats représentatifs (Benoit, 2014).

La qualité des résultats va dépendre du nombre de bougies implantées par site et de la précision d’installation. Pour le premier critère, il est nécessaire d'installer plusieurs bougies poreuses pour mieux représenter la variabilité spatiale; de bons résultats étant obtenus avec 6 à 8 bougies par parcelle (Vos et al., 2004). Pour le second critère, le contact entre la céramique et le sol environnant, de nombreux auteurs montrent que l’utilisation d’un pralin (issus de la terre extraite de l’emplacement visé), préalablement tamisé, autorise le passage de l’eau entre les deux milieux (Wood, 1973 ; Quin & Forsythe, 1976). Grossmann et Udluft (1991) montrent, par exemple, que le bon contact sol/céramique est d’autant plus important à construire si le sol est sableux ou à forte pierrosité.

Contrairement aux mesures avec un lysimètre fermé, il reste nécessaire d’estimer le drainage pour accéder aux flux (volume d’eau percolée ou poids d’azote nitrique lixivié par unité de temps). Pour cela, un modèle de bilan hydrique élaboré à partir de données météorologiques ou de dispositif lysimétrique permet de calculer les flux d’eau à partir d’une estimation de tous les autres termes du bilan (apport d’eau, évapotranspiration, variation de stock d’eau dans le sol et flux de ruissellement éventuel).

Les auteurs concluent pour la plupart que les dispositifs comportant des bougies poreuses restent faciles d’installations, de suivis et présentent un coût relativement faible (Hansen & Harris 1975 ; Webster et al., 1993). Le coût de ce type de dispositif reste fortement dépendant de la technique d’implantation des bougies définies. En effet, une pose horizontale comprend des opérations de terrassement et des besoins en matériel plus conséquent. Ledgard et al. (1996) estiment le coût d’installation et de suivi de 60 bougies poreuses à 38 000 euros (41 600 $US).

 

Le drainage agricole

 

Brève histoire

Selon la littérature (G. Trouche, in le site Les mots de l’agronomie), le drainage souterrain est connu et pratiqué depuis 2.200 ans, et ce, dans plusieurs régions du monde. En Amérique du Nord, il fait son apparition aux États-Unis vers la deuxième moitié du XIXe siècle. Ce terme, issu du verbe anglais to drain, apparaît en français au milieu du XIXe siècle (Dauzat, 1954 ; Perrey, 1981 ; Centre National de Ressources Textuelles et Linguistiques, 2012). Le terme drainage regroupe l’ensemble des aménagements hydro-agricoles à l’échelle de la parcelle destinés à désengorger les sols qui sont en excès d’eau au moins une partie de l’année. En France, presque 3 millions d’hectares sont actuellement drainés, essentiellement par tuyaux enterrés. Les surfaces drainées représentent ainsi 12 % de la Surface Agricole Utile (SAU) (d’après le Recensement Général Agricole, RGA, en 2010) avec des taux qui peuvent atteindre 90% de surface drainée au niveau des petits bassins agricoles amont. Le principe du drainage est la création d’un exutoire artificiel pour évacuer gravitairement les eaux (Billy, 2008). Ces dispositifs d’évacuations des excès d’eaux peuvent être assimilés à des lysimètres géants (Arlot, 1999 ; Kladivko et al., 2004). On considère alors que le réseau de drainage capte la majorité des flux de percolations (Henine et al., 2010) ou à tout le moins que les flux drainés sont représentatifs de l’ensemble de l’infiltration.

 

Fonctionnements des prélèvements à partir de drains agricoles : intérêts et limites pour les agronomes

L’installation d’un réseau de drainage est en général longue et coûteuse. La majorité des études actuelles sont donc réfléchies sur des systèmes déjà existants. Le fonctionnement hydraulique des parcelles drainées se caractérise par des débits de pointe brefs suivis par des phases de tarissement de longue durée. De tels systèmes de mesure paraissent plus adaptés à des dispositifs d’études de longue durée. Difficile à installer dans le cadre d’une expérimentation, ils ont l’avantage d’être présents dans de nombreuses parcelles. Cela permet ainsi un suivi dynamique des pertes à l’échelle de la parcelle et au sein de zones diverses d’un territoire composé de parcelle drainée.

Comme pour les autres systèmes de mesures, il convient de réaliser les mesures des débits et des concentrations pendant la période de drainage, pour représenter au mieux les divers épisodes de drainage. L’étude conjointe de la qualité de l’eau et des transferts hydrauliques permet de comprendre la chronologie et l’intensité des exportations d’azote par les eaux de drainage agricole. Une étude comparant lysimètre et drainage (Bergström, 1984) recommande l’utilisation du lysimètre pour estimer les flux d’eau au sein d’une parcelle. En effet, la moindre dynamique de l’eau de drainage au sein des réseaux de drainage semble expliquer cette différence. Il confirme ainsi d’anciens travaux (Hood, 1977) montrant que 20% du volume des précipitations est mesuré en sortie de drain contre 38% pour des mesures sous lysimètres.

Bien que les opérations pour la mise en place de réseaux de drainage soit conséquentes, ces dispositifs sont intéressants car ils sont installés pour une longue durée. Leur installation est la plupart du temps davantage motivée par la nécessité d’améliorer les conditions de culture d’une parcelle que par l’envie de réaliser un suivi expérimental. En effet, cette installation reste coûteuse pour l’expérimentateur (1500 – 2000 €/ha). Il est donc plus intéressant de valoriser le suivi de parcelles drainées existantes, par des échantillonnages d’eau répétés sur la campagne, que de mettre en place un réseau de drainage dans une parcelle précise. La cartographie des parcelles drainées sur un territoire et leur suivi présente ainsi un moyen efficace pour les agronomes, ergonomique et économique de suivre différentes pratiques.

 

Les conclusions de l’atelier et les perspectives

 

Cet atelier centré sur les suivis d’eaux issus de milieux agricoles a mobilisé des agronomes de diverses compétences et de 14 organismes différents. Cette diversité des métiers d’agronomes s’est confrontée à la diversité des dispositifs dont disposent les agronomes pour répondre à la question suivante : quelles qualités d’eau sont issues de diverses situations agronomiques « systèmes de culture-sols-climats ».

 

Les comparaisons de méthodologies lors de cette journée de terrain ont été complétées par les arguments publiés dans la bibliographie. Ceux-ci concluent pour la plupart que les mesures réalisées à l’aide de cases lysimètriques sont les plus fiables. Juste derrière celles-ci beaucoup considèrent que le suivi à l’aide de bougies poreuses permet davantage de précision que l’étude de la lixiviation par la réalisation de prélèvement de sol, les classiques « profils azotés » des agronomes. Par contre, dès lors que les écoulements d’eau semblent complexes, les études avec les bougies poreuses sont plus fiables.

Une étude comparative sur 3 ans de ces trois mesures (Webster et al., 1993) présente des différences entre méthodes lors de la première année. La cause de ces différences serait liée à la la perturbation du sol autour du dispositif lors de son installation. Cependant, les années suivantes, les mesures réalisées avec les bougies poreuses et les cases lysimètriques aboutissent aux mêmes concentrations en nitrate lixivié. Seules les concentrations calculées à partir des extractions de sols présentent des valeurs significativement plus faibles. Zotarelli et al. (2007) confirment cette différence.

Ainsi la fiabilité d’une technique repose sur sa capacité à pouvoir réaliser des prélèvements d’eau dans le temps et l’espace.

L’ergonomie de mise en place et d’usage montre une balance favorable aux dispositifs drainés avec prélèvements asservis aux volumes écoulés, et à ceux mobilisant des bougies poreuses adossés au calcul de la lame d’eau drainante. Les situations visitées et les témoignages des pilotes de ces dispositifs ont confirmé ces acquis bibliographiques. La dimension essentielle de cette ergonomie étant de permettre tous types d’usages des parcelles par les agriculteurs, ou gestionnaires de fermes expérimentales, et ceci jusqu’à 60 cm de profondeur, évitant des interactions délicates avec des outils de travail du sol profonds. Donc, selon les conditions locales, les deux dispositifs, suivis des collecteurs de drainage et sites à bougies poreuses enterrées permettent aux agronomes de mesurer in situ la lixiviation des nitrates et pesticides en situations agricoles, avec des niveaux satisfaisants d’ergonomie et de fiabilité.


Références

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Bergström,L. 1987. Nitrate leaching and drainage from annual and perennial crops in tile-drained plots and lysimeters. J. Environ.Qual. 16:11-18

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