En région Rhône-Alpes, les grands aquifères localisés dans les sols de graviers sont considérés comme vulnérables au regard des pollutions diffuses d'origine agricole. Les sols de formation sablo-graveleuses sont en effet très perméables. L'eau s'y infiltre rapidement, cela peut générer des risques de transferts de nitrates et de substances actives phytosanitaires vers les nappes d'eau souterraines. Ces bassins représentent environ un tiers de la SAU de la région Rhône-Alpes qui sont à vocation majoritairement céréalière (environ 50 % de maïs irrigué).
Afin de bénéficier de scénarios d'évolution technique suffisamment fiables dans une optique de développement durable et notamment de préservation des ressources en eau, il convient de proposer aux agriculteurs des solutions techniques éprouvées. Cela nécessite de bien connaître les modalités de transfert par infiltration de substances actives phytopharmaceutiques et d'éléments minéraux tels que les nitrates vers la nappe en fonction des différents itinéraires techniques de production adoptés.

Le dispositif expérimental

Un dispositif expérimental a été mis en place par Arvalis sur une parcelle du Créas (Centre régional d'expérimentation agricole de Saint-Exupéry) avec le financement de l'agence de l'eau Rhône Méditerranée Corse (RMC) et de la Région Rhône-Alpes. Il est fonctionnel depuis la campagne 2006-2007. C'est une expérimentation pluriannuelle, en parcelles de taille moyenne, équipées d'instruments de mesures des transferts d'eau verticaux : les cases lysimétriques ouvertes (voir figure 1). Ces cases d'une surface de 1 m² sont enterrées à 1,40 m de profondeur sous la rhizosphère permettant l'intervention des engins agricoles et ainsi se placer dans une pratique comparable à une situation agricole de plein champ. La case lysimètrique permet de recueillir les eaux de percolation, de mesurer leurs quantités et après analyse de quantifier les flux de nitrates et de substances actives qui sont les deux éléments étudiés. Ce dispositif occupe une parcelle de 4 ha entièrement dédiée à cette étude. Six systèmes de cultures y sont comparés portant sur un choix d'espèces largement représentées en Rhône-Alpes. Il compare des itinéraires culturaux de référence, représentatifs des pratiques des agriculteurs, à des itinéraires intégrant des pratiques différentes : non-labour, couverture du sol pendant l'interculture (Cipan), pratique du désherbinage etc... dont on mesure l'impact sur les transferts.

26 cases lysimétriques

Le dispositif est divisé en trois espaces :
1 - Un couvert permanent composé d'une jachère d'herbe non exploitée, broyée et restituée sur lequel aucun apport de fertilisant ni de produit phytosanitaire n'est réalisé.
2 - une monoculture de maïs avec 4 conduites (voir tableau 1); La conduite économique a évolué en 2011 : la monoculture a été coupée par un blé, en conformité avec la législation chrysomèle, ceci afin d'en mesurer l'incidence technico-économique et environnementale. A partir de 2012, cette conduite est menée en culture de maïs selon les mêmes règles que la conduite référence.
3 - une rotation quadriennale avec deux systèmes et quatre cultures (voir tableau 2). Treize modalités sont ainsi comparées regroupées en six systèmes de cultures. Chaque année toutes les cultures sont présentes et étudiées. Chacune des modalités est équipée de deux cases lysimétriques pour disposer d'une répétition de mesures. Ce sont donc vingt-six cases lysimétriques qui sont en service sur ce site.

Huit campagne de résultats

Le dispositif ainsi mis en place autorise plusieurs types de mesures : les flux d'eau, les substances actives phytosanitaires et les flux de nitrate.
Les flux d'eau. La case lysimétrique présente l'avantage de pouvoir mesurer les flux d'eau qui percolent dans ce type de sol. Nous avons pu ainsi évaluer les flux d'eau selon deux dimensions :
- la quantité de flux de drainage. Au fil des campagnes et des successions de cultures, les quantités d'eau sont mesurées précisément. Elles peuvent être mises en relation avec les hauteurs pluviométriques annuelles, mais aussi avec les techniques culturales mises en place, telle que l'introduction d'une culture intermédiaire, le niveau d'irrigation mis en œuvre sur les différentes cultures etc... Dans un second temps, après analyse au laboratoire de la qualité de ces eaux, ces mesures de lame d'eau permettent d'apprécier directement les flux d'azote et de phytosanitaires transférés vers les eaux souterraines.
- la cinétique de percolation : la vitesse avec laquelle l'eau s'infiltre et traverse le profil cultural peut-être mesurée et appréciée par ce type de dispositif. Nous pouvons observer que, durant l'hiver, lorsque le sol est complètement rechargé, la vitesse d'écoulement est très rapide. Il se passe 15 à 20 heures entre le début de la pluie et les premiers écoulements dans les lysimètres, 5 jours pour que la totalité de la pluie soit récupérée dans le lysimétre.
Les cases sont relevées toutes les semaines pour réaliser un échantillonnage lorsque suffisamment d'eau s'est écoulée. Chaque année 15 à 20 prélèvements par lysimétre ont été réalisés, soit 390 à 520 échantillons par an pour l'ensemble du dispositif. Entre 2006 et 2014, ce sont 2 682 échantillons qui ont été constitués et analysés.

Les substances actives phytosanitaires. La variété des situations testées a permis d'étudier pas moins de 73 substances actives dont 4 métabolites. Le choix des substances actives recherchées a été fait à partir des critères suivants :
• substances actives appliquées lors des campagnes 2004-2005 et 2005-2006, soit les deux campagnes précédant le début de l'essai,
• depuis la campagne 2006-2007, toutes les molécules sont recherchées à partir de leur date d'application et sur l'échantillon précédant leur date d'application.
De 2007 à 2014, à partir des 2 682 échantillons prélevés, un peu plus de 60 000 recherches de substances actives ont été effectuées afin de caractériser les molécules et leur risque de transfert en fonction de leur particularités et des techniques culturales mises en œuvre sur cette expérimentation.
Les flux de nitrate. En ce qui concerne l'azote le dispositif nous permet de mesurer les comportements des six systèmes de culture sur la lixiviation du nitrate : les quatre systèmes en monoculture de maïs et les deux systèmes en rotation avec et sans cultures intermédiaires pièges à nitrates (Cipan).
Les mesures réalisées depuis 2006 concernant l'introduction de Cipan dans la rotation a permis de préciser les capacités des différentes espèces à pièger le nitrate au travers des mesures de production de matière sèche, de teneur en azote et d'azote absorbé. Cela permet aussi de bâtir des relations entre le développement des couverts et la diminution des teneurs en nitrates des eaux de percolations et par conséquence la réduction des transferts d'azote. Sur la monoculture, ce sont les pratiques de fertilisation, date, dose et modalités d'apport qui ont fait l'objet de mesures et d'observations pour en évaluer les impacts sur les transferts de nitrate dans les eaux de percolation.
Yves Pousset, Arvalis-Institut du végétal

Colloque au champ

Un colloque au champ, pour la restitution des huit années de résultats, se tiendra sur le site de la station du Creas à Lyon Saint-Exupéry (Rhône), le jeudi 17 septembre.
Cette journée se déroulera en deux temps, avec une matinée sur le site expérimental pour une présentation du dispositif et des résultats expérimentaux à travers trois ateliers.
L’après-midi se tiendra en salle en séance plénière pour une synthèse et une mise en perspective de ces résultats avec la participation de professionnels agricoles, de représentants l’agence de l’eau et d’acteurs de la distribution agricole. 
Pour plus d’informations et inscriptions, contactez Sandrine Stanzer – Arvalis
Tél : 04 72 23 80 85 – email : [email protected]