Transfert de substances actives phytosanitaires et de nitrates : huit années de résultats

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. Ces bassins sont majoritairement destinés à la production céréalière avec une part importante de maïs irrigué. Dans une optique de développement durable et de préservation des ressources en eau, Aravlis-Institut du végétal a mis en place un dispositif de suivi de qualité des eaux sur des sols de graviers du Créas à Saint-Exupéry (Rhône). Objectif : mieux comprendre les modalités de transfert des nitrates et des substances actives selon les systèmes de culture et les itinéraires culturaux. Ce dispositif bénéficie du soutien financier de l'agence de l'eau Rhône Méditerranée Corse et de la Région Rhône-Alpes.
Le dispositif
Cette expérimentation pluriannuelle, en place depuis la campagne 2006-2007, s'articule autour de deux espaces de cultures principaux : un espace monoculture de maïs qui compare quatre systèmes différents : référence pratique agriculteur, non labour, économique et faible pression d'intrants. Un espace rotation quadriennale avec une succession de quatre cultures : maïs, féverole, blé et tournesol de 2007 à 2010 puis soja, maïs, tournesol et blé de 2011 à 2014. Cette rotation a été conduite selon deux modes : référence pratique agriculteur avec sol nu à l'interculture et conduite avec Cipan installé lors de l'interculture. Un troisième espace composé d'un couvert permanent d'herbe sans apport ni de fertilisant ni de phytosanitaire complète le dispositif. En tout, ce sont près de 13 modalités qui sont testées grâce à un réseau de 26 cases lysimétriques qui récupèrent les eaux d'infiltration à 1,40 m de profondeur, sous le niveau atteint par les racines. Il est ainsi possible de mesurer les quantités d'eaux qui percolent et, après analyse, de quantifier les transferts de substances actives phytosanitaires et de nitrates dans ces sols.
Les flux d'eau
La case lysimétrique présente l'avantage de pouvoir mesurer les flux d'eau qui percolent dans ce type de sol. Au fil des campagnes et des successions de cultures, les quantités d'eau sont mesurées précisément. On observe que les courbes de cumuls sont déterminées par le régime des pluies au cours de la campagne et dépendent de la durée et de l'intensité des épisodes pluvieux. Les lames d'eau sont propres à chaque lysimètre et dépendent des propriétés hydro-dynamiques du profil de sol.
Chaque année, ce sont 35 à 39 % des quantités de pluie et d'irrigation qui percolent. Ces pourcentages varient en fonction de la culture en place et de son état de développement au printemps. La majeure partie des percolats se déroulent pendant la période hivernale, c'est-à-dire au moment de l'interculture et du repos végétatif. La présence de Cipan lors de l'interculture induit une diminution de 11 % des volumes percolés par rapport au sol nu. Cette différence est significative au moment de la reprise du drainage en début d'hiver. Le couvert permanent réduit de façon plus marquée les percolats et donc la recharge de la nappe.
interculture et couvert permanent
La vitesse avec laquelle l'eau s'infiltre et traverse le profil cultural peut-être mesurée et appréciée par ce type de dispositif. Nous avons observé que, durant l'hiver, lorsque le sol est complètement rechargé et se trouve à la capacité au champ, 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 à 7 jours pour que la totalité de la pluie soit récupérée dans les lysimètres.
Les substances actives phytosanitaires
La variété des situations testées a permis d'étudier 73 substances actives dont quatre métabolites.
Le choix des substances actives recherchées a été fait sur celles appliquées lors des campagnes 2004-2005 et 2005-2006, soit les deux campagnes précédant le début de l'essai. Ensuite, à partir de 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, ce sont un peu plus de 60 000 recherches de substances actives qui ont été effectuées afin de caractériser les molécules et leur risque de transfert en fonction de leurs particularités et des techniques culturales mises en œuvre sur cette expérimentation.
Bien qu'un peu plus de 50 % des substances actives appliquées aient été quantifiées au moins une fois, le nombre de quantification est faible. Seulement 652 quantifications ont été faites sur 60 000 recherches, soit une fréquence de 1 %. À cela, il faut ajouter un certain nombre de molécules qui ont été détectées sans pouvoir être quantifiées (valeurs comprises entre 0,02 µg/l et 0,05 µg/l).
• Les principales substances actives phytosanitaires quantifiées sont le glyphosate à une fréquence de 5,1 %, son métabolite l'ampa 3 %, la bentazone 4,5 %, le s-métolachlore 3 %. Les résultats obtenus sur le glyphosate et l'ampa sont dus à deux modalités de culture sur lesquelles de fortes doses (destruction de vivaces) ont été employées, soit 2 160 grammes et 2 520 g/ha. Un certain nombre d'autres molécules sont quantifiées à des fréquences allant de 0,05 % à 2 %. Il s'agit des substances actives suivantes : nicosulfuron ; dicamba ; sulcotrione ; acétochlore ; diflufénicanil ; époxiconazole ; bromoxynil ; imazamox ; metsulfuron ; azoxystrobine ; isoproturon ; téfluthrine ; ioxynil ; chlorothalonil ; pyrimicarbe ; lambda-cyhalothrine ; metconazole ; aclonifen ; prosulfuron ; mésotrione ; métalaxyl.
En règle générale, les fréquences sont faibles et les concentrations moyennes pondérées ne dépassent pas les 0,1 µg/l.
Il est impossible compte tenu de ces résultats, d'établir des liens clairs entre les pratiques culturales (labour/non labour, Cipan/sol nu) et les transferts de substances actives phytosanitaires.
Des études en laboratoire, à l'aide de molécules marquées, sur des échantillons de sol extraits du dispositif, n'ont pas mis en évidence des capacités particulières de ce type de sol, de sa microfaune et de sa microflore, à dégrader très rapidement les molécules ce qui aurait pu être une explication de ce faible taux de quantification. En parallèle, on observe des comportements surprenants de certaines substances actives qui sont quantifiées parfois longtemps après leur application. Ces molécules semblent pouvoir se fixer sur certains compartiments du sol. Et des phénomènes de fixation et relargage entrent en jeu. Ces phénomènes restent à comprendre et des mesures annexes à l'essai doivent être réalisées, notamment des mesures visant à identifier la capacité des composantes du sol comme les grès poreux à adsorber les molécules.
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 nitrate (Cipan).
Impact de l'introduction de Cipan
Les couverts intermédiaires produisent assez peu de biomasse dans ces situations : 1,3 t MS/ha en moyenne sur huit ans. Leur niveau de croissance est sous la dépendance de nombreux facteurs : durée de l'interculture, qualité de la levée en été, disponibilité de l'azote du sol, ils sont donc très variables. Ils absorbent en moyenne 30 kg d'azote/ha. Néanmoins, leur efficacité sur la qualité de l'eau est marquée. Ils permettent de réduire de 37 % la teneur en nitrates de l'eau de percolation soit – 25,7 mg/l par rapport à l'interculture en sol nu. La quantité d'azote transférée est ainsi réduite de 44 % soit environ 30 kg/ha/an en lien bien corrélé avec les quantités absorbées par les Cipan.
Lixiviation du nitrate sous monoculture de maïs
Sous monoculture de maïs, les modalités étudiées ont des doses d'apport d'azote différentes. Pour les modalités référence et non labour (NL), la dose x est calculée selon la méthode des bilans. Pour la modalité éco/coupure monoculture, la dose d'azote apportée est égale à la dose modalité référence moins 20 % pour la période allant de 2007 à 2010, puis elle était égale à la dose référence pour la période 2012 à 2014 (cette modalité a été implantée en blé en 2011). Pour la modalité faible pression d'intrants (FPI), la dose était égale à la dose modalité référence moins 40 %. En règle générale, il est constaté que sous monoculture les transferts d'azote ont lieu pendant l'interculture mais aussi sous culture. La minéralisation de l'humus et le fonctionnement du sol propre à chaque système influencent ces transferts, notamment pendant la période de l'interculture. Les pratiques de fertilisation influencent plus particulièrement les transferts sous culture. Ces transferts varient en fonction des années et touchent l'ensemble des modalités à des degrés divers. Ils sont liés pour une grande partie aux épisodes pluvieux ponctuels comme le montre la campagne 2011-2012. Une analyse plus fine des résultats montre que les pertes d'engrais azotés (défaut de CAU) sont tendanciellement liées à la lixiviation sous culture, d'où l'importance de l'optimisation des pratiques d'apports (fractionnement, forme d'engrais, conditions météo...). Néanmoins, ces pertes d'engrais par lixiviation sont de faibles ampleurs au regard des pertes par volatilisation.
Le protocole évolue
L'essai est toujours en place et se poursuit. L'enjeu sur le devenir des phytosanitaires est toujours très présent. ll faut poursuivre les investigations pour bien comprendre les phénomènes qui entrent en jeu dans ce domaine. De nouvelles propositions d'aménagement du protocole ont été faites pour la période 2015-2019. Deux nouvelles modalités seront introduites notamment sur l'espace monoculture de maïs. Une modalité d'implantation avec la technique du strip-till, technique qui se développe dans la région, et une modalité de semis sous couvert vivant (SCV) de trèfle pour permettre de mieux comprendre la dynamique de l'azote et des substances actives phytosanitaires pour ce système de culture qui intéresse de plus en plus d'agriculteurs. 

Yves Pousset,
Arvalis-Institut du végétal