1La gestion de l’eau est un enjeu majeur dans nos sociétés en raison de la demande croissante et de l’accentuation prévisible de la rareté de cette ressource dans de nombreuses régions du monde. L’agriculture tient une place importante dans cette demande ; elle est l’un des premiers utilisateurs de la ressource en eau pour assurer les productions agricoles, elle en est donc fortement dépendante. Mais réciproquement, l’agriculture est également un déterminant de la genèse et de la répartition des ressources en eau, car elle occupe une grande partie des terres et participe directement au cycle de l’eau. En effet, elle influence la part de l’eau des pluies qui est évapo-transpirée et rejoint l’atmosphère, et les parts d’eau de ruissellement ou drainées vers les aquifères ou le réseau hydrographique (figure 1.1). Pour l’agriculture, l’eau est à la fois une ressource pour l’irrigation et l’alimentation animale et une contrainte par ses excès et ses déficits. Mais l’eau est également un milieu de vie, impacté par les pratiques agricoles et les aménagements ruraux qui modifient les régimes hydrologiques et provoquent des pollutions liées à l’usage massif de pesticides et de nutriments, notamment l’azote et le phosphore.

Encadré 1.1. L’eau verte et l’eau bleue : définitions. Quand on parle de ressource en eau, il est utile de distinguer deux types majeurs, tous deux en interaction avec l’agriculture : l’eau verte et l’eau bleue (Falkenmark et Rockström, 2006). L’eau « verte » est l’eau contenue dans le sol et disponible pour alimenter les plantes et l’évapotranspiration des écosystèmes terrestres. C’est une ressource majeure pour la production agricole mondiale. Cependant, elle est difficile à estimer car très variable spatialement selon le climat local et la capacité de stockage des sols. L’eau « bleue » est celle qui s’écoule dans les rivières jusqu’à la mer, se trouve dans les lacs ou les retenues, percole vers les nappes souterraines ou distribuée dans les canalisations. L’eau verte et l’eau bleue sont interdépendantes. Lorsque l’on prélève de « l’eau bleue » dans les nappes, lacs ou cours d’eau à des fins d’irrigation, elle devient de « l’eau verte ». Lorsque l’agriculteur met en place des pratiques de conservation des eaux à l’échelle parcellaire, il cherche à augmenter le stockage de l’eau de pluie par le sol et donc la quantité d’eau verte ; ce qui limite d’autant le ruissellement et donc la production d’eau bleue. Si les conflits d’usage d’eau s’expriment essentiellement par rapport à la disponibilité et au partage de l’eau bleue, l’interdépendance de celle-ci avec l’eau verte justifie que la gestion intégrée de la ressource en eau concerne conjointement l’eau bleue et l’eau verte.

2Dans ce chapitre, nous décrirons d’abord les principales caractéristiques de l’utilisation de l’eau par les agriculteurs. Ensuite, nous présenterons les impacts majeurs de l’agriculture sur la ressource en eau. Nous montrerons comment la qualité et la quantité d’eau sont intimement liées. Enfin, nous discuterons des leviers permis par la gestion agricole dans le cadre d’une gestion intégrée de la ressource en eau.

Figure 1.1. Le cycle hydrologique.

Les utilisations de l’eau en agriculture

Les utilisations de l’eau verte

3L’eau verte est la ressource primaire utilisée en agriculture pour la production végétale. Il est admis qu’en moyenne, l’eau verte correspond à deux tiers des précipitations au plan mondial, mais avec des variations fortes selon les contextes locaux. Le flux d’eau verte passe par le sol et provient de l’eau de pluie retenue par le sol. La régulation par le sol de la disponibilité de l’eau entre les saisons permet aux écosystèmes de satisfaire leurs besoins d’eau qui sont permanents malgré le caractère intermittent et irrégulier des pluies. Ce mécanisme de stockage par le sol ne concerne, à un instant donné, qu’une faible quantité d’eau estimée à 0,05 % des réserves en eaux douces au plan mondial. Toutefois, le stock en eau du sol est estimé être huit fois supérieur à celui des cours d’eau (Shiklomanov, 1993).

Figure 1.2. Exemple d’évolution comparée des besoins en eau verte de cultures de maïs et de blé dans la région de Toulouse en 2003 (Amigues et al., 2006).

ETP = évapotranspiration potentielle (mm), TM = transpiration maximale (mm).

4Les besoins en eau fluctuent dans le temps et l’espace en fonction de la demande évaporative de l’atmosphère et du développement des parties aériennes de la culture. Ainsi, la figure 1.2 montre l’évolution comparée des besoins en eau maximaux pour une parcelle en culture d’hiver (blé) et une parcelle en culture d’été (maïs). On observe que les besoins de la culture d’hiver sont globalement moindres, du fait d’une demande climatique moindre en période hivernale. On note aussi que durant le cycle de chaque culture, le besoin en eau le plus élevé intervient lorsque la culture est arrivée à son stade de développement foliaire maximal. Le besoin en eau varie donc nettement en fonction des périodes de cultures et de la nature de l’occupation du sol.

5Cependant, l’utilisation effective d’eau par la culture est généralement inférieure aux besoins de la culture à cause d’une disponibilité souvent limitée en eau verte. Celle-ci dépend de la capacité de stockage du sol, mais aussi du bilan entre les entrées et les sorties d’eau (figure 1.3a). Ainsi, l’évapotranspiration est maximisée quand les pertes par ruissellement et par percolation sont les plus faibles. En cas de sécheresse édaphique, l’impact négatif sur l’évapotranspiration est rapidement perceptible comme le montre la figure 1.3b dans l’exemple d’une vigne. Sauf pour des cultures dont la limitation de l’évapotranspiration peut être un facteur d’amélioration qualitative de la production, l’agriculteur essaie, tant que c’est économiquement intéressant, d’éviter tout déficit. Excepté les situations à pluviosité excédentaire par rapport à la demande climatique, le bilan hydrique contraint très souvent l’évapotranspiration et donc limite la production végétale. Cela peut être lié à de nombreux facteurs, entre autres :

• une pluviosité trop faible, bien évidemment ;

• des états de surface du sol favorisant le ruissellement au détriment de la recharge en eau du sol ;

• une capacité insuffisante de stockage en eau du sol pour assurer l’alimentation de la culture durant les périodes sèches ;

• une perméabilité du sol forte favorisant la percolation au détriment du stockage.

6Les principaux leviers permettant d’orienter le bilan hydrique du sol dans le sens de la satisfaction optimale des besoins en eau des cultures sont exposés en section 3 « Les leviers agricoles de gestion quantitative et qualitative de la ressource en eau » de ce chapitre, p. 31.

Figure 1.3a. Schéma du bilan hydrique à l’échelle parcellaire.

Figure 1.3b. Exemple de relation entre l’état hydrique du sol et la transpiration de la plante dans le cas d’une vigne en milieu méditerranéen (Trambouze et Voltz, 2001).

Les usages agricoles de l’eau bleue

7L’eau bleue utilisée en agriculture représente environ 8 % des prélèvements d’eau en France. Cette part est minime par rapport à l’usage énergétique (refroidissement des centrales électriques, 51 %)2. Toutefois, si l’on s’intéresse aux consommations d’eau, c’est-à-dire au bilan entre prélèvements et rejets, l’usage agricole dépasse alors largement les autres usages avec 48 %3 des consommations en moyenne sur l’année. En effet, l’essentiel de l’eau prélevée n’est pas restitué au milieu aquatique, mais retourne à l’atmosphère par évaporation ou transpiration. En été, lorsque les prélèvements pour l’irrigation sont maximum et les cours d’eau à l’étiage, l’agriculture devient également l’usager le plus exigent en termes de débits.

8Les usages agricoles en eau bleue sont en très grande majorité liés à l’irrigation (> 80 %) et, dans une moindre mesure, à l’élevage dont la consommation est mal connue.

Irrigation et productions végétales

9L’irrigation a pour but principal de regarnir la réserve en eau du sol lorsque celle-ci ne suffit plus à satisfaire le besoin en eau de la plante4. Selon les cultures et le régime climatique local, le besoin en eau de la plante est plus ou moins bien positionné dans le temps : lorsqu’il coïncide avec la période où le sol est sec, l’irrigation devient nécessaire. Selon le niveau de satisfaction du besoin en eau des plantes visé, l’irrigation est un facteur de sécurisation ou de maximisation de la production agricole. Dans certaines zones, elle constitue une condition nécessaire pour une production économiquement viable. Dans d’autres cas, elle permet d’améliorer significativement une production déjà viable sans irrigation. L’importance du besoin en irrigation dépend de la sensibilité de la culture à la sécheresse. La figure 1.4 résume la différence de besoin en irrigation des principales grandes cultures françaises. D’une manière générale, en satisfaisant mieux les besoins des cultures, l’agriculture irriguée est plus productive que l’agriculture pluviale quel que soit le niveau d’intrants (FAO, 2002).

10L’agriculture irriguée s’est fortement développée en France entre 1970 et 2000 avec un triplement des surfaces (Amigues et al., 2006). En 2010, comme en 2000, un agriculteur sur six a eu recours à l’irrigation en France métropolitaine : 74 000 exploitants ont irrigué 1,6 million d’hectares de terre et 80 % d’entre eux irriguent par aspersion. L’irrigation au goutte-à-goutte peut être le mode exclusif d’irrigation en cultures pérennes, légumières et florales (Lerbourg, 2012). En Occitanie, un agriculteur sur quatre recourt à l’irrigation (17 000 irrigants) et l’on considère que plus de 10 000 exploitations de la région sont économiquement dépendantes des disponibilités en eau pour sécuriser leur production. Les productions à plus forte valeur ajoutée telles que les fruits, les légumes et les semences en sont fortement dépendantes. Pour les autres productions telles que le maïs grain, la dépendance est moyenne ou faible selon la contribution de l’irrigation au potentiel de production (Agreste, 2018a). Dans la zone Midi-Pyrénées de cette région, la production de maïs contribue largement (pour plus de 300 €/ha) à la marge de l’ensemble des productions végétales des exploitations spécialisées en grandes cultures ; ces dernières sont considérées comme économiquement très dépendantes de l’irrigation, avec une baisse de l’excédent brut d’exploitation de l’ordre de 25 % en absence d’irrigation (Agreste, 2018b).

Figure 1.4. Positionnement temporel et besoins en irrigation des principales grandes cultures sous les conditions pédoclimatiques de Toulouse, pour un sol de 150 mm de réserve en eau.

La barre horizontale bleue représente le besoin en irrigation en termes de période (longueur de la barre) et de quantité (épaisseur).

11Le maïs demeure, et de loin, la principale culture irriguée en France. À lui seul, il représente près de la moitié des surfaces irriguées : 41 % pour le maïs grain-semence et 7 % pour le maïs fourrage.

Les besoins en eau de l’élevage

12Outre le besoin en eau d’irrigation pour la production de fourrages ou de cultures destinées à la fabrication d’aliments pour le bétail (comme le maïs), l’élevage consomme de l’eau pour l’abreuvement des animaux et l’entretien des bâtiments. Les quantités sont difficiles à comptabiliser car l’eau provient à la fois des cours d’eau, des nappes et des retenues agricoles, mais aussi du réseau d’eau potable.

13À dires d’experts, ces quantités sont estimées aux alentours de 400 millions de mètres cubes en France (Institut de l’élevage, 2010), soit environ 15 % du total des prélèvements à usage agricole. L’abreuvement est estimé en général à 80 % de ce total, tandis que la quantité d’eau de lavage des bâtiments est inférieure à 10 %. Ces chiffres sont indicatifs parce que les besoins pour l’abreuvement varient beaucoup selon le type d’alimentation, le niveau de production, le gabarit des animaux et les conditions climatiques. Les quantités d’eau consommées pour les opérations de nettoyage varient également en fonction des installations et des pratiques des éleveurs (Institut de l’élevage, 2010). De plus, dans certaines productions animales, d’autres usages de l’eau existent, par exemple pour le refroidissement des bâtiments, la désodorisation de l’air, le pré-refroidissement du lait, la lutte antigel, etc. Ainsi, Massabie et al. (2013) montrent que le poids de l’abreuvement dans l’usage de l’eau par les éleveurs varie fortement d’une filière à l’autre : en moyenne 65 % pour les ovins laitiers, 76 % pour les bovins laitiers et aux alentours de 90 % pour les filières avicole et porcine. Il existe aussi de fortes variations au sein des filières.

Les impacts de l’agriculture sur la ressource en eau

14L’activité agricole est un terme général qui inclut notamment la conduite des cultures, pluviales et irriguées, et l’élevage d’animaux. L’exploitant agricole est l’agent élémentaire responsable de cette activité. On peut distinguer deux grands types d’impacts de l’activité agricole : quantitatif d’une part et qualitatif d’autre part. L’impact quantitatif est lié soit à l’utilisation de l’eau du sol et aux prélèvements d’eau bleue, soit à l’influence des pratiques d’entretien du sol sur le ruissellement et la percolation, et donc sur la production d’eau bleue. Cet impact peut avoir, comme on le verra ci-dessous, un effet rétroactif assez direct sur l’activité agricole. L’impact qualitatif est lié à la contamination de l’eau sortant du territoire de l’exploitation agricole par les intrants utilisés en agriculture.

Impact quantitatif

Du fait des pratiques culturales et de l’occupation du sol

15L’activité agricole se traduit par une occupation du sol et des pratiques culturales qui influencent la disponibilité et la répartition de la ressource en eau. Cette influence sur un territoire donné doit s’analyser par comparaison avec le même territoire couvert d’une végétation spontanée, souvent pérenne. Du point de vue hydrologique, une différence majeure entre couverts spontanés et couverts cultivés est souvent l’existence de périodes de sol nu plus longues en couverts cultivés. La présence de sols nus modifie le bilan hydrique ; en général le premier effet est de limiter l’évapotranspiration à l’échelle annuelle. En effet, l’absence de végétation – ou la présence d’une faible végétation en cas de repousse d’adventices – annule ou restreint fortement le flux de transpiration. Elle n’est pas compensée par l’évaporation à la surface du sol car celle-ci est limitée par le dessèchement du sol qui provoque un effet mulch. Au final, le flux d’eau verte est donc généralement inférieur dans les écosystèmes cultivés par rapport aux écosystèmes naturels ; ce qui augmente potentiellement la production d’eau bleue d’autant. Cet effet peut être renforcé durant les périodes de végétation si l’enracinement de la culture est moins profond et moins dense que celui du couvert spontané, se traduisant donc par des réductions du prélèvement racinaire et de la transpiration. L’expertise « sècheresse et agriculture » (Amigues et al., 2006) mentionne par exemple une augmentation de 100 mm du flux cumulé annuel de drainage à Ruffec en Charentes dans le cas d’un sol sous couvert d’une rotation blé-maïs par rapport à celui d’une prairie.

16En sus de la nature de la culture, son mode de conduite, notamment les pratiques d’entretien des sols, a également une influence hydrologique notable. Pour l’illustrer, on peut rappeler le dicton des jardiniers selon lequel « un bon binage vaut deux arrosages ». Ce dicton se réfère à un effet potentiellement positif du travail du sol sur l’infiltration et sur la limitation de l’évaporation. Les choix d’occupation du sol et des pratiques d’entretien des sols par les agriculteurs d’une région ou d’un bassin versant ont donc bien un impact sur la répartition des ressources en eau verte et en eau bleue, c’est-à-dire sur la recharge des nappes et le débit des rivières.

17Dans certains pays méditerranéens, l’utilisation de la ressource renouvelable en eau bleue dépasse le seuil de 80 % (Milano et al., 2012). Tout changement de mode d’occupation et de gestion du sol visant à mieux mobiliser la ressource en eau verte impliquerait une diminution de la production d’eau bleue. Ainsi, en Tunisie, Nasri (2007) constate que, dans les bassins versants amont, la mise en place de techniques de conservation des eaux et des sols, comme les banquettes antiérosives, réduit très fortement les écoulements.

Du fait des prélèvements d’eau bleue

18L’irrigation des cultures et l’abreuvement des animaux nécessitent le prélèvement d’eau dans les ressources disponibles, qu’elles soient naturelles (rivières, nappes, lacs) ou artificielles (retenues)5. Ces prélèvements sont très corrélés aux besoins en eau des cultures et des animaux. Néanmoins, ils peuvent être aussi dépendants de stratégies particulières d’agriculteurs, de contraintes matérielles et d’aléas.

19D’une manière générale, le pic de prélèvement pour l’irrigation a lieu au milieu de l’été du fait de la conjonction des stades sensibles au stress pour les principales cultures irriguées (maïs notamment), du déficit climatique (P < ETP) et d’une faible disponibilité de l’eau dans le réservoir sol déjà bien utilisé (sécheresse édaphique). Le milieu de l’été correspond également à l’étiage des rivières de régime nival (fin de la contribution de la fonte des neiges) et des rivières de régime pluvial (pluies plus rares en été). C’est donc à cette saison que des lâchers d’eau sont déclenchés dans les régions de grandes cultures irriguées pour soutenir l’étiage des rivières et limiter les crises. Ces crises sont mesurées par le passage du débit sous les seuils critiques : débit d’objectif d’étiage (DOE)6, débit d’alerte, débit d’alerte renforcée et débit de crise (figure 1.5).

Figure 1.5. Évolution du débit de la Garonne à Portet (31 – Haute-Garonne).

Le débit (courbe violette) franchirait les valeurs seuils de débit dès fin juillet s’il ne bénéficiait pas de lâchers d’eau des barrages amont. Ces lâchers sont nécessaires pour soutenir l’étiage et limiter les périodes en dessous du débit d’objectif d’étiage – DOE (source : Syndicat mixte d’études et d’aménagement de la Garonne – SMEAG et Plan de gestion d’étiage – PGE Garonne-Ariège).

20Lorsque les prélèvements sont effectués dans un cours d’eau, dans la nappe d’accompagnement du cours d’eau ou dans une retenue connectée au cours d’eau, le débit de ce cours d’eau en aval du point de prélèvement en est directement affecté. Cette diminution du débit pénalise les possibilités de prélèvements des agriculteurs localisés en aval, mais aussi les autres usages de l’eau et les écosystèmes. Pour préserver la satisfaction de l’ensemble des usages et le bon état des milieux, des normes de débit, comme le débit d’objectif d’étiage, sont définies pour aider le gestionnaire à piloter le système hydrologique en déclenchant des lâchers d’eau (soutien d’étiage) ou pour mettre en place des restrictions ou des interdictions de prélèvement. En cas de restriction ou d’interdiction, les irrigants situés en amont deviennent affectés, de manière rétroactive par les prélèvements qu’ils ont effectués antérieurement. Il y a donc un impact de l’évolution de la ressource en eau sur l’activité agricole. Cet impact est direct en aval de la ressource et plus indirect en amont via l’action de la police de l’eau.

21Dans le cas d’une nappe fonctionnant comme un réservoir, les prélèvements impactent le niveau de ce réservoir et affectent en cela les possibilités futures de prélèvement des usagers. Les retenues déconnectées du cours d’eau et remplies en hiver seulement se rapprochent de ce cas, elles offrent en outre une capacité de captage de l’eau de pluie des orages de fin d’été lorsqu’elles sont vides. Le stockage de cette eau ne contribue donc pas à la sortie d’étiage mais au contraire la retarde (Carluer et al., 2016).

22Toutefois, l’activité agricole, par une irrigation excédentaire, contribue à la recharge de la nappe dans certains cas. C’est le cas de la nappe de la plaine de la Crau, près d’Arles, rechargée par l’irrigation gravitaire du foin de Crau (voir chapitre 20).

23En zone d’élevage, les prélèvements effectués directement dans le milieu naturel par les exploitants ou les animaux peuvent être importants et également impacter les débits des cours d’eau, notamment en tête de bassin. L’abreuvement des animaux peut devenir un enjeu critique quand l’épuisement des ressources amène les éleveurs à basculer sur les réseaux d’eau potable, coûteux et inadaptés à ces niveaux de demande. Ces prélèvements liés à l’élevage sont moins bien connus du fait de la diversité d’origine des ressources en eau mobilisées et parce qu’ils sont souvent en-dessous du seuil de 1 000 m³/an d’imposition de déclaration obligatoire. Ils peuvent être assimilés à des prélèvements domestiques. Des estimations sont néanmoins possibles par recoupement d’informations indirectes. Par exemple dans le département de l’Indre, on estime que l’élevage est responsable de 9 % du volume prélevé contre 21 % pour l’irrigation (Préfecture de l’Indre, 2017). Dans certaines conditions, cette part est plus élevée. C’est le cas en Mayenne où l’élevage est responsable de 30 à 45 % des volumes totaux prélevés dans les eaux souterraines, qui représentent 25 % des prélèvements de l’ensemble des usages du bassin versant (SAGE de la Mayenne, s.d.). Du fait de la part prépondérante de l’abreuvement, la consommation d’eau des élevages, tout comme l’irrigation, connaît un pic durant l’été. Elle est plus marquée en cas de sécheresse.

Impact sur la qualité de l’eau

24L’activité agricole est reconnue comme l’une des activités anthropiques à l’origine de la dégradation de la qualité des eaux observée à partir des années 1960. Cette dégradation est liée à l’emploi par les agriculteurs d’un ensemble de substances, fertilisantes et phytosanitaires notamment, permettant d’amplifier et de sécuriser la production agricole. Les résidus non utilisés ou les produits de transformation de ces substances constituent, en fonction de leur nature, des polluants potentiels des masses d’eau en connexion directe ou indirecte avec les territoires agricoles. Nitrates et pesticides de synthèse sont le plus souvent mentionnés. Mais parmi les substances polluantes liées à l’activité agricole, se trouvent également les métaux traces comme le cuivre issu des traitements phytosanitaires, les médicaments vétérinaires utilisés en élevage et les contaminants contenus dans les produits résiduaires organiques (boues de station d’épuration, composts, lisiers) épandus comme amendements ou fertilisants des sols.

25On présente ici une synthèse courte de l’état de contamination chimique des eaux en France en lien avec les pratiques agricoles, ainsi qu’une revue des principaux mécanismes impliqués. Nous nous focalisons toutefois sur le cas des pollutions par les nitrates et les pesticides, qui sont les plus généralisées et les plus documentées.

Bilan des contaminations en France

26Adoptée en 2000, la directive cadre européenne sur l’eau a institué un rapportage régulier sur les efforts de son application par chaque État membre. Ce rapportage inclut un bilan de l’état des masses d’eau. Les données détaillées ci-après sont celles du rapportage 2016 pour la France, qui s’appuie sur les données recueillies en 2015 (Blard-Zakar et Michon, 2018). Près de 31 % des masses d’eau souterraine y sont jugées de qualité médiocre et sont déclassées en grande majorité du fait des teneurs trop élevées en polluants d’origine agricole : dans 73 % des cas à cause des teneurs en pesticides ; dans 59 % des cas en raison des teneurs en nitrates ; dans 1,5 % des cas à cause des teneurs en cuivre. Pour les eaux de surface, l’impact semble moindre : 16 % des masses d’eau de surface sont classées de mauvaise qualité et 5 % d’entre elles le sont à cause des teneurs en pesticides. Mais les seuils considérés et la liste de molécules recherchées pour les eaux de surface sont différents et généralement moins sévères que ceux des eaux souterraines, qui sont évaluées pour leur fonction potentielle d’approvisionnement en eau potable. On notera également que l’état chimique des eaux est évalué suivant une liste de molécules régulièrement remise à jour, mais potentiellement en décalage avec la réalité des contaminations. C’est ainsi que l’herbicide glyphosate et l’AMPA (acide aminométhylphosphonique), son produit de dégradation, n’apparaissent pas en 2015 comme facteurs déclassant des masses d’eau de surface alors qu’ils correspondaient déjà aux substances pesticides les plus retrouvées dans les eaux en 2011 (CGDD/SOeS, 2014). Néanmoins, malgré ses limites, le rapportage effectué illustre bien l’impact déterminant de substances majoritairement issues des pratiques agricoles sur la qualité des ressources en eau en France en 2015. Une des conséquences est la fermeture de captages d’eau destinés à la consommation humaine. Entre 1994 et 2013, 39 % sur 7 716 captages abandonnés l’ont été en raison de teneurs trop élevées en nitrates ou en pesticides (CGDD, 2016).

27L’analyse de l’évolution de la contamination des eaux ne montre malheureusement pas de tendance favorable nette pour ces polluants. Une baisse limitée de la contamination des eaux par les nitrates apparaît sur la période 1998-2017 à l’échelle nationale (CGDD, 2019). La pérennité de cette baisse reste toutefois à confirmer. Surtout, elle recouvre des disparités très fortes entre régions françaises ; diminution des niveaux de contaminations de moitié dans certaines régions, stabilité, voire augmentation des niveaux dans d’autres régions.

28L’analyse de l’évolution des niveaux de contamination des eaux par les pesticides est plus problématique en raison de la diversité des molécules concernées, d’importantes variations d’usage liées notamment aux retraits et aux nouvelles homologations de molécules, ainsi que des changements dans les dispositifs de suivi (nombre et localisation des sites, nombre croissant de molécules suivies). Toutefois, les données de surveillance7 indiquent par exemple, qu’entre 2007 et 2012, la proportion des sites d’eaux de surface où la présence de pesticides est constatée reste légèrement supérieure à 90 % ; la proportion de sites présentant une concentration cumulée en pesticides de 0,5 g/l augmente de 18 à 25 % (CGDD/SOes, 2017 et 2015). Ce constat de persistance, voire d’augmentation, des contaminations est à nuancer si l’on pondère les concentrations par un coefficient représentant l’écotoxicité de chaque pesticide. L’indice résultant montre une diminution de 19 % de la contamination de la ressource en eau de surface sur la période de 2008 à 2017 (CGDD, 2019), grâce aux substitutions des pesticides les plus toxiques opérées depuis quelques années.

Pourquoi ces contaminations ?

29La situation décrite ci-dessus est une conséquence inéluctable de l’augmentation massive de l’usage d’intrants en agriculture intervenu essentiellement dans la seconde moitié du xx^e siècle. Cet usage a été à la base de la révolution verte ayant permis d’améliorer la production alimentaire moyenne par être humain, malgré une croissance démographique très forte (Tilman et al., 2002). Un simple calcul de dilution montre qu’il suffit d’une fraction mineure des quantités d’intrants utilisés, voire infinitésimale pour certains types de contaminants, pour dépasser les seuils de contamination autorisés. Par exemple, si l’on considère une pluviométrie moyenne de 800 mm/an en France métropolitaine, un retour moyen d’environ 600 mm vers l’atmosphère et donc une production d’eau bleue par percolation ou ruissellement d’environ 200 mm, soit 2 000 m³ par hectare, il suffit de 5,4 tonnes de substances pesticides pour contaminer l’eau bleue produite chaque année par les 27 millions d’hectares de surface agricole en France à une concentration égale à 0,1 g/l, seuil maximal autorisé de contamination de l’eau potable par les pesticides. Cette quantité est à comparer aux 70 000 tonnes de substances actives de pesticides épandus en France chaque année, dont 23 % sont classés toxiques, très toxiques, cancérigènes, mutagènes ou reprotoxiques (CGDD/SOeS, 2017). Dans ces conditions, malgré tous les efforts faits pour favoriser la rétention et la dégradation des substances sur les lieux même de leur épandage, on ne peut assurer que les fuites ne dépasseront pas ces 5,4 tonnes (soit moins de 1/10 000 des quantités épandues) conduisant au maximum autorisé de contamination des eaux. Ainsi, une réduction drastique de l’usage des pesticides apparaît comme la seule voie réaliste à terme pour rétablir la qualité des eaux en France.

30Pour la contamination des eaux en nitrates, les ordres de grandeurs sont bien différents en raison d’un seuil de contamination de l’eau potable bien supérieur fixé à 50 mg NO₃/l. La contamination des eaux bleues produites en France à ce niveau de 50 mg/l correspondrait à un apport de 0,6 million de tonnes d’azote. Cette quantité peut être comparée aux 4,7 millions de tonnes d’azote épandues annuellement sur les sols agricoles en France ou au surplus entre les quantités épandues et les quantités prélevées par les cultures, soit 1,1 million de tonnes (Snoubra, 2012). La contamination de l’eau par les nitrates n’est donc pas étonnante. Sa réduction pour respecter les normes de potabilité de l’eau nécessite sans doute un niveau d’effort moindre que celui lié à la pollution par les pesticides. Mais elle doit être amplifiée pour la protection des milieux aquatiques contre le risque d’eutrophisation causé par des flux excédentaires d’azote et de phosphore. En effet, des phénomènes d’eutrophisation sont identifiés pour des contaminations de l’eau en nitrates d’un ordre de grandeur inférieur au seuil de potabilité (Pinay et al., 2017), ce qui peut nécessiter un effort très important localement.

Quantité et qualité de la ressource ne sont pas indépendantes

31S’il est classique de traiter les aspects quantitatifs et qualitatifs de la ressource en eau de manière distincte, ils ne sont néanmoins pas indépendants.

32Plus les objectifs de rendement de l’agriculteur sont élevés, plus celui-ci intensifie en général son système de production. Il utilise alors plus d’intrants et irrigue en plus grande quantité ; ce qui implique plus de risque de pollution de l’eau et de prélèvements dans la ressource en eau. Or, plus les irrigants prélèvent l’eau, plus les débits des cours d’eau ou les niveaux de nappes baissent. Cela correspond à une baisse des volumes d’eau et donc à une concentration des polluants : la qualité de l’eau se réduit à cause de la diminution de la capacité de dilution. Cependant, les éléments chimiques appliqués aux cultures (fertilisation, protection phytosanitaire) n’affectent la qualité de l’eau que par l’intermédiaire de l’eau de pluie ou de l’eau d’irrigation qui permettent leur migration vers les cours d’eau ou les nappes. Qualité et quantité sont donc intimement liées.

33Historiquement, les débits seuils utilisés pour la gestion des cours d’eau ont été définis en relation avec la qualité de l’eau. Il s’agissait d’assurer un débit suffisant pour diluer les rejets urbains et industriels polluants (Fernandez et Debril, 2016). Dans les années 1970, on parlait alors de « débit objectif de qualité », terme qui explicite bien le lien entre le débit et la qualité. Puis dans les années 1980, la notion de « débit minimum admissible » a incarné la volonté d’agir sur les débits pour contrôler les concentrations de polluants. Aujourd’hui, le « débit objectif d’étiage » (DOE) traduit non pas une capacité à diluer les polluants, mais un état désiré de l’hydrosystème. Il s’agit d’un débit seuil au-dessus duquel l’ensemble des usages et le bon fonctionnement de l’environnement aquatique – supposant une bonne qualité de l’eau – sont considérés comme garantis.

Les leviers agricoles de gestion quantitative et qualitative de la ressource en eau

34Pour préserver la ressource en eau en quantité et en qualité tout en maintenant une production économiquement viable, plusieurs stratégies peuvent être mises en œuvre. Elles mobilisent indépendamment ou conjointement de nombreux moyens d’action. Nous présentons les principaux moyens d’action et stratégies.

Les stratégies

35On peut distinguer quatre stratégies principales :

• limiter les besoins en intrants (eau ou intrants chimiques). La limitation des besoins en eau d’un élevage ou des systèmes de culture conduit à réduire les prélèvements potentiels d’eau dans la ressource. La réduction de l’usage d’intrants – fertilisants et produits phytosanitaires – permet en principe de diminuer le risque de contamination des eaux après épandage de ces produits. Il faut cependant noter que la réduction du risque ne dépend pas que des quantités épandues, mais aussi des pratiques agricoles ; une même quantité épandue pouvant conduire à des contaminations différentes dans une même parcelle selon l’entretien du sol effectué par l’agriculteur (Lennartz et al., 1997) ;

• augmenter les ressources disponibles. Cette stratégie a été largement mise en œuvre en arido-culture. Le principe est de combiner différentes opérations techniques pour notamment maximiser le stockage de l’eau au semis de la culture ou au démarrage de la saison de végétation. Elle peut aussi être mise en œuvre pour augmenter, sans intrants spécifiques, le stock de fertilisants disponibles pour une culture en favorisant par exemple la fixation symbiotique de l’azote atmosphérique dans le sol. Cette stratégie est de fait complémentaire de la précédente puisqu’en augmentant les ressources, elle diminue les besoins en intrants ;

• améliorer l’efficience des intrants utilisés. Il s’agit d’améliorer le ratio entre production et intrants ; qu’il s’agisse d’eau, de fertilisants ou de produits phytosanitaires. Cette stratégie peut passer par la recherche d’une limitation des pertes d’intrants – par exemple, pertes d’eau en irrigation, dérive lors de la pulvérisation de pesticides – ou d’une meilleure valorisation des intrants par la culture – par exemple par une plus grande biomasse produite par unité d’eau consommée par la plante – ;

• remédier aux impacts négatifs des pratiques agricoles. Ceci vaut surtout pour la préservation de la qualité de l’eau. S’il n’est pas réalisable d’éviter la contamination de l’eau à la sortie des parcelles agricoles, il est néanmoins possible de réduire la contamination à l’aval de la parcelle par des dispositifs tampons dans lesquels les contaminants seront filtrés, voire éliminés.

Les moyens d’action

Choix des espèces et des variétés cultivées

36Il s’agit d’un choix crucial qui influe fortement sur les besoins en intrants. En effet, la consommation en eau des cultures dépend pour l’essentiel de la position temporelle, de la durée de leur cycle et du climat moyen pendant ce cycle (Amigues et al., 2006). Ainsi, le choix d’espèces et de variétés à cycle de développement raccourci ou décalé par rapport aux périodes à fortes demande climatique limite les besoins en eau, et donc en irrigation, notamment durant les périodes de fortes tensions sur la ressource en eau. La culture d’espèces tolérantes au stress hydrique, en raison d’une tolérance physiologique intrinsèque comme le tournesol ou le sorgho ou de capacités élevées d’enracinement et d’extraction de l’eau du sol comme la vigne ou la luzerne, limite aussi le risque de pertes de rendement en périodes de fortes contraintes sur la ressource en eau disponible.

37Le choix d’espèces et de variétés est tout aussi déterminant pour préserver la qualité de l’eau. Par exemple, l’introduction de légumineuses en association avec d’autres espèces ou dans une rotation, ainsi que la mise en place de cultures intermédiaires pièges à nitrates permettent de réduire les besoins en fertilisants azotés, ou de réduire les risques de lixiviation de l’azote vers les eaux. Enfin, la sélection variétale est considérée comme un levier important dans le plan Ecophyto8 pour identifier des variétés résistantes aux bioagresseurs et ainsi réduire l’usage des pesticides et leurs impacts en matière de contamination de l’environnement. Toutefois, ces choix risquent d’induire une baisse du rendement maximum atteignable ou d’obliger à terme à des changements significatifs dans les filières de production sur un territoire donné.

Conception des itinéraires techniques

38L’itinéraire technique caractérise les différentes manières de conduire une culture et inclut toutes les techniques culturales mises en œuvre, notamment les techniques d’irrigation, d’entretien du sol, de fertilisation, de protection phytosanitaire et de récolte. La plupart de ces techniques ont des effets directs et indirects sur la ressource en eau. Elles peuvent donc réciproquement être des leviers pour gérer la ressource. À l’évidence, les techniques d’irrigation sont un levier majeur. Il a été démontré que le changement de techniques d’irrigation peut entraîner des économies d’eau substantielles sans baisse du rendement des cultures, par exemple en passant de l’aspersion au goutte-à-goutte (Serra-Wittling et Molle, 2017), mais aussi des diminutions d’intrants dans le cas de la fertigation.

39Les autres techniques ont aussi un rôle important.

40Il en est ainsi des techniques d’entretien du sol, potentiellement très diverses en fonction de la nature du travail du sol effectué (profondeur, outil utilisé et fréquence), de la gestion des résidus de culture ou d’inter-culture (exportation, incorporation, couverture…) et des adventices (coupe, destruction, incorporation). Ces techniques influent sur la structure porale et la composition de la couche de la surface du sol. De nombreuses fonctions du sol sont donc affectées, notamment l’infiltrabilité, le potentiel de ruissellement et d’évaporation, ainsi que la rétention en eau et en éléments, dont ceux susceptibles de dégrader la qualité de l’eau comme l’azote et les pesticides. Des techniques de travail du sol dites « de conservation » sont souvent actuellement recommandées pour limiter battance et ruissellement : depuis le labour réduit en profondeur jusqu’au non-labour, mais toujours avec une couverture du sol d’au moins 30 % de la surface avec des résidus de récolte. Néanmoins, ces techniques de conservation des sols ont aussi entraîné une augmentation des traitements herbicides (Alletto et al., 2010) qui est susceptible d’affecter, en termes de qualités d’eau, le gain escompté en stockage d’eau lié à la réduction du ruissellement. Cet exemple illustre non seulement qu’il est peu pertinent d’examiner l’influence d’une seule action culturale sans examiner l’ensemble de l’itinéraire technique, mais aussi que les interventions agricoles agissent à la fois sur les aspects quantitatifs et qualitatifs de la ressource en eau.

Assolement et association des cultures

41De manière générale, la diversification des espèces cultivées sur un territoire donné apparaît comme un moyen très efficace pour mieux répartir, voire limiter globalement, les besoins en eau durant l’année. Elle permet d’éviter des pics élevés de besoins en eau d’irrigation. Elle permet également de limiter le besoin en intrants (fertilisants, pesticides) par la valorisation des complémentarités entre espèces cultivées ou par la réduction de la propagation des bioagresseurs en provoquant une discontinuité de leurs habitats. Par exemple, substituer les monocultures de maïs irrigué par des rotations plus diversifiées avec des cultures d’hiver (non ou peu irriguées) et de printemps (irriguées plus tôt ou moins) a un effet positif sur les flux des cours d’eau du fait d’une réduction significative des prélèvements et de leur étalement dans le temps (Allain et al., 2018 ; chapitre 16). De même, la qualité de l’eau est positivement impactée par l’augmentation du nombre d’espèces cultivées présentes sur les aires d’alimentation et de captage d’eau potable, comme cela est illustré au chapitre 17 de cet ouvrage.

Aménagements du paysage

42Sur le plan de la gestion quantitative, les aménagements paysagers ont toujours été réalisés pour accroître la ressource en eau disponible pour les cultures. Dans de nombreux pays du monde, les versants sont aménagés en banquettes ou avec des réseaux de talus pour limiter le ruissellement et augmenter la recharge en eau des sols. En France, où les banquettes sont peu fréquentes ou abandonnées, les agriculteurs réclament l’installation de retenues collinaires, déjà existantes dans certaines régions, pour fournir de nouvelles ressources en eau d’irrigation. C’est un levier important qui peut permettre d’éviter des prélèvements dans les rivières ou les nappes durant les périodes d’étiage. Pour cela, il faut que les retenues captent essentiellement de l’eau qui serait naturellement sortie du bassin versant durant la période pluvieuse et non celle qui alimente les nappes, sources des débits d’étiage en été.

43Au plan de la gestion qualitative, de nombreuses infrastructures paysagères sont envisageables pour restaurer la qualité de l’eau ; leur fonction est celle de dispositifs tampons qui éloignent les lieux d’épandage des zones vulnérables à la contamination (rivières, zones d’habitation). Pour la plupart, leur rôle est aussi de favoriser la décontamination de l’eau par rétention, transformation et dégradation des substances polluantes (Maillet-Mezeray et Gril, 2010). Les zones non traitées et les bandes enherbées correspondent à de tels dispositifs, qui sont intégrés dans la réglementation relative à l’utilisation des pesticides (arrêté du 12 septembre 2006) et dans les mesures agri-environnementales et climatiques de la politique agricole commune de l’Union européenne. Ils peuvent être complétés par des fossés végétalisés et par des zones humides naturelles ou artificielles. Toutes ces infrastructures ont un effet démontré de filtre pour les pesticides par leur capacité de rétention de ces molécules polluantes et par leur activité biologique favorable à la dégradation des composés organiques. Les zones humides sont de surcroît reconnues comme des milieux permettant la dénitrification et donc l’élimination des nitrates, en quantités limitées toutefois (Peyraud et al., 2014). Enfin, il est utile de citer, au-delà de l’implantation volontaire de zones tampons, l’exploitation de l’ensemble des espaces interstitiels des parcelles et de leur biodiversité. Dans le cadre d’une gestion agroécologique du paysage, ces espaces peuvent aider à réduire la pression des bioagresseurs des cultures (Veres et al., 2013) et ainsi limiter le besoin d’intrants et les risques consécutifs de fuites de contaminants.

Évolutions technologiques

44La mise en œuvre des moyens d’action de gestion de la quantité et de la qualité des ressources en eau dépend souvent, et tire part des évolutions technologiques dans le secteur de l’agroéquipement.

45En premier lieu, on peut citer les évolutions qui autorisent des économies d’intrants sans remettre en cause fondamentalement le mode de conduite des cultures. Il s’agit par exemple du passage de systèmes d’irrigation par aspersion à des systèmes goutte-à-goutte qui permettent une économie d’eau allant jusqu’à 25 % pour une même satisfaction des besoins en eau d’une culture (Serra-Wittling et Molle, 2017). Il peut s’agir aussi d’utiliser des buses antidérives et des bacs récupérateurs lors de la pulvérisation de pesticides pour une efficacité de protection phytosanitaire similaire. Plus de 30 % de produits peuvent être économisés (Codis et al., 2018). Il s’agit aussi de l’utilisation des nouvelles technologies à bases de capteurs, de géolocalisation et d’outils numériques de traitement de l’information afin de mieux piloter et d’optimiser les actions menées. Le suivi rapproché des besoins des cultures aux plans temporel et spatial pour optimiser l’usage des intrants en est un exemple (Naud et al., 2018).

46En second lieu, interviennent l’emploi des nouvelles technologies exigé par des moyens d’action modifiant les pratiques agricoles actuelles. C’est ainsi que de nouveaux outils sont nécessaires par exemple pour implanter et récolter des cultures en association ou pour entretenir des zones tampons.

Conclusions

47Les interdépendances entre gestion agricole et l’état et le devenir des ressources en eau sont intrinsèques et nombreuses. L’activité agricole est régulièrement questionnée sur l’importance de ses prélèvements sur la ressource en eau ou sur les composés chimiques exogènes qu’elle épand dans les champs et qui se dispersent ensuite dans les écosystèmes, en particulier dans le compartiment aquatique. Ce questionnement est légitime au regard des observations de la variabilité quantitative et qualitative actuelle de la ressource en eau dans de nombreuses régions françaises. Les changements climatiques en cours en renforcent l’acuité.

48Les acteurs agricoles sont donc invités à modifier leurs pratiques pour préserver la ressource en eau. Comme on l’a vu, ils disposent à cet effet de nombreux leviers techniques. Toutefois, dans la plupart des situations, aucun levier n’est déterminant à lui seul pour assurer une préservation durable de la ressource en eau. De surcroît, certains leviers peuvent avoir des effets antagonistes sur la qualité et la quantité de la ressource, tandis que d’autres jouent de manière synergique. Seule une combinaison cohérente de leviers est susceptible de répondre à cet objectif, mais elle n’est pas triviale et doit être adaptée à chaque territoire. Les études de cas, présentées dans les chapitres 15 à 20, en sont des exemples. Il est à noter que la mise en œuvre de nombreux leviers comme les assolements, la fertilisation, la protection phytosanitaire ou la gestion des sols est contrainte dans un territoire donné selon les moyens de production des exploitations et les filières existantes de valorisation des produits.

49Les changements nécessaires peuvent impliquer une reconception profonde des systèmes agricoles (voir chapitre 13) et donc des investissements importants, notamment sur le plan des compétences techniques, des moyens de production et des circuits économiques. Une gestion intégrée de l’eau dans les territoires ruraux au bénéfice de l’ensemble des usagers de la ressource ne pourra donc être efficace sur le long terme que si elle considère toutes les interdépendances entre agriculture et ressource en eau et s’approprie les problématiques qui se posent aux acteurs agricoles.

50Pour ces acteurs agricoles, la gestion de l’eau n’est d’ailleurs qu’un des éléments de la transition agroécologique qu’il leur est demandé d’assumer dans l’avenir pour aboutir à des modes de production compétitifs sur le plan économique, plus durables sur le plan environnemental et plus justes sur le plan social.