Chapitre 19 - Réduction de l’usage des herbicides et limitation de la contamination des eaux en bassins versants viticoles
p. 253-260
Texte intégral
Contexte et problème de gestion de l’eau
1La réduction du ruissellement polluant est un enjeu majeur en région viticole méditerranéenne du fait des risques élevés de contamination des eaux liés à l’importance des écoulements de surface et à l’usage de pesticides. L’enjeu est particulièrement marqué pour les herbicides qui sont les principales molécules retrouvées dans les eaux de surface et souterraines, ces dernières étant alimentées dans de nombreux cas par le ruissellement de surface.
2Parallèlement à une réduction de l’usage des pesticides, l’une des voies possibles permettant la limitation de la contamination des eaux est le maintien ou la restauration d’une infiltrabilité du sol suffisante pour que les flux de ruissellement, d’érosion et de pesticides soient limités lors des crues. De nombreux travaux ont montré que le coefficient d’infiltrabilité du sol est sous la dépendance de l’état de la couche de surface du sol (Boiffin et Monnier, 1986 ; Leonard et Andrieux, 1998). De plus, en zone viticole, les états de la surface du sol et leurs évolutions dépendent des pratiques d’entretien du sol, en interaction avec le climat. Réduire les risques de ruissellement polluant dans un bassin versant viticole passe notamment par l’identification des modalités d’entretien du sol et de la distribution spatiale de ces modalités qui participent à la préservation ou à la restauration de l’infiltrabilité du sol tout au long de l’année, tout en réduisant l’usage des herbicides. Ces modalités doivent cependant être potentiellement acceptables par les viticulteurs, tant au plan des contraintes organisationnelles que de la production.
3Une étude de cas a été menée sur le bassin versant du Rieutort (45 km2) à proximité de Béziers (département de l’Hérault), dont 15,4 km2 sont consacrés à la culture de la vigne. Elle avait pour but l’élaboration et l’évaluation de stratégies d’entretien du sol à l’échelle du bassin versant visant à réduire le ruissellement polluant par les herbicides, tout en préservant les niveaux de production (Andrieux et al., 2015).
Démarche suivie
4La démarche générale a intégré trois étapes :
identification à dires d’experts de stratégies candidates de réduction des herbicides à l’échelle du bassin définissant des modalités d’entretien du sol autorisées et des règles d’attribution de ces modalités aux parcelles ;
évaluation des impacts environnementaux et productifs des stratégies à l’échelle du bassin versant à l’aide d’une chaîne de modèles ;
analyse des stratégies par dires de viticulteurs.
5Seules l’étape 1 et l’évaluation des impacts environnementaux de l’étape 2 sont présentées ici. La chaîne de modèles mobilisés pour l’évaluation environnementale est présentée dans la figure 19.1. Elle s’appuie sur un modèle de bilan hydrique (WaLIS), un modèle de décision agronomique (Dhivine), un modèle d’évolution des états de la surface du sol et un modèle hydrologique (Mhydas). Pour une stratégie d’entretien du sol donnée, la chaîne de modèles permet de procéder aux cinq calculs ou simulations détaillés dans les rectangles orangés de la figure 19.1. Leurs principes méthodologiques sont présentés dans le tableau 19.1.
Figure 19.1. Chaîne de modèles mobilisée pour l’évaluation environnementale.
Outils, données, méthodes
Tableau 19.1. Outils, données et méthodes appliqués pour l’identification et l’évaluation environnementales de stratégies de réduction de l’usage d’herbicides.
Outils |
Description succincte |
Modèle de bilan hydrique en vigne walis Références : Celette et al., 2010 |
walis modélise le bilan hydrique d’une association couvert herbacé-vigne et simule, pour un contexte climatique donné, le niveau de stress hydrique de la vigne en tenant compte des caractéristiques de l’enherbement (pourcentage de couverture au sol, période de présence), des caractéristiques des sols (texture et profondeur) et des techniques de désherbage (mécanique ou chimique) qui jouent sur l’infiltrabilité des sols. |
Modèle dhivine de simulation des itinéraires techniques viticoles Références : Paré, 2011 ; Martin-Clouaire et al., 2016 ; chapitre 12 |
Dhivine est un modèle de décision pour la viticulture simulant sur un territoire les itinéraires techniques viticoles au niveau parcellaire, c’est-à-dire, le calendrier des opérations culturales et les intrants associés pour un climat (pluie) et un niveau de pression sanitaire donnés. La simulation tient compte des choix de gestion technique du vignoble et des ressources (vignoble, matériel et main-d’œuvre) de chaque exploitation. |
Modèle d’évolution des états de la surface du sol Références : Paré, 2011 ; Paré et al., 2011 |
Ce modèle représente les processus biophysiques à l’origine de l’évolution de l’état de la surface du sol et de son infiltrabilité (formation d’une croûte structurale et développement d’un couvert herbacé) en tenant compte du climat, de la texture et de l’état hydrique du sol, ainsi que l’itinéraire technique d’entretien du sol. |
Modèle hydrologique Mhydas Références : Moussa et al., 2002 ; Bouvet et al., 2010 |
Le modèle hydrologique Mhydas simule en continu les transferts d’eau et de polluants dans des bassins versants cultivés en modélisant les processus d’écoulement à l’échelle de différents types d’unités hydrologiques connectées entre elles (parcelles, biefs de réseaux hydrographiques, etc.). Il tient compte de la variabilité d’infiltrabilité du sol entre interrangs et rangs de vigne et de l’évolution de l’infiltrabilité au cours du temps. |
Données principales (modèles utilisateurs) |
|
Sols : walis, modèle d’évolution des états de la surface du sol et Mhydas |
Cinq grandes classes de sol ont été définies à partir de la texture et de taux de cailloux de la couche superficielle de chacune des 37 unités de sols présentes sur la carte pédologique (feuille de Lodève au 1/100000, Inra 1993). |
Données climatiques : walis, Divhine |
Les données climatiques issues de la station météorologique de l’observatoire de Roujan, intégrées au réseau AgroClim Inra, ont été utilisées pour construire les scénarios climatiques représentatifs de la variabilité climatique de la région et alimenter l’analyse fréquentielle des risques de stress hydrique. |
Parcellaire cultural : Divhine et Mhydas Territoire d’exploitation : Divhine |
Le parcellaire cultural viticole (incluant les largeurs des interrangs de vigne) a été construit en mobilisant le parcellaire cadastral, une orthophotographie de 2012 et GoogleEarth. Les territoires des exploitations ont été reconstruits à partir du parcellaire cultural, du Registre parcellaire graphique (RPG) et du recensement agricole de 2010. |
Ressources productives des exploitations : Divhine |
À défaut d’informations spécifiques sur les ressources en matériel et en main-d’œuvre de chaque exploitation, un nombre standard d’unités de matériel et de main-d’œuvre a été attribué à chaque exploitation suivant sa superficie. |
Gestion technique du vignoble : Divhine |
La liste des chantiers d’opérations culturales et les règles de décisions associées ont été définies par expertise et enquêtes auprès d’une trentaine d’exploitations viticoles régionales. |
Topographie et réseau hydrographique : mhydas |
La topographie et les pentes ont été extraites d’un modèle numérique de terrain issu de la carte au 1/25000e de l’IGN. Le réseau hydrographique naturel et anthropique a été reconstitué à partir de trois sources de données :
|
Méthodes |
|
Construction des stratégies d’entretien du sol à tester |
Les stratégies ont été élaborées par un groupe d’experts (chercheurs, animateurs de bassins et conseillers agricoles). Elles visent une réduction drastique, par rapport à la moyenne régionale, de l’indice de fréquence de traitement (IFT) herbicide (valeur 0,9) et le maintien d’états de surface du sol infiltrants. Pour chaque stratégie, les experts ont identifié un ensemble de modalités autorisées d’entretien du sol des rangs et interrangs de vigne selon l’objectif d’IFT visé. Dans chaque modalité, l’importance spatiale prise par l’enherbement naturel permanent dans la parcelle (de 0 à 100 %) a été précisée, ainsi que la technique de destruction de l’enherbement là où il n’est pas permanent. |
Évaluation de l’acceptabilité des modalités d’enherbement du sol à l’égard du stress hydrique de la vigne |
Toute modalité d’entretien du sol incluant de l’enherbement permanent a été considérée acceptable sur une parcelle donnée dès lors qu’elle n’entraîne pas, en moyenne interannuelle, un pourcentage de jours de stress subi par la vigne entre le débourrement et la véraison supérieur à 66 %. Pour évaluer l’acceptabilité, le stress hydrique a été simulé en s’aidant du modèle walis sur chaque parcelle et pour chaque modalité sur une série climatique de dix-huit ans. |
Spatialisation des modalités d’entretien du sol |
Pour une stratégie donnée, l’attribution aux parcelles des modalités autorisées dépend de règles d’attribution, qui tiennent compte de la structure de la vigne (largeur des interrangs) et des modalités d’entretien du sol acceptables dans la parcelle. Lorsque plusieurs modalités sont acceptables dans une parcelle, celle qui permet l’enherbement permanent le plus important en surface est privilégiée. |
Données principales |
|
Déclinaison des modalités spatialisées d’entretien du sol en itinéraires techniques |
Pour chaque stratégie et chaque scénario climatique, le modèle Divhine a été utilisé pour simuler, exploitation par exploitation, les itinéraires d’entretien du sol dans les rangs et interrangs de chacune des parcelles de l’exploitation, compte tenu des modalités d’entretien du sol attribuées aux parcelles. |
Simulation des dynamiques d’évolution des états de la surface du sol |
Sur la base des itinéraires techniques simulés et des scénarios climatiques, l’évolution des états de la surface du sol dans les interrangs et les rangs de chaque parcelle a été simulée. |
Simulation des contaminations des eaux de surface |
Pour chaque stratégie et chaque scénario climatique, le modèle Mhydas a été appliqué pour simuler la dynamique de ruissellement et de contamination de l’eau à l’exutoire du bassin versant du Rieutord, en prenant en compte les apports d’herbicide et les états de la surface du sol simulés sur chacque parcelle du bassin versant. |
Résultats bruts
6Les stratégies sélectionnées par les experts sont présentées dans le tableau 19.2. Pour toutes les stratégies, l’alternative à l’enherbement permanent est le maintien d’un enherbement naturel hivernal. La technique privilégiée de destruction de l’enherbement est alors le travail du sol réalisé en un ou plusieurs passages sur une période restreinte (entre le 1er mars et le 15 juillet). Lorsqu’un désherbage chimique est autorisé, il est restreint à un seul épandage d’herbicide de post-levée réalisable à partir de fin février.
Tableau 19.2. Stratégies de réduction des usages d’herbicides.
Stratégie |
Objectif de l’indice de fréquence de traitement annuel à l’échelle du bassin versant |
Usages d’herbicides associés |
1a |
0 |
Zéro herbicide sur les rangs et les interrangs |
1b |
≤ 0,1 |
Stratégie 1a, avec la possibilité de
désherbage chimique intégral dans les parcelles ne permettant pas
le passage du tracteur du fait d’interrangs très étroits. |
2a |
≤ 0,3 |
Autorisation de désherbage chimique limitée aux rangs de vigne, soit un tiers de la superficie de la parcelle. |
2b |
0,3-0,4 |
Stratégie 2a, avec la possibilité de désherbage chimique intégral dans les parcelles aux interrangs très étroits. |
7Les résultats de l’évaluation environnementale (tableau 19.3) confirment l’effet majeur de l’intensité de la pression phytosanitaire sur l’intensité de contamination des eaux. Ils montrent la pertinence de rechercher prioritairement des stratégies économes en herbicides pour l’entretien des sols. Ce sont les stratégies évitant de manière généralisée l’emploi d’herbicides qui sont les seules viables à terme en matière de respect de la qualité des ressources en eau (pour un seuil de potabilité de l’eau de 0,1 µg/l). En effet, même la stratégie 1b, qui n’autorise de fait des traitements que sur moins de 2 % de la surface du bassin (4 % de la superficie viticole), peut entraîner des niveaux significatifs de contamination à l’exutoire du bassin certaines années. On note toutefois que l’introduction transitoire de flexibilité dans les limitations d’usage est envisageable puisque de faibles différences de contamination sont constatées entre les stratégies 2a et 2b et entre les stratégies 1a et 1b.
Tableau 19.3. Résultats de l’évaluation environnementale des stratégies.
Stratégie |
Pression (% de la surface viticole désherbée chimiquement) |
Concentrations maximales en herbicide (µg/l) des eaux de crue durant un cycle de production annuel |
Ruissellement cumulé sur un cycle de production annuel (mm) |
||||
Moyenne |
Minimum |
Maximum |
Moyenne |
Minimum |
Maximum |
||
1a |
0 |
0 |
0 |
0 |
180,9 |
49,9 |
286,2 |
1b |
4 |
0,2 |
< 0,0001 |
0,3 |
181,1 |
49,9 |
286,3 |
2a |
34 |
2,0 |
< 0,0001 |
3,4 |
181,7 |
50,0 |
288,1 |
2b |
38 |
2,1 |
0,0001 |
3,5 |
181,8 |
50,0 |
288,3 |
Retour sur les données, les outils et les méthodes
8L’évaluation des performances environnementales de stratégies de réduction des herbicides n’aurait pas été possible sans la chaîne de modélisation présentée ici. Cette chaîne a été développée au cours du projet.
9Néanmoins, plusieurs limites actuelles des modèles et de leur chaînage sont à mentionner (Andrieux et al., 2015).
10Les limites majeures sont liées aux simplifications des processus décisionnels et biophysiques. Elles sont également dues aux difficultés de paramétrage des modèles du fait de l’insuffisance de données disponibles, notamment sur les sols et les exploitations. Par exemple, le manque de connaissances de la variabilité des itinéraires techniques actuels ou la prévision de variabilités alternatives sur l’ensemble des parcelles d’un bassin versant sont des difficultés importantes au plan méthodologique dans l’évaluation. Dans ce cas d’étude, les difficultés sont contournées par l’utilisation d’un simulateur des itinéraires techniques mis en œuvre dans les exploitations viticoles ; un tel simulateur nécessite beaucoup de données. Or, les données ne sont pas toutes facilement accessibles à l’échelle d’un bassin versant partagé entre de nombreuses exploitations (150 dans le cas du Rieutord). Notamment, les données sur certains choix de gestion technique du vignoble et sur les ressources en matériel et en main-d’œuvre qui influencent fortement les calendriers culturaux d’entretien du sol se sont avérées impossibles à connaître de façon détaillée et exhaustive dans le temps du projet, d’où certaines simplifications réalisées.
11Dans la mise en œuvre de la démarche de réduction de l’usage des herbicides et de limitation de la contamination des eaux en bassins versants viticoles, une limite actuelle doit aussi être mentionnée. En effet, l’impact productif des différentes stratégies n’a pas été évalué sur l’ensemble des parcelles du bassin versant. Toutefois, walis a été appliqué (résultat non présenté) sur des parcelles types représentant chacune une combinaison différente de type de sol et de niveau d’enherbement, afin d’estimer les gammes potentielles de pertes de rendement, qui peuvent aller jusqu’à 66 % du rendement objectif en année humide et 100 % en année sèche. Ce résultat a justifié l’utilisation de walis en amont de la chaîne de modélisation pour sélectionner, parmi les modalités possibles pour une stratégie, celle qui permettait de minimiser le nombre moyen de jours de stress hydrique et, par conséquent, la perte moyenne de rendement.
12On note enfin que l’étude de l’impact sur la qualité de l’eau de scénarios de gestion agricole nécessite de comparer des stratégies sur un ensemble d’années contrastées. Les résultats des simulations montrent l’énorme variabilité interannuelle dans ce cas d’étude ; cette démarche peut conduire à des conclusions erronées lorsque la variabilité climatique n’est pas explorée.
Retour sur la démarche d’ensemble
13L’approche suivie dans ce cas d’étude a permis de procéder à une évaluation quantitative de quatre stratégies de réduction des herbicides à l’échelle d’un bassin versant viticole. Elle permet d’objectiver, dans la limite de ses capacités prédictives, les impacts potentiels de stratégies prospectives. L’approche fournit ainsi une base de discussion quantifiée pour concevoir le changement de pratiques. Dans l’exemple spécifique traité, l’évaluation environnementale et agronomique par modélisation a confirmé les dires de viticulteurs sur la nécessité d’introduire de la flexibilité dans les stratégies de réduction de l’usages des herbicides et des modalités d’entretien du sol associées. En effet, la modélisation montre qu’une certaine souplesse est :
nécessaire sur la conduite de l’enherbement pour satisfaire les objectifs de production ;
transitoirement envisageable sur les usages d’herbicides sans élever de manière forte le niveau de contamination des eaux de ruissellement.
14L’évaluation par modélisation n’est bien sûr pas suffisante à elle seule pour déterminer des stratégies répondant aux objectifs productifs et environnementaux d’un territoire donné. Mais elle peut utilement s’inscrire dans une démarche de coconstruction de stratégies avec les acteurs du territoire pour mieux décrire les conditions locales, évaluer la faisabilité des stratégies proposées et imaginer des stratégies alternatives. Une telle démarche n’a toutefois pas pu être expérimentée dans cette étude. Sa mise en œuvre supposera un effort d’explicitation par les chercheurs de la modélisation complexe qui a été développée et appliquée et des résultats qui en sont issus.
Bibliographie
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10.1016/j.still.2011.04.003 :Auteurs
-
Anne Biarnès
LISAH, université Montpellier, INRAE, IRD, Montpellier-SupAgro
-
Marc Voltz
LISAH, université de Montpellier, INRAE, IRD, Montpellier SupAgro
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