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L'agriculture constitue la première cause de pollutions diffuses dans une région rurale. En Poitou-Charentes en 2000, elle occupe une surface[38] de 1 851 913 ha, soit plus de 70% du territoire régional. Quatre zones principales peuvent être distinguées :
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deux zones où l'élevage est dominant : le nord-ouest et l'est correspondant aux zones de socle,
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une zone centrale dominée par les grandes cultures du nord-est (bordure du bassin parisien) au centre (bordure nord du bassin Aquitain),
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une zone mêlant vignes, vergers, grandes cultures et élevage au sud.
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L a problématique
En Poitou-Charentes, les pollutions diffuses liées à l'agriculture sont pour l'essentiel des conséquences de l'évolution des systèmes de cultures, de l'utilisation des intrants (engrais et produits phytosanitaires) en grandes cultures, mais aussi plus marginalement d'effluents d'élevage produits in situ ou importés dans le nord des Deux-Sèvres par exemple.
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Bien que les nitrates et phosphates soient aussi rejetés par les eaux résiduaires urbaines, des progrès ont été réalisés dans les dernières années en matière d'épuration. Ainsi, l'agriculture est le principal émetteur d'azote et le deuxième pour le phosphore.
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Les apports en nitrates, phosphates et potasse sont nécessaires en agriculture pour satisfaire les besoins des plantes, en particulier pour les cultures en situation de conduite intensive. Les insecticides, les fongicides et les herbicides sont destinés à protéger la plante cultivée de ses prédateurs et des mauvaises herbes. Sous 'appellation « produits phytosanitaires » se cache une multitude de substances (ou matières actives), dont la rémanence dans l'eau et dans le sol peut être très différente d'une molécule à l'autre.
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Lors d'événements pluvieux, les produits épandus peuvent être entraînés avec l'eau de ruissellement et les particules en suspension jusqu'au cours d'eau le plus proche. On constate alors des pics de concentrations dans l'eau des substances épandues. En l'absence d'un couvert végétal suffisant contribuant à piéger l'azote présent dans le sol (entre deux cultures par exemple), les
précipitations qui s'infiltrent dans le sol emportent les nitrates dans un transfert vers les nappes. Ce lessivage peut durer quelques heures ou plusieurs dizaines d'années selon le substrat géologique. Les conditions de migration vers les nappes, de fixation dans les couches traversées ou de dégradation sont mal connues. Dans de rares cas, on observe des phénomènes de disparition des nitrates (dénitrification naturelle), mais dans la plupart des cas, les eaux souterraines sont polluées par les nitrates, les produits phytosanitaires et leurs produits de dégradation.
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Les phénomènes de transfert sont décrits dans la partie Qualité des eaux brutes/les pollutions/Les transferts de polluants vers les nappes.
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L a consommation d’intrants
En 1995, la France est le deuxième utilisateur d'engrais dans le monde avec 3,6 millions de tonnes d'engrais azotés, dont 37% d'origine animale. D'après les données de l'UNIFA[39], lors de la campagne 1999/2000, la France était le 4e consommateur mondial d'azote minéral avec 2,6 millions de tonnes (2,1 millions de tonnes en 1992, données Que Choisir, n°383, juin 2001). Entre 1960 et 1994, la consommation française d'engrais chimiques a doublé[40], tandis que la part d'engrais d'origine animale restait stable, mais se concentrait dans certaines régions (Bretagne notamment).
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Afin d'évaluer la relation entre la consommation d'engrais et la production agricole, une méthode de « bilan agricole annuel de l'azote » est employée, pour la France entière, considérée comme une seule exploitation. Ce bilan, décliné par région ou par département, est calqué sur le bilan de l'azote à l'exploitation conçu par le CORPEN[41]. Les apports d'azote aux sols (organiques et minéraux) sont comparés à la consommation d'azote par les plantes. Ce bilan est simplificateur et néglige, faute de données disponibles, un certain nombre de phénomènes intervenant dans la dynamique de l'azote tels que :
-les apports atmosphériques,
-la fixation par des micro-organismes,
-la minéralisation naturelle,
-la dénitrification,
-la réorganisation de l'azote dans le sol.
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Enfin, des approximations sont faites sur les chiffres des engrais minéraux achetés et les effluents azotés produits. (cf. modèle du Scees[42] du Ministère de l'Agriculture).
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Sur le territoire national, les bilans montrent que les apports azotés par les engrais minéraux furent de 2,2 millions de tonnes en 1995, et seraient à l'origine de 60% de l'excédent d'azote lié à l'activité agricole (Direction de la Prévision, note du 12/02/98). L'excédent d'azote est estimé à 320 000 tonnes en 1995, et à plus de 400 000 tonnes en 1997, ce qui représente respectivement 9 et 11% de l'azote incorporé dans les sols non utilisé par les plantes. La région Poitou-Charentes était classée dans les zones à « forts excédents azotés » d'après le bilan 1997.
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Les méthodes de calcul du bilan global de l'azote agricole sont en cours de réévaluation, elles seront disponibles dans la revue « Agreste Primeur » de septembre 2002. Les estimations précédentes réalisées par le SCEES sont celles de 1997.
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En 1998, 63% du territoire national est jugé en situation d'excédent azoté (plus de 170 kg d'azote apportés par hectare) par un rapport de l'IFEN (Agriculture et environnement, les indicateurs). En zone de grandes cultures, ramenés à l'hectare fertilisable, les apports d'azote minéral atteignaient 93 kg/ha en 1998. Dans ces régions, malgré les forts rendements, l'intégralité de l'azote minéral n'est pas absorbée par les plantes.
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Malgré l'absence de chiffres plus récents, il est cependant possible de dire que les excédents
azotés sont en diminution dans les zones de grandes cultures depuis 1998. En effet, depuis 1990, la prise en compte de l'environnement et une meilleure combinaison de tous les moyens de production (variétés, préparation du sol, protection contre les parasites et maladies) ont conduit à un meilleur raisonnement de la fertilisation. En 1998, la production agricole a été supérieure de 25 % à celle de 1990 alors que la consommation d'azote avait diminué de 4 % (Source : UNIFA).
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Livraisons d'engrais chimiques (en milliers de tonnes) en Poitou-Charentes lors de la campagne 1999-2000 (cf. tableau) :
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En matière de produits phytosanitaires, la France était le troisième utilisateur dans le monde en 1998 (95 000 tonnes). Selon le magazine Que choisir (n°383, juin 2001), les ventes de produits phytosanitaires étaient estimées à 107 700 tonnes en 2000. En 2001, d'après l'UIPP[43], elles sont de 108 500 tonnes.
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Entre 1960 et 1996, la consommation nationale de produits phytosanitaires a été multipliée par 8, pour un triplement moyen de la production agricole. Cependant, la quantité utilisée n'est qu'un indicateur partiel des impacts environnementaux éventuels puisque les molécules utilisées
peuvent présenter une plus ou moins grande efficacité pour une quantité réduite. Quelques grammes de certains produits phytosanitaires valent en toxicité plusieurs kilos d'autres.
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Les principaux utilisateurs de produits phytosanitaires en France en 2001 (cf. tableau) :
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L'utilisation par les espaces verts regroupe les désherbages des voies SNCF, des bordures
d'autoroutes, des trottoirs, des parcs et jardins publics, des terrains de sport, etc. (cf. partie 3.2.2-1 paragraphe « Les pollutions liées aux infrastructures »).
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L'IFEN a dressé en 2001 un nouveau bilan à partir de toutes les informations disponibles sur la qualité de l'eau destinée à la consommation concernant la présence de ces produits : presque 40% des eaux de surface ne seraient pas de bonne qualité, et 1,6% seraient au dessus du seuil de conformité. Quant aux eaux souterraines, 75% sont altérées par la présence de produits phytosanitaires et près de 40% à un niveau qui ne permettrait pas d'utilisation pour la consommation humaine.
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L es risques de pollution
En ce qui concerne les nitrates par exemple, la problématique du risque de pollution diffuse d'origine agricole ne peut pas être considérée comme étant seulement fonction des quantités d'engrais minéraux et organiques utilisées par les agriculteurs.
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En effet, un ensemble de phénomènes intervient et trois types de facteurs déterminants peuvent être dégagés :
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les facteurs climatiques : importance et répartition des précipitations, températures, évapotranspiration …
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les facteurs agropédologiques : propriétés physico-chimiques, hydrodynamiques et microbiologiques des sols, …
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les facteurs agronomiques : type de cultures, rotations culturales, travaux culturaux, pratiques de fertilisation, couverture végétale, profondeur d'enracinement, irrigation …
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Le transfert des nitrates dans le sol dépend donc d'un grand nombre de facteurs interdépendants. Les conditions d'interaction de ces facteurs peuvent conduire à des situations plus ou moins favorables à l'entraînement des nitrates. Ainsi, certains travaux d'agronomes tendent à montrer que la capacité de minéralisation des sols pourrait s'être accrue sous l'effet cumulatif de pratiques culturales intensives, ce qui conduirait à une production de quantité supérieure de nitrates. Il est donc nécessaire, pour cerner les causes de la pollution par les nitrates de s'attacher à un « système polluant » plutôt qu'aux seuls excès d'apports azotés, qui constituent néanmoins un indicateur.
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En plus de la surestimation de la quantité d'azote nécessaire, la couverture du sol, le retournement d'une prairie ou l'arrêt de l'activité agricole sont des facteurs de risques importants.
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En Poitou-Charentes, une partie des grandes cultures est conduite sous irrigation. Ce mode de gestion de l'eau n'est pas sans effet sur l'impact de la fertilisation sur le milieu. En effet l'irrigation peut à la fois :
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aggraver les pollutions diffuses :
-par la modification des assolements et l'augmentation des cultures de printemps, principalement le maïs, précédées généralement par une interculture longue à base de sols nus et des difficultés pour implanter une culture piège à nitrates,
-par une surfertilisation généralisée du maïs, prenant peu en compte la forte minéralisation de l'humus dans les sols estivaux chauds et humides, les apports en nitrates de l'eau d'irrigation, en n'assurant pas un fractionnement suffisant des apports, enfin en surestimant les rendements objectifs,
-par la difficulté de prendre en compte un risque d'orage sur un sol déjà saturé par un passage d'irrigation, ou comme en Poitou-Charentes le risque de ne pas disposer des volumes d'eau prévus (restrictions réglementaires) pour atteindre le rendement prévu, ce qui conduit à des reliquats d'azote dans le sol lessivés lors des pluies d'automne. En accentuant l'entraînement des polluants en saison estivale dans les sols argileux par les fissures du sol, et en saison pluvieuse par infiltration au delà de la zone racinaire, lorsque les réserves hydriques du sol en fin de culture n'ont pas été épuisées.
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ou limiter les risques d'entraînement :
-par une fertilisation très fractionnée, en privilégiant la fertigation[44],
- par une optimisation de la consommation de l'azote par la plante dont la croissance est
assurée par les quantités d'eau nécessaires,
-par des rendements objectifs atteints 8 années sur 10, et un calcul de la fertilisation très précis,
-par un raisonnement de l'utilisation de produits phytosanitaires appropriée aux risques mis en évidence (proximité d'un point d'eau, pentes, taux d'atteinte parasitaire, …),
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Les relations entre le sol et les polluants susceptibles d'altérer la qualité des ressources en eau sont bien différentes d'un polluant à l'autre. Ces relations peuvent être illustrées pour les nitrates et les produits phytosanitaires (cf. paragraphes suivants).
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L ’azote dans le sol
L'azote est indispensable à la vie et c'est un constituant normal des sols. Un hectare de sol contient habituellement plusieurs tonnes d'azote dont la plus grande partie est sous forme organique.
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Ce stock d'azote organique est alimenté par divers apports : eau de pluie, fixation d'azote atmosphérique (par les légumineuses, par exemple), décomposition de résidus végétaux (feuilles, racines) et par les apports de fertilisants organiques (déjections animales) ou minéraux (engrais). Ces apports d'azote subissent diverses séries complexes de réactions de minéralisation et de réorganisation, mais vont tous grossir le stock d'azote organique du sol, l'utilisation directe par les plantes ne représentant qu'un très faible pourcentage des apports (moins de 5 %).
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Sous l'action de différents micro-organismes, et à une vitesse qui dépend notamment de l'humidité, de la température, la teneur en oxygène, et du type de sol, l'azote organique du sol se minéralise pour donner des nitrates. Très solubles, ces nitrates sont pour partie absorbés par les racines des plantes, et le reste est entraîné par l'eau qui percole vers la nappe (phénomène de lessivage) ou qui est évacuée par les réseaux de drains agricoles.
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Schéma des échanges entre le sol et les eaux souterraines :
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L'entraînement d'un peu d'azote du sol par lessivage vers les eaux souterraines est inévitable et existe même avec les sols non cultivés. Mais, pour un sol dont le stock d'azote organique est de l'ordre de 10 tonnes, les exportations annuelles par les végétaux de 150 kg, et les apports fertilisants de 150 kg à 200 kg, le risque existe de dépasser la valeur limite fixée pour l'eau potable
(50 mg/l) si la quantité d'azote lessivée dépasse quelques dizaines de kilos par hectare et par an. Les ordres de grandeur en jeu sont donc des pertes annuelles de l'ordre de 15 % des apports ou de 2 à 3 ‰ du stock présent dans le sol.
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A noter :
Aux nitrates résultant de la minéralisation de l'azote organique des sols s'ajoutent
les nitrates produits par synthèse industrielle (engrais fertilisants minéraux) et les nitrates provenant de l'oxydation de matières organiques liées aux activités humaines et agricoles (fumier, lisier) et urbaines (effluents domestiques).
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L es produits phytosanitaires dans le sol
Les produits phytosanitaires sont appliqués le plus souvent par pulvérisation sur le sol et sur les plantes. Une certaine quantité des molécules les plus volatiles peut être perdue dans l'atmosphère. Une partie est absorbée par les organismes-cibles mais la plus grande partie rejoint directement ou indirectement le sol.
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Les substances sont alors transformées en divers produits de dégradation dont la toxicité n'est pas toujours connue. La disparition de la substance active et des molécules dérivées est plus ou moins rapide selon le caractère biodégradable des molécules en cause, et selon les conditions de milieu. On parle de rémanence. Certaines molécules peuvent être fixées dans le sol (sorption) par une grande variété de mécanismes ou entraînées facilement par les eaux. A toxicité égale, le risque d'altération des ressources en eau est d'autant plus faible que la substance est mieux retenue dans le sol et qu'elle s'y dégrade plus vite en produits inoffensifs.
La pollution de l'eau par les substances actives ou leurs produits de dégradation peut résulter de leur entraînement par les eaux de ruissellement (sous forme dissoute ou sous forme absorbée sur des particules de sol) vers les eaux superficielles ou vers les eaux souterraines (sous forme
dissoute).
Le principal responsable des contaminations détectées en France est l'atrazine, un herbicide largement répandu en agriculture. (Source : « 60 millions de consommateurs », n°363, juillet-août 2002)
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L a pollution par le phosphore
Le phosphore n'est pas directement un polluant indésirable pour l'eau de consommation humaine. Mais il contribue à l'eutrophisation[45] des ressources en eau superficielle. Il est généralement bien fixé dans les sols où il peut s'accumuler en quantités bien supérieures à celles utiles pour les cultures. Les pertes qui vont altérer les ressources en eau se font surtout par érosion, le phosphore étant entraîné avec les particules de sol où il est fixé. Il peut aussi devenir soluble dans certaines conditions de milieu qui se trouvent proches de celles favorisant naturellement la réduction des nitrates par dénitrification dans les sols.
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D es indicateurs de pollution diffuse
En matière de pollutions diffuses, la qualité observée d'une ressource ne correspond pas nécessairement aux émissions de polluants. En effet sont distingués :
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un niveau observé de pollution ambiante dans la ressource considérée (ex : concentrations en nitrates en mg/l),
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un niveau d'émission polluante, représentant le flux initial de pollution, supposé être à l'origine de la pollution ambiante. C'est sur cet indicateur que va porter l'effort de réduction de la pollution. Dans le cas de la pollution azotée, l'indicateur retenu est calculé à partir des reliquats d'azote sous le système racinaire, en kg d'azote à l'hectare.
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Une fonction de transfert relie la pollution ambiante et l'émission polluante. Elle tient compte des effets du temps de transfert (qui dépend lui-même des caractéristiques de la géologie et de l'aquifère), de la nature du sol, de la température, de la pluviométrie, du système de cultures … Des travaux de recherche appliquée ont pour objectif de préciser la composition de cette fonction afin de pouvoir définir un niveau souhaitable d'émissions polluantes pour ne pas dépasser une norme de pollution ambiante et orienter concrètement les pratiques sur le terrain.
(cf. paragraphe dans ce chapitre « Les transferts des polluants vers les nappes »)
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