Caractérisation du risque de contamination de la nappe de Beauce par les pesticides : Elucidation des mécanismes du transport préférentiel et approche spatiale du risque à l’échelle du bassin hydrologique. Projet de recherche ESHEL « Evaluation et réduction des risques liés à l’utilisation des pesticides »

This report presents the results of the research project ESHEL "Characterization of the risk of contamination of Beauce groundwater by pesticides". The ESHEL project had two main objectives: understanding the mechanisms of pesticide fate in the soils of the Beauce region, and developing a methodological basis for the spatialization of the risk assessment of Beauce groundwater contamination by pesticides. The research considers two spatial scales: the agricultural field, and the hydrological catchment. A detailed pedological study of the selected agricultural field, together with a geophysical prospection of soils, highlighted the strong heterogeneity of the soil cover, in relation to the complexity of the spatial relationships between the various geological materials composing the soil substrate. The strong heterogeneity of the soil cover reflects also in the high spatial variability of the soil water and solute transport properties. Study of the degradation of isoproturon, a cereal herbicide found in the Beauce groundwater, showed that the rate of degradation was highly dependent on soil water content and that isoproturon was highly persistent in subsoil horizons. Mobile /immobile water partitioning was found to play a significant role in solute transport. Isoproturon transp-ort modelling confirmed the importance of this preferential flow process that could explain the contamination levels observed in the Beauce groundwater. The spatial variability of isoproturon fate parameters atthe ouarville catchment scale had characteristics similar to those measured at the field scale. This variability is essentially local (at the metric scale) and does not allow for a geographical definition of risk (i.e. based on soil zoning) at the catchment scale. The spatial variability of isoproturon fate parameters could not be related to the spatial variability of soil characteristics, except the classical relationship between the adsorption coefficient and the organic matter content, which could be spatialised at catchment scale by teledetection. The underdetermined nature of all the other pesticide fate parameters will imply the use of a stochastic risk assessment of the Beauce groundwater contamination by pesticides.Ce rapport présente les principaux résultats du projet de recherches ESHEL "Caractérisation du risque de contamination de la nappe de Beauce par les pesticides". Le projet ESHEL vise deux objectifs : la compréhension des mécanismes de dissipation des pesticides dans les sols de Beauce, et le développement de bases méthodologiques pour la spatialisation de l'évaluation du risque de contamination des eaux souterraines de Beauce par les pesticides. Le travail de recherche est mené à deux échelons spatiaux : celui de la parcelle agricole, et celui du bassin hydrologique. Une étude pédologique approfondie de la parcelle, aidée d'une prospection géophysique des sols, a mis en evidence une forte hétérogénéité des sols, liée à la complexité des relations spatiales entre matériaux superficiels. Cetté hétérogénéité des sols se traduit par une forte variabilité spatiale des propriétés hydriques et de transport des solutés. L'étude de la dégradation de l'isoproturon, herbicide utilisé sur céréales d'hiver et retrouvé parmi les contaminants de la nappe de Beauce, montre une forte dépendance de la vitesse de dégradation vis-à-vis de l'état hydrique du sol et une persistance élevée de l'isoproturon dans les horizons de subsurface. L'existence d'un mode de transport préférentiel des solutés dans les sols de Beauce, impliquant la partition de 1'eau du sol entre une fraction mobile et une autre immobile, a pu être démontrée. La modélisation du transfert de l'isoproturon dans ces sols confirme l'importance de ce transport préférentiel, qui peut expliquer les niveaux de contamination observés en nappe de Beauce. La variabilité spatiale des propriétés de dissipation de l'isoproturon à l'échelle du bassin hydrologique de Ouarville présente les mêmes caractéristiques que celle évaluée à l'échelle intra_parcellaire. Il s'agit essentiellement d'une variabilité à l'échelle locale (métrique) qui ne permet pas d'approche géographique du risque (i.e basée sur un zonage préalable du sol) à l'échelle du bassin hydrologique. La variabilité spatiale des propriétés de dissipation de l'isoproturon n'a pas pu être reliée à celle des caractéristiques de constitution des sols hormis la relation classique entre coefficient d'adsorption et teneur en matière organique, cette dernière pouvant être spatialisée à l'échelle du bassin par télédétection. Le caractère indéterminé de la variabilité spatiale des nombreux autres paramètres intervenant dans la dissipation des pesticides implique donc l'utilisation d'une approche stochastique pour l'évaluation du risque de contamination de la nappe de Beauce