Impact of cover crop introduction on glyphosate and S-metolachlor fate in soil

L’introduction de cultures intermédiaires dans les systèmes de cultures permet de limiter l’érosion du sol et la pollution des masses d’eau, notamment par les nitrates. Elle occasionne des modifications physiques, chimiques, et biologiques du milieu sol qui sont susceptibles d’influencer le devenir des pesticides dans le sol après application. Cette thèse étudie l’impact de la présence de mulchs de cultures intermédiaires à la surface du sol sur deux processus majeurs impliqués dans le devenir des pesticides : l’adsorption et la dégradation, et pour deux herbicides fréquemment retrouvés dans les masses d’eau : le glyphosate et le S-métolachlore. Des mesures d’adsorption en laboratoire sur 9 types de cultures intermédiaires ont permis d’établir que le niveau d’adsorption des herbicides étudiés augmente avec le niveau de décomposition des mulchs, avec une variabilité liée à l’espèce de culture intermédiaire considérée et aux propriétés physico-chimiques de l’herbicide. Un modèle de prédiction du niveau d’adsorption en fonction de niveau de minéralisation des mulchs est proposé. Le suivi de la dégradation des herbicides radiomarqués dans des microcosmes en conditions contrôlées a permis de comparer leur devenir dans le sol à celui dans un sol couvert de résidus de cultures intermédiaires (ou mulch). Les résultats montrent que les voies de dissipation des herbicides sont différentes dans le sol nu comparé au sol couvert de mulch, avec notamment une plus forte immobilisation des herbicides dans les végétaux (formation de résidus fortement liés), et une variabilité liée au type de culture intermédiaire étudié. En outre, l’étude de l’effet du degré de décomposition des cultures intermédiaires au moment de l’application (étudié seulement pour le S-métolachlore) montre une relation entre la proportion d’herbicide interceptée par le mulch et la demi-vie de l’herbicide. Les résultats des trois études présentées dans cette thèse sont discutés au regard de leurs implications pour l’évaluation environnementale des systèmes de cultures. La prise en compte des résidus de cultures à la surface du sol dans les modèles de transfert des pesticides apparaît comme un défi à relever pour mieux décrire les situations observées au champ, et donc mieux évaluer des systèmes de cultures qui sont en plein essor dans les agrosystèmes de zones tempérées. Ces évaluations servent, elles à identifier les pratiques agricoles permettant de limiter le risque de pollution des masses d’eau.Cover crops have been mainly used to limit soil erosion and water bodies contamination, particularly by nitrates. Their introduction in cropping systems leads to physical, chemical, and biological changes in the soil environment that are likely to influence the fate of pesticides in the soil after application. This thesis studies the impact of the presence of cover crops on the soil surface on two major processes involved in the fate of pesticides - adsorption and degradation, and for two herbicides frequently found in water bodies - glyphosate and S-metolachlor. Adsorption measurements performed in laboratory on 9 types of cover crop mulches show that the adsorption level of the herbicides studied is higher when they are intercepted by decomposed cover crop residues compared to fresh ones, to an extend that depends on the cover crop species and the herbicide physicochemical properties. A predictive model of the sorption level increase as a function of the cover crop residues mineralization is proposed. Monitoring the degradation of radiolabeled herbicides in microcosms under controlled conditions made it possible to compare herbicide fate in soil with that in soil covered with cover crop residues (or mulch). The results show that the herbicide dissipation pathways are different in bare soil compared to mulch-covered soil. A higher immobilization of herbicides in mulches (formation of strongly bound residues), and a variability related to the type of cover crop studied were observed. In addition, the study of the effect of the decomposition degree of cover crops mulches at the time of herbicide application (studied only for S-metolachlor) shows a relationship between the proportion of herbicide intercepted by mulch and the herbicide half-life. The results of the three studies presented in this thesis are discussed with respect to their implications for the environmental assessment of cropping systems. The consideration of soil surface crop residues in soil pesticide transfer models is identified as a challenge to better describe field situations, and thus to better evaluate cropping systems that are in full boom in temperate zone agrosystems. These assessments enable to identify agricultural practices that limit the risk of pollution of water bodies