Caractérisation des processus de rétention et d'infiltration de l'eau et de pesticides par expérimentations et modélisation en agriculture conventionnelle et agriculture de conservation

Dans un contexte de dégradation des sols notamment en lien avec une pratique intensive du labour, la mise en place de l’agriculture de conservation (diversification des rotations, travail du sol réduit voire absent et couverture permanente du sol) permet de limiter les phénomènes d’érosion et de contamination des eaux superficielles par les fertilisants et les produits phytosanitaires. L’agriculture de conservation provoque en effet des modifications majeures des propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols influençant le devenir de l’eau et des pesticides dans le sol. Cependant, dû à une forte dépendance aux produits phytosanitaires combinée à un fonctionnement du sol à dominante verticale les risques de transferts par lixiviation des produits phytosanitaires sont généralement considérés comme accrus comparé à un système en agriculture avec labour (dite ‘conventionnelle’). Dans ce contexte, l’objectif général du travail de thèse était de caractériser l’impact de systèmes de culture contrastés en combinant des approches variées d’expérimentations de terrain, de laboratoire et de modélisation. Les effets de l’agriculture de conservation et de l’agriculture conventionnelle ont été évalués de manière systémique, c’est-àdire en considérant le système de culture dans son ensemble sans chercher à distinguer les effets des différentes pratiques mises en place. L’étude du réservoir utilisable (à savoir la quantité maximale d’eau pouvant être retenue par le sol et disponible pour les plantes) des sols en agriculture de conservation a permis d’identifier les fonctions de pédotransfert générant les meilleures prédictions de la teneur en eau à la capacité au champ et au point de flétrissement permanent. Trois fonctions calibrées sur des données issues de parcelles en agriculture de conservation ont été proposées. Des expérimentations sur colonnes de sol non remanié ont permis de comparer le transfert de trois pesticides (métaldéhyde, nicosulfuron et mésotrione) en agriculture de conservation et en agriculture conventionnelle. Ces expérimentations ont mis en évidence un comportement des pesticides majoritairement déterminé par leurs propriétés et les types de sol avec en revanche un effet peu marqué des pratiques agricoles (dans les conditions de laboratoire testées). Une étude du devenir du nicosulfuron marqué au 14C a montré que la formation de résidus non extractibles était la voie de dissipation majeure de ce pesticide quelles que soient les pratiques agricoles et les profondeurs étudiées. Une première tentative de modélisation a par ailleurs été engagée pour simuler la dissipation du nicosulfuronSoil degradation caused by intensive cultivation practices (tillage) led to the development of conservation agriculture (diversification of crop rotation, reduced or no tillage and permanent soil cover). Conservation agriculture leads to major changes of soil physical, chemical and biological properties which modify water and pesticide fate in soils. It is generally assume that conservation agriculture limits the risk of erosion and the contamination of surface water by fertilizers or pesticides. However, in relation with an increase of pesticide use combined with an increase of vertical transfers, the risk to contaminate groundwater may be enhanced compared to a conventionally tilled system (with a mouldboard plow). In this context, the aim of the research program was to characterise the impact of different cropping systems using various approaches combining field and laboratory experiments and modelling. Differences between conservation agriculture and conventional agriculture have been assessed with a systemic approach considering the effects of interactions between practices. The prediction of available water capacity (ie the maximum amount of water that a soil can store and provide to plant roots) with pedotransfer function was studied and allowed identifying the most suitable functions to predict water at field capacity and at wilting point. Three functions calibrated only with conservation agriculture data were then proposed. Leaching experiments were conduct on undisturbed soil columns to assess the influence of cropping practices on three pesticides (metaldehyde, nicosulfuron and mesotrione) behaviour. Pesticide transfer mainly depended on pesticide properties and soil type with only little effect of cropping practices (under the laboratory conditions tested). The fate of nicosulfuron was studied with a 14C labelled molecule and showed that the formation of non-extractable residues was the main dissipation process whatever the agricultural practices and depth. A first modelling attempt was also done to simulate the dissipation of nicosulfuron