Assessment of the effects of cropping systems on pesticide exposure at watershed outlet : a methodology applied to horticultural systems in the French west indies

Aujourd'hui encore, les utilisations agricoles de pesticides génèrent des pollutions des cours d'eau qui posent des problèmes environnementaux et sanitaires. Afin de limiter et d'anticiper ces pollutions, il est nécessaire de disposer de méthodes d'évaluation des effets des systèmes de culture sur la pollution par les pesticides des eaux de rivière. Dans certaines zones, telles que les zones volcaniques tropicales, cette connaissance des effets des pratiques des agriculteurs qui cultivent des fruits et légumes (horticulteurs) sur la ressource en eau est extrêmement limitée. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode d'évaluation des effet des systèmes de cultures sur la contamination par les pesticides de l'exutoire d'un bassin versant qui soit adaptée aux conditions de l'horticulture en zone volcanique tropicale. Pour cela, nous avons sélectionné un petit bassin versant de 131 ha sur lequel deux dispositifs de suivis ont été mis en oeuvre entre 2011 et 2013: (1) un suivi des pratiques agricoles auprès des agriculteurs du bassin versant et (2) un suivi du régime hydrologique et de la pollution de l'eau par les pesticides à son exutoire. En raison de la complexité agronomique, géologique et hydrologique des bassins versants volcaniques tropicaux horticoles, et afin de produire un outil d'évaluation générique, nous avons développé un modèle agro-hydrologique de transferts de pesticide : WATPPASS. Il synthétise les connaissances sur le fonctionnement agro-hydrologique des bassins versants et simule les effets des pratiques agricoles sur les processus mis en cause dans les transferts de pesticides. WATPPASS reproduit correctement le fonctionnement hydrologique du bassin versant d'étude et les types de contamination de pesticides observés à l'exutoire. Les écarts par rapport aux mesures sont analysés et discutés et des améliorations du modèle sont proposées. WATPPASS est ainsi un outil performant qui peut servir d'outil d'évaluation des effets des systèmes de culture sur la qualité de l'eau, en particulier pour classer des scénarii d'évolution des systèmes de culture à l'échelle de bassins versants. La méthodologie proposée a permis d'identifier les molécules dont les usages actuels sont à risque ainsi que les principales combinaisons de facteurs engendrant des pollutions.Agricultural pesticides are still polluting surface water leading to environmental and sanitary issues. In order to anticipate and limit such pollution, method to assess the effects of cropping systems on water quality are highly needed. In tropical volcanic zones, knowledge on the impact of horticultural cropping systems is limited. The objective of this thesis is to design an assessment method suited to tropical volcanic horticulture. In this framework, we selected a small tropical volcanic horticultural catchment of 131 ha which was monitored from 2011 to 2013 for agricultural practices, stream discharge and pesticide pollution at catchment outlet. Due to the agronomic, geologic and hydrologic complexity of volcanic catchment, we design and agro-hydrological pesticide transfer model to assess the impact of agricultural practices at the catchment scale: WATPPASS. WATPPASS synthesizes knowledge on the agro-hydrological functioning of tropical volcanic catchment and simulates the effect of agricultural practices. WATPPASS correctly reproduced the hydrological functioning of the catchment and global pesticide trends at outlet. Differences between simulations and measurements are analyzed and discussed to propose model improvements. WATPPASS is a powerful tool which can be used for cropping system assessment at the catchment scale in order to improve water quality. Our methodology made it possible to identify pesticides for which actual uses are hazardous and combinations of factors leading to pesticides contamination at outlet