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Les zones tampons humides artificielles installées en région agricole drainée sont efficaces non seulement pour améliorer la qualité chimique de l’eau, mais également pour maintenir la biodiversité locale et la diversité du paysage. Partant de ces constats, les chercheurs d’INRAE ont créé l’outil d’analyse spatiale INSPA (INsertion SPAtiale), qui en croisant les informations sur les fonctions hydrologiques et écologiques d’un territoire permet de sélectionner les sites d’implantation de zones tampons humides artificielles en vue de constituer une mosaïque paysagère favorable à la biodiversité.

Dans les régions de grandes cultures, la préservation de la qualité de l’eau passe par la réduction des pollutions diffuses d’origine agricole. En Seine-et-Marne, des chercheurs d’INRAE et des acteurs du territoire de la Brie Nangisienne ont travaillé à la mise en place de zones tampons humides artificielles qui par l’action combinée du soleil, des bactéries et des plantes ont permis la dégradation naturelle des pesticides et des nitrates interceptés dans les eaux de drainage. Les premiers résultats encourageants montrent l’efficacité de ces solutions fondées sur la nature complémentaires d’actions visant à diminuer l’usage des produits phytosanitaires.

Ce numéro regroupe des textes issus des projets ayant travaillé dans le cadre du Programme PSDR 4, sous l’égide d’INRAE et de 10 Régions françaises.; International audience; approach based on collective actions and workshops aimed at building a territorial dialogue on the issue of diffuse pollution. Two levers of action are discussed: shifting agricultural practices and landscape management by reintroduction of buffer zones. For this purpose, complementary tools have been developed and tested with local stakeholders (farmers, stakeholders in the agricultural sector, local authorities in charge of water, government services, associations). Based on the Rampillon pilot site (involving local stakeholders and INRAE scientists since 2005), a multidisciplinary group of stakeholders/researchers was formed. The work presents a synthesis of the technical results on the services provided by artificial wetland buffers adapted to the context of drained soils, as well as on the interest of a participatory approach combining knowledge and hybrid facilitation skills. This approach addresses the perceptions of the stakeholders, the sharing of knowledge, the discussion of territory scenarios, the simulation and negotiation of collective actions through a serious game, and finally the final exchanges and collective learning identified during this experience.; Sur le territoire de la Brie en Seine-et-Marne, caractérisé par de grandes cultures céréalières, l’activité agricole a conduit à une forte dégradation de la qualité de l’eau (contamination aux nitrates et pesticides)de la nappe des calcaires de Champigny, principale ressource en eau souterraine d’Ile-de-France. Dans le cadre du projet interdisciplinaire Brie’Eau (concilier qualité des eaux et biodiversité), nous présentonsune démarche participative s’appuyant sur des actions et ateliers collectifs visant à construire un dialogue territorial sur l’enjeu des pollutions diffuses. Deux leviers d’action sont mis en discussion : leschangements de pratiques agricoles et les aménagements paysagers de type zone tampon. Pour cela des outils complémentaires ont été développés et testés avec les acteurs du territoire (agriculteurs,acteurs du conseil et des filières agricoles, collectivités en charge de l’eau, services de l’Etat, associations). S’appuyant sur le site pilote de Rampillon (associant des acteurs locaux et des acteursscientifiques INRAE depuis 2005), un collectif pluridisciplinaire d’acteurs/chercheurs s’est constitué. Le travail présente la synthèse des résultats aussi bien techniques sur les services rendus par les zonestampons humides artificielles adaptées au contexte des sols drainés, que sur l’intérêt d’une démarche participative outillée associant des connaissances et des compétences hybrides d’animation. Celle-ciaborde les perceptions des acteurs, le partage de connaissances, la mise en discussion de scénarios de territoire, la simulation et la négociation d’actions collectives à travers un jeu sérieux, et enfin les échangesfinaux et les apprentissages collectifs identifiés au cours de cette expérience.

National audience; Non-point source pollution generated by the intensification of agricultural practices leads to disturbances in terrestrial and aquatic ecosystems. This article is part of the PSDR Brie'Eau project (2016-2020) aimed at sharing ecosystem services for regulating pollutant flows and maintaining biodiversity in the context of field crops in Seine et Marne (France - 77). In order to prevent the degradation of the aquatic ecosystem, in addition with actions targeting agricultural practices, ecological engineering actions are set up to manage agricultural waters that are variably charged with pollutants. This is the case of the Artificial Wet Buffer Zone (Zone Tampon Humide Artificielle, ZTHA), system which promotes natural chemical and biological reactions to improve water quality. In 2010, a pilot ZTHA was set up in the commune of Rampillon near the “Ru des Gouffres” watercourse. It is located upstream of the direct inflow of surface water to the Champigny aquifer, which supplies part of the Ile de France region with drinking water. Within the ZTHA, the INRAE and AQUI'Brie collaborate on monitoring to measure its effects on water quality. The results argue in favour of the project, since it significantly reduces the frequency with which the drinking water threshold, set at 50 mg/L of nitrates, is exceeded. Similarly, the ZTHA promotes the abatement of metal and pesticide flows at the outlet. Despite this abatement, laboratory ecotoxicological studies show that pesticide exposure at levels as measured in the ZTHA are likely to induce sublethal impacts in ecological organisms that are key to the functioning of aquatic ecosystems but require confirmation in situ. In conclusion, this work confirms the relevance of these artificial ecosystems for the improvement of water chemical quality and the need to reduce upstream inputs of agricultural contaminants for optimal protection of aquatic life. Additional work is nevertheless essential to assess the ecotoxicological impact on the trophic chain that develops within the HTAA. This article is the first in a trilogy presenting the various assets of the ZTHA to address current environmental issues such as water quality, biodiversity and land use planning.; Les pollutions diffuses engendrées par l’intensification des pratiques agricoles entrainent des dérèglements au sein des écosystèmes terrestres et aquatiques. Cet article s’inscrit dans le cadre du projet PSDR Brie’Eau (2016-2020) visant à mutualiser les services écosystémiques de régulation des flux de polluants et le maintien de la biodiversité dans le contexte de grandes cultures en Seine-et-Marne (France - 77). Afin de lutter contre la dégradation du milieu aquatique, en parallèle des actions ciblant les pratiques agricoles, des actions d’ingénierie écologique sont mises en place pour gérer les eaux agricoles variablement chargées en polluants. C’est le cas du dispositif de zone tampon humide artificielle (ZTHA) qui favorise les réactions chimiques et biologiques naturelles pour améliorer la qualité de l’eau. En 2010, une ZHTA pilote a été aménagée sur la commune de Rampillon à proximité du cours d’eau du Ru des Gouffres. Elle se situe en amont d’engouffrements directs des eaux de surface vers l’aquifère de Champigny qui alimente une partie de l’Île-de-France en eau potable. Au sein de la ZTHA, lNRAE et AQUI’Brie mènent en collaboration des suivis permettant de mesurer ses effets sur la qualité de l’eau. Les résultats parlent en la faveur de l’aménagement puisqu’il permet de réduire significativement les fréquences de dépassement du seuil de potabilité du Ru, fixé à 50 mg/L de nitrates. De même, la ZTHA favorise l’abattement des flux de métaux et de pesticides à l’exutoire. Nonobstant cet abattement, des études écotoxicologiques en laboratoire montrent que l’exposition aux pesticides, à des niveaux tels que mesurés dans la ZTHA, sont susceptibles d’induire des impacts sublétaux chez des organismes écologiques clés du fonctionnement des écosystèmes aquatiques qui demandent à être confirmés in situ. Pour conclure, ces travaux confirment la pertinence de ces écosystèmes artificiels pour l’amélioration de la qualité chimique de l’eau et la nécessité de diminuer les intrants de contaminants agricoles en amont pour une protection optimale de la vie aquatique. Des travaux complémentaires sont néanmoins indispensables pour évaluer l’impact écotoxicologique sur la chaine trophique qui se développe au sein de la ZTHA. Cet article est le premier d’une trilogie présentant les différents atouts des ZTHA pour faire face aux enjeux environnementaux actuels que sont la qualité de l’eau, la biodiversité et l’aménagement du territoire.

National audience; Artificialisation of land and intensification of agricultural practices have led to the homogenization of landscapes and decline of biodiversity. In fact, the loss of habitat diversity leads to a decrease in species richness in many areas. Among various actions to address these challenges, ecological engineering is developing to restore ecosystem functions and services by relying on nature-based solutions. This is the case of the Artificial Wetland Buffer Zone (Zone Tampon Humide Artificielle, ZTHA) whose primary function is to improve the quality of water in agricultural drainage context. But it turns out that this tool also promotes habitat diversity in the context of field crops. In order to know the biodiversity of the ZTHA, inventories on 7 taxa (Amphibians, Chiroptera, Lepidoptera, Mammals, Odonata, Birds and Reptiles) were carried out in 2017. As a result, on an area of about 1 hectare it is possible to recover more than 40% of the species among the taxa of Amphibians, Odonates and Birds known in Île-de-France. ZTHA also promote green and blue corridors on a homogeneous territory which diversifies the landscape and promotes connectivity. In addition, pedagogical and recreational issues are added to the overall benefit with the installation of a learning path on the study site. The issues mentioned above stimulate ecosystem services and are shared on one land site: the ZTHA. Ultimately, their deployment on a larger scale is proposed, which will contribute to the ecological development of territories and allow agroecosystems to have a reduced environmental footprint. This article is the second in a trilogy presenting the different strengths of ZTHA to face current environmental issues.; L’artificialisation des terres et l’intensification des pratiques agricoles ont conduit à l’homogénéisation des paysages et au déclin de la biodiversité. En effet, la perte de diversité des habitats naturels ou semi-naturels engendre une diminution de la richesse spécifique dans de nombreuses régions. Parmi diverses actions pour répondre à ces enjeux, les actions d’ingénierie écologique contribuentà restaurer les fonctions et services écosystémiques en s’appuyant sur des solutions fondées sur la nature. C’est le cas du dispositif de zone tampon humide artificielle (ZTHA) dont la fonction première est d’améliorer la qualité de l’eau en contexte de drainage agricole. Mais il s’avère que cet outil favorise également la diversité des habitats en contexte paysager de grandes cultures ayant subi de forts aménagements fonciers pour optimiser la productivité agricole. Afin d’évaluer l’impact des ZTHA sur le site expérimental de Rampillon sur la biodiversité, des inventaires sur sept taxons (Amphibiens, Chiroptères, Lépidoptères, Mammifères, Odonates, Oiseaux et Reptiles) ont été réalisés en 2017, soit 7 ans après leur construction. Il en résulte que, sur une surface d’environ 1 hectare, il est possible de retrouver plus de 40 % des espèces d’Amphibiens, d’Odonates et d’Oiseaux connues en Île-de-France. Les ZTHA favorisent également les trames vertes et bleues sur un territoire devenu homogène par les remembrements successifs, en diversifiant le paysage et en favorisant la connectivité entre les éléments naturels (rôle d’espace relais). En outre, les enjeux pédagogiques et récréatifs viennent s’ajouter au bénéfice global avec l’installation d’un parcours pédagogique sur le site d’étude. Ainsi, les ZTHA sont un support nouveau à la fourniture de services écosystémiques tout en étant mutualisés sur un seul site foncier. In fine, leur déploiement à plus large échelle est proposé, ce qui participera à l’aménagement écologique des territoires et permettra aux agroécosystèmes de tendre vers une empreinte environnementale réduite.

National audience; For many years, the territories have undergone restructuring aimed at promoting agricultural productivity, sometimes to the detriment of the environment, particularly in the context of field crops. Aquatic ecosystems have been degraded, often resulting in a decline in water quality and an increased risk of flooding at different scales. To apply the regulation, actions must be undertaken. It is within this framework that the Brie'EAU research project, among other actions, develops the concept of Artificial Wetland Buffer Zone (ZTHA). These ZTHA help improve water quality, maintain biodiversity, contribute to the green and blue corridors and diversify the agricultural landscape (Letournel, 2017). Initial studies have shown that ZTHAs address these environmental issues and support various ecosystem services. The next step is now to design a multi-criteria geomatics tool to guide where ZTHAs can be implemented and integrated into the territory to optimize land, while reconciling as much as possible the hydrological and ecological functions they can provide. The spatial analysis tool INSPA (SPAtiale INsertion) was developed in order to cross this information and target, over a fairly large scale, the areas favorable for implementing ZTHAs. INSPA considers buffer distances around hydrological and ecological elements and then intersects these elements including their buffer zones. The tool makes it possible to adapt the buffer distances according to the priority issues and can also serve as a tool for spatial and temporal planning.; Depuis de nombreuses années, les territoires ont subi des aménagements fonciers ayant pour but de favoriser la productivité agricole, parfois au détriment de l’environnement, en particulier en contexte de grandes cultures. Les milieux aquatiques ont été dégradés engendrant souvent une baisse de la qualité de l’eau et une augmentation des risques d’inondations à différentes échelles. Pour appliquer la réglementation liée à la directive cadre sur l’eau et atteindre les objectifs de bon état, des actions doivent être mises en place. C’est dans ce cadre que s’insère le projet de recherche Brie’Eau, qui parmi plusieurs actions, développe le concept de zone tampon humide artificielle (ZTHA). Ces dernières permettent en plus d’améliorer la qualité de l’eau, de maintenir voire de renforcer la biodiversité locale, de contribuer à la trame verte et bleue et de diversifier le paysage agricole. Des premières études ont montré que les ZTHA répondaient aux enjeux cités ci-dessus et garantissaient ainsi divers services écosystémiques. L’étape suivante, objet du présent article, est de concevoir un outil géomatique multicritères permettant de proposer des sites d’implantation de nouvelles ZTHA dans le territoire, tout en conciliant au maximum les fonctions hydrologiques et écologiques dont elles sont le support. L’outil d’analyse spatiale INSPA (INsertion SPAtiale) a été développé afin de croiser ces informations et cibler, sur un territoire assez large, les zones favorables à l’insertion de ZTHA. INSPA se base sur des distances tampons attribuées aux éléments hydrologiques et écologiques retenus, avant de croiser les informations de ces éléments. L’outil permet d’adapter les distances tampons selon les enjeux prioritaires d’un territoire et peut également servir d’outil de planifications spatiales et temporelles.

International audience; Microbial electrochemical snorkel (MES) is a short-circuited microbial fuel cell applicable to water treatment that does not produce energy but requires lower cost for its implementation. Few reports have already described its water treatment capabilities but no deeper electrochemical analysis were yet performed. We tested various materials (iron, stainless steel and porous graphite) and configurations of snorkel in order to better understand the rules that will control in a wetland the mixed potential of this self-powered system. We designed a model snorkel that was studied in laboratory and on the field. We confirmed the development of MES by identifying anodic and cathodic parts, by measuring the current between them and by analyzing microbial ecology in laboratory and field experiments. An important application is denitrification of surface water. Here we discuss the influence of nitrate on its electrochemical response and denitrification performances. Introducing nitrate caused the increase of the mixed potential of MES and of current at a potential value relatively more positive than for nitrate-reducing biocathodes described in the literature. The major criteria for promoting application of MES in artificial wetland dedicated to mitigation of non-point source nitrate pollution from agricultural water are considered.

Concilier les enjeux eau et biodiversité dans les régions agricoles est un enjeu majeur pour les acteurs des territoires. À partir d'une expérience menée en Brie Nangissienne, où des zones tampons humides artificielles ont été créées pour favoriser la dégradation naturelle d'une partie des contaminants présents dans les eaux agricoles issues des collecteurs de drainage, les auteurs de l'article nous démontrent que ces dispositifs sont également un moyen de recréer des espaces propices à la biodiversité et de fournir plusieurs services écosystémiques.

International audience; Le suivi en continu de la contamination par les pesticides dans le bassin versant de l’Orgeval a été initié en 2008 afin de répondre aux attentes du devenir des pesticides dans les bassins versants sur le long terme et permettre la validation des modèles développés par ailleurs (cf, Chapitre 5). En parallèle, les usages phytosanitaires passés ont été déterminés par le biais d’enquêtes directement auprès des agriculteurs du bassin. Les bilans des usages actuels sont extraits des données de la BNV-D sur le département de la Seine et Marne. Ainsi, 10 ans de données de contamination sont maintenant disponibles pour une liste de molécules toujours en évolution en fonction des nouveaux usages. Les prélèvements ponctuels ne sont souvent pas pertinents pour la comparaison avec des sorties de modèle car les concentrations sont très fluctuantes dans le temps, surtout dans un petit cours d’eau comme l’Orgeval. Ici, les prélèvements sont asservis au débit et moyennés mensuellement. Un focus estfait ici pour les molécules emblématiques pour lesquelles la tendance d’évolution peut être directement mise en relation avec la dynamique des usages phytosanitaires, comme l’atrazine pour représenter le fond de contamination ancienne, l’isoproturon et le chlortoluron pour les usages en période hivernale, ou encore le Métolachlor pour les usages de printemps. Des premiers résultats de potentiel d’épuration des eaux par une zone tampon humide artificielle en sortie de parcelle agricole seront également montrés.

Sur le territoire de la Brie en Seine-et-Marne, caractérisé par de grandes cultures céréalières, l'activité agricole a conduit à une forte dégradation de la qualité de l'eau (contamination aux nitrates et pesticides) de la nappe des calcaires de Champigny, principale ressource en eau souterraine de l'Île-de-France. Dans le cadre du projet Brie'Eau (concilier qualité des eaux et biodiversité), nous présentons les travaux 2018 sur les actions et ateliers visant à construire un dialogue territorial sur l'enjeu des pollutions diffuses, en mettant en discussion deux leviers d'action : les changements de pratiques agricoles et les aménagements paysagers de type zone tampon. Pour cela des outils complémentaires ont été développés et testés avec les acteurs du territoire. S'appuyant sur le site pilote de Rampillon, (associant des acteurs de territoire AQUI'Brie, commune du Rampillon, Syndicat du ru d'Ancoeur, agriculteurs et des acteurs scientifiques Irstea depuis 2005), un collectif d'acteurs/chercheurs s'est constitué autour de l'Irstea (hydrologie, ingénierie écologique, science de la participation), de l'INRA (agronomie et système de culture), de l'IEP (droit de l'environnement), de la chambre d'agriculture, des bureaux d'étude Biotope, spécialisé en écologie, et LISODE en dialogue territorial. Le territoire d'application est le captage prioritaire de Nangis, associant 14 communes environnantes.

With changes in climate looming, quantifying often-overlooked components of the canopy water budget, such as cloud water interception (CWI), is increasingly important. Commonly, CWI quantification requires detailed continuous measurements, which is extremely challenging, especially when throughfall is included. In this study, we propose a simplified approach to estimate CWI using the Rutter-type interceptionmodel,whereCWIinputs in the canopy vegetation are proportional to fog interception measured by an artificial fog gauge. The model requires the continuous acquisition of meteorological variables as input and calibration datasets. Throughfall measurements below the forest are used only for calibration and validation of the model; thus, CWI estimates can be provided even after the cessation of throughfall monitoring. This approach provides an indirect and undemanding way to quantify CWI by vegetation and allows the identification of its controlling factors, which could be useful to the comparison of CWI in contrasting land covers. The method is applied on a 2-year dataset collected in an endemic highland forest of San Cristobal Island (Galapagos). Our results show that CWI reaches 21%± 6%of the total water input during the first year, and 9%±2%during the second one. These values represent 32%±10% and 17% ± 5% of water inputs during the cool foggy season of the first and second year, respectively. The difference between seasons is attributed to a lower fog liquidwater during the second season.

10 p.; International audience; The Water Framework Directive and the Ecophyto 2018 plan provides for measures against water chemical pollution. In the agricultural context, pesticide are a real stress for surrounding environment. Measures have been taken to reduce this stress, namely the reduction of chemical application, and the implantation of buffer zones like artificial wetland at the outlet of the agricultural watershed. A PhD thesis has begun in November 2012 on the modelling of the wetland functioning for pesticide mitigation. This work takes place in the team TAPAHS in the unit Hydrosystem and Bioprocesses of the Institute Irstea. The motivation of this work takes birth in the preceding studies of the team on the removal efficiency of a wetland regarding several pesticides. Several tools are yet available to reach our objectives. An experimental site has been instrumented in the city of Rampillon (France) and a state of art is under construction. The bibliography's study focus on two subjects: the tracer experiments and the constructed wetlands models which have been developed. These tools lead to a methodology which we propose to follow for the next steps of the PhD thesis.

PIREN-Seine. Phase V – Rapport de synthèse 2007-2010