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Rapport de synthèse. Phase 7 (2015-2019) 1

International audience; Pressures on resources and climate change are likely to strongly impact the availability of water, which directly affects agricultural systems. To estimate these impacts, we develop a prospective approach combining an agricultural supply side economic model and a crop model. We extend previous work by incorporating water resource constraints and apply our model to a large part of the French agricultural sector under three climate scenarios over 2010–2010. Results indicate that, at a given water price, potential change in irrigation water demand would differ strongly according to the region concerned and the scenario applied. In France as a whole, irrigation increases in all scenarios, by 60% under the intermediate scenario, by 40% under the least extreme scenario, and by 20% under the toughest scenario. Differentiating the northern and southern regions, the relative increase is more pronounced in the north, while demand in the south significantly increases under the intermediate scenario and decreases under the toughest scenario. When considering autonomous adaptation of farming systems to climate change, agricultural income in northern regions is likely to be negatively affected to a greater extent than in southern regions.; Les pressions sur les ressources et le changement climatique sont susceptibles d'avoir un impact important sur la disponibilité de l'eau, qui affecte directement les systèmes agricoles. Pour estimer ces impacts, nous développons une approche prospective combinant un modèle économique de l'offre agricole et un modèle de culture. Nous étendons les travaux précédents en incorporant des contraintes sur les ressources en eau et appliquons notre modèle à une grande partie du secteur agricole français sous trois scénarios climatiques sur 2010-2010. Les résultats indiquent que, à un prix de l'eau donné, le changement potentiel de la demande en eau d'irrigation diffère fortement selon la région concernée et le scénario appliqué. Dans l'ensemble de la France, l'irrigation augmente dans tous les scénarios, de 60% dans le scénario intermédiaire, de 40% dans le scénario le moins extrême, et de 20% dans le scénario le plus dur. Si l'on distingue les régions du nord et du sud, l'augmentation relative est plus prononcée dans le nord, tandis que la demande dans le sud augmente de manière significative dans le scénario intermédiaire et diminue dans le scénario le plus difficile. Si l'on considère l'adaptation autonome des systèmes agricoles au changement climatique, les revenus agricoles des régions du nord risquent d'être affectés de manière plus négative que ceux des régions du sud.

The Seine River and its basin (70 000 km2, 500 m3/s mean annual discharge) are studied since 1989 by an interdisciplinary research programme (https://www.piren-seine.fr/). The river receives the effluents of about 17 M inhab (70% from Paris conurbation) and from industries. Intensive agriculture using agrochemicals is another cause of water quality alteration. Morphological alterations (such as channelization and reservoirs construction) were considerable. From the 1970s to the 1990s, the Seine water quality was very poor downstream of Paris: summer oxygen deficit, nutrient excess and eutrophication, severe contamination by metals, persistant organics and emergent pollutants, including plastic debris, all detrimental to aquatic life, as revealed by very low fish species richness. From the 1990's on, the measured quality status of the Seine has been significantly improved owing to urban and industrial wastewater treatment, yet its ecosystem remains fragile, with high agriculture impact. Basin scale mass balance budgets were established for most of the pollutants, and their trajectories reconstructed over past decades. Scenarios for more sustainable future development have been established. Basin-wide numerical models analyse the hydro-biogeochemical functioning of the Seine river network, from headwaters to the estuary, taking into account past, present and future human activities in the watershed.

Studies on the influence of hydrodynamic conditions on anthropogenic microfiber (MF) and microplastic (MP) distributions in freshwater environments are sparse. In this study, we evaluated the influence of urbanisation gradient on the spatial variability of MFs and MPs. Temporal variability was also assessed by comparing the concentrations and fluxes of MFs and MPs under low flow conditions with those during the January–February 2018 flood event. For each period, Seine river water was collected upstream and downstream of Greater Paris and filtered through an 80 μm net at three different sampling sites. MFs were counted using a stereomicroscope, while MPs were analysed using micro-Fourier transform infrared spectroscopy coupled with siMPle analysis software. The highest concentrations of MFs and MPs were reported at the furthest downstream sites during both periods. However, high water flowrates and urbanisation gradient did not significantly impact MF and MP concentrations, sizes, or polymer distributions. The median MF and MP concentrations were 2.6 and 15.5 items/L and their interquartile ranges were 1.6 and 4.9 items/L (n = 10), respectively, illustrating relatively stable concentrations in spite of the urbanisation gradient and variations in the flowrate. In contrast to the concentration, size, and polymer distribution characteristics, MP mass fluxes were strongly affected by river flow. MF and MP fluxes show increases in the number and mass of particles from upstream to downstream. The downstream site presents high MP mass fluxes, which range between 924 and 1675 tonnes/year. These results may indicate significant MP inputs from the Paris Megacity through wastewater treatment plant effluents and untreated stormwater. The January–February 2018 flood event, which represented 14.5% of the year (in terms of time), contributed 40% of the yearly MP mass fluxes. Thus, flood events contribute strongly to MP fluxes.

Proceedings of the 15th Internationale Conference on Urban Drainage, Online, AUSTRALIE, 24-/10/2021 - 29/10/2021; The whole sanitation network connected to the natural hydrographic network has been reconstructed at Greater Paris scale. The evaluation from different approaches shows good skills for the tool. Such reconstruction allows a global and synthetic view of the functioning of the sanitary system but also it highlights the potential urbanisation impacts on receiving environment. The use of the produced data for hydrological modelling is presented in a second paper. The method will be applied in other cities.

In order to mitigate negative urbanization effects on urban water management, nature based solutions (NBS) are often recommended. Some of them can also be recommended to improve thermal comfort, inhabitants well-being, their security, ... They can also take part in climate change adaptation strategies. A more systemic evaluation of such solutions is then becoming essential. The hydro-climatic model TEB-Hydro has been developed in order to evaluate urban planning projects, regarding urban water management and thermal comfort, at the City scale. TEB-Hydro model, based on a regular mesh grid, needs to know the water different paths (at the surface, inside the stormwater or combined network, into the ground). An automatic tool (TOHR) has been developed, from urban data banks, to build an oriented graph of the different water flows, that is then projected on TEB-Hydro grid, to provide to the model all the parameters needed for routing calculation. This oriented graph is based on the stormwater, waste water, combined and natural networks. Thus, it allows the reconstruction of a complete network, by taking into account all the different water flows. Nonetheless, this rebuilt network has to be simplified, in order to be adapted to the grid spatial resolution. The reconstruction result, at the Greater Paris scale is globally satisfying. Numerous errors are due to wrong connections, but at a fine scale. The flow path is then a bit longer than in the reality. The larger difficulties are over Paris where the network is a crossroad with numerous meshes. The reconstruction of the separate system is better as it is less meshed than the combined one. And even on the combined system, realistic large drained areas defined at different points on the network are obtained. Then the reconstructed network is available for hydrologic simulations., Afin d'atténuer les effets négatifs de l'urbanisation sur la gestion des eaux urbaines, des solutions basées sur la nature (NBS) sont souvent recommandées. Certaines d'entre elles peuvent également être recommandées pour améliorer le confort thermique, le bien-être des habitants, leur sécurité, ... Elles peuvent également participer aux stratégies d'adaptation au changement climatique. Une évaluation plus systémique de ces solutions devient alors indispensable. Le modèle hydro-climatique TEB-Hydro a été développé afin d'évaluer les projets d'urbanisme, en matière de gestion de l'eau et de confort thermique, à l'échelle de la ville. Le modèle TEB-Hydro, basé sur un maillage régulier, nécessite de connaître les différents parcours de l'eau (en surface, à l'intérieur du réseau d'eaux pluviales ou combiné, dans le sol). Un outil automatique (TOHR) a été développé, à partir de banques de données urbaines, pour construire un graphique orienté des différents flux d'eau, qui est ensuite projeté sur la grille TEB-Hydro, afin de fournir au modèle tous les paramètres nécessaires au calcul des trajets. Ce graphique orienté est basé sur les réseaux d'eaux pluviales, d'eaux usées, combinés et naturels. Il permet ainsi de reconstruire un réseau complet, en prenant en compte tous les différents flux d'eau. Néanmoins, ce réseau reconstruit doit être simplifié, afin de s'adapter à la résolution spatiale de la grille. Le résultat de la reconstruction, à l'échelle du Grand Paris, est globalement satisfaisant. De nombreuses erreurs sont dues à de mauvaises connexions, mais à une échelle fine. Le chemin d'écoulement est alors un peu plus long que dans la réalité. Les plus grandes difficultés se situent sur Paris où le réseau est un carrefour avec de nombreuses mailles. La reconstruction du système séparé est meilleure car il est moins maillé que le système combiné. Et même sur le système combiné, on obtient de grandes zones drainées réalistes définies en différents points du réseau. Le réseau reconstruit est alors disponible pour des simulations hydrologiques.

Seconde International Conference "Water, Megacities and Global Change", PARIS, FRANCE, 01-/12/2021 - 01/12/2021; Cities are highly sealed resulting in less infiltration in the ground and so on in high quantities of runoff water and less evapotranspiration. A large part of stormwater is then drained by separate or combined sewer systems. In case of heavy rainfalls, stormwater can join directly the river, eventually leading to urban floods, or overflows through the combined sewer, then increasing the risk of river pollution. Allowing notably the study of water management and thermal comfort in cities, the Town Energy Balance (TEB) hydro-climatic urban model, constitutes a tool to evaluate adaptation strategies to urbanisation effects. Indeed, it makes it possible to study different nature based solutions scenarios (green-roofs, watering, ...). Few studies are modelling the combining effects of hydrology and micro-climate in cities while they are jointly involved in urban planning strategies. This study relies on a reconstructed sewerage network in the Paris metropolitan area adapted to the model resolution. Such a large area requires a specific multi-watershed calibration approach, rarely applied in urban areas. It will be based on the division of watersheds into hydrological response units. In light of an eighteen years simulation, an evaluation of the performances of the model (stormwater or combined flows) is performed using a multi-site objective function.

Les zones urbaines, par l'imperméabilisation des surfaces et le drainage du sol par les réseaux, influencent fortement le cycle de l'eau. Des dispositifs, souvent basés sur la végétation constituent des techniques dites alternatives permettant une gestion à la source des eaux pluviales. Leur multiplication sur le réseau ou les projets d'aménagements plus durables (écoquartiers) modifient le cycle de l'eau et donc la gestion de l'eau : de nouveaux processus (évapotranspiration, infiltration) apparaissent dans la gestion globale de l'assainissement (en particulier en présence de réseaux unitaires). Le modèle hydrologique TEB-Hydro reproduit tout le cycle de l'eau (petit et grand) à l'échelle d'un territoire. Il n'a pas pour vocation la gestion au quotidien du réseau d'assainissement, mais peut aider à la décision de futurs aménagements, plus durables. En plus de données météorologiques et d'occupation du sol, il nécessite le graphe orienté d'un réseau d'assainissement fonctionnel mais adapté à la résolution du modèle. Un outil de reconstruction (TOHR), basé sur le réseau réel fournit ce réseau simplifié à TEB-Hydro. La zone d'étude est la zone urbaine couvrant la Ville de Paris et sa petite couronne constituée des départements des Hauts-de-Seine, de la Seine-Saint-Denis et du Val de Marne. De nombreux acteurs ont un rôle dans la gestion du réseau d'assainissement sur cette zone : les communes, les départements, les syndicats et le Syndicat Interdépartemental de l'assainissement de l'Agglomération Parisienne. Ajouté à l'historique de l'urbanisation de la zone, ce réseau d'assainissement a, en de nombreux endroits, un fonctionnement atypique, en lien aussi avec les contraintes majeures auxquelles sont confrontés les gestionnaires du réseau. Le fonctionnement des réseaux interdépartemental et départementaux ont été identifiés préalablement à la reconstruction de chacun de ces réseaux séparément, puis globalement. Ceci a été possible grâce à de nombreux échanges avec les gestionnaires. L'évaluation de chacune de ces reconstructions et l'analyse du réseau simplifié obtenu est présentée. Selon les départements et la complexité du fonctionnement du réseau, les résultats de la reconstruction sont plus ou moins satisfaisants. La modélisation hydrologique, appliquée d'abord à l'échelle du département des Hauts de Seine puis à toute la zone, est évaluée et analysée, à l'échelle de différents bassins versants (séparatifs et unitaires).

International audience

L'infrastructure et le fonctionnement du réseau d'assainissement de l'agglomération parisienne sont décrits et synthétisés dans ce document. La structure générale du réseau est d'abord présentée en indiquant les différents intervenants que sont les communes, les départements et le Syndicat Interdépartemental de l'assainissement de l'Agglomération Parisienne et leurs rôles respectifs. La typologie hétérogène du réseau qui induit, sur de nombreuses zones, des connexions atypiques, en citant quelques-unes des contraintes majeures auxquelles sont confrontées les gestionnaires du réseau, est détaillée. Ces contraintes sont dues en grande partie à la gestion du temps de pluie qui engendre des déversements dans le milieu naturel et parfois même le débordement du réseau de transport. Une description plus détaillée et spécifique du réseau interdépartemental est faite. Celle-ci a été rendue possible par la richesse des documents et des données fournies, ainsi que par une visite au SIAAP, permettant de mieux comprendre l'exploitation du réseau, particulièrement en situations exceptionnelles. La complexité du fonctionnement du réseau interdépartementale est soulignée. En plus des ouvrages à multiples vocations, les nombreux maillages et stations de gestion permettent de dévier les flux et de les envoyer vers différents exutoires selon l'état du réseau. Bien que certaines consignes soient claires et automatisées, l'exploitation du réseau interdépartementale se fait en fonction de situations quotidiennes voire momentanées, en temps réel, en se basant sur l'expertise des agents du SIAAP. Enfin, les différents réseaux départementaux sont décrits brièvement en se basant sur les schémas d'aménagement et certains rapports d'exploitation. Il en ressort également la difficulté de représenter des réseaux d'assainissement aussi denses et interconnectés, nécessitant un contact direct avec les exploitants afin d'enrichir notre connaissance des réseaux départementaux et les représenter au mieux. Malheureusement, cette étape n'a pu être faite.

Grâce à la compréhension du fonctionnement et de la gestion du réseau d'assainissement de Paris et sa petite couronne, il a été possible de reconstruire un réseau complet, constitué des réseaux d'assainissement interdépartemental et départemental de Seine-Saint-Denis, en prenant en compte les connexions avec le réseau hydrographique naturel (Marne et Seine). Ce réseau a été simplifié, pour s'adapter à la résolution (250m) du modèle hydrologique urbain TEB-Hydro. Afin de prendre en compte les spécificités du fonctionnement du réseau d'assainissement de Paris et sa petite couronne, l'outil de reconstruction d'un réseau simplifié a été modifié. Ainsi les nombreux maillages qui ponctuent le réseau comme les tunnels de stockages ont été pris en compte. Les écoulements depuis les collecteurs unitaires vers les collecteurs d'eaux usées ont été permis. Bien que l'outil n'ait jamais été appliqué sur une zone aussi vaste, la comparaison visuelle des résultats avec les filaires de réseaux réels interdépartementaux démontre la capacité de l'outil à reproduire un réseau fonctionnel. Cependant, ce travail préliminaire met en évidence la nécessité de travailler à l'échelle départementale. En effet, la reconstruction sur le département de Seine-Saint-Denis, à partir des données descriptives du réseau départemental, présente des résultats encourageants en termes de filaires de réseaux ainsi que d'aires drainées par le réseau reconstruit. Cet outil de reconstruction du réseau hydrographique complet et simplifié a pour seul but de fournir un réseau hydrographique pour une modélisation hydrologique urbaine, qui prend en compte les différents processus du cycle de l'eau au sein de la ville, soit l'évapotranspiration, l'infiltration de l'eau dans le sol en plus des écoulements de surface et dans les réseaux. Ces outils sont donc complémentaires aux outils déjà existants permettant la gestion de l'assainissement de la zone étudiée.

National audience; Dans la continuité des travaux initiés par Eric Gomez dans le cadre de sa thèse de doctorat (2002), le centre de Géosciences de MINES ParisTech a maintenu le développement de la chaîne de modélisation "STICS-MODCOU'. A partir de pratiques agricoles spatialisées sur un bassin, cette chaîne permet de générer des flux de pollution diffuse (nitrates), flux ensuite introduits dans les différents compartiments de l'hydrosystème (formations non saturées, aquifères, cours d'eau). L'actualisation de ces modélisations couplées a été réalisée à partir de 2011 pour aider à la réalisation de l'état des lieux, première échéance de la Directive Cadre sur l'Eau. Ces travaux ont nécessité la création de cinq nouveaux sous-modèles hydrogéologiques du bassin Seine-Normandie et leur couplage avec le modèle agronomique STICS. Les principaux résultats obtenus ont permis : d'évaluer l'état actuel de la contamination nitrique des masses d'eau en complément des suivis ponctuels du Réseau de Contrôle de Surveillance (RCS) et de Contrôle Opérationnel (RCO), de valider la représentativité du RCS et RCO en comparant, pour chaque masse d'eau, les indications de contamination données par les stations surveillées et les résultats de la simulation, de confirmer les objectifs de bon état aux échéances 2015/2021/2027 ou de la nécessaire évolution à apporter à ces mêmes objectifs. Un des points forts de la modélisation est en effet de pouvoir prolonger les simulations dans le futur à court et moyen terme, à pressions constantes ou avec un scénario prédéfini afin d'estimer l'évolution de la pollution nitrique des différentes masses d'eau et de valider la pertinence des objectifs fixés. A partir de 2013, afin de pouvoir s'appuyer sur ces modèles dans le cadre de la préparation du SDAGE et de l'élaboration du programme de mesures 2016/2021 de l'Agence de l'Eau Seine-Normandie, il a été proposé d'intégrer dans la chaîne de modélisation les toutes dernière avancées scientifiques réalisées principalement au niveau du modèle agronomique STICS (nouvelle version logicielle et intégration du module de transfert des phytosanitaires développés dans le cadre du PIREN-Seine) et des bases de données associées (pratiques agricoles et sols). C'est le sujet de la communication présentée lors de ce colloque. L'objectif poursuivi est, à la fois, de reconstituer de façon spatio-temporelle l'évolution des concentrations en nitrates mesurées aux ouvrages dans l'ensemble des formations aquifères modélisées et de prévoir, via la simulation de scénarios tendanciels, les grandes évolutions des concentrations attendues à moyen terme, à partir des niveaux actuels reconstitués et de la reproduction de leurs dynamiques de mise en place. Cette actualisation de la plate-forme de modélisation s'est décomposée en plusieurs étapes principales, dont : (i) L'implémentation au modèle agronomique (version 8.3-octobre 2014) d'une structure informatique permettant de le déployer à l'échelle du bassin (spatialisation) et de prendre en compte la variabilité spatio-temporelle des forçages météorologiques, des systèmes de cultures et des différentes catégories et types de sol. Cette nouvelle procédure, entièrement externalisée au code source du modèle permettra, à l'avenir, de suivre les évolutions de STICS au fur et à mesure de leurs publications, (ii) l'utilisation des travaux de description spatialisée des systèmes de culture sur le bassin (BDD ARSeiNe, INRA-SAD Aster), également mis à jour sur la période 2006-2011. L'avancée en parallèle de cette étude avec ceux de la modélisation a permis d'optimiser le mode d'utilisation des informations mobilisables pour le modèle agronomique, (iii) la réacutalisation, entre autres des classes de pédotransfert (INRA-Infosol) utilisées pour l'estimation des stocks d'azote organique via les données de mesures du RMQS (Réseau de Mesure de la Qualité des Sols), auxquels la lixiviation de l'azote s'avère particulièrement sensible, (iv) l'élaboration, en étroite collaboration avec l'INRA-AgroImpact, d'un protocole d'expertise détaillé des sorties de STICS afin d'en évaluer la fiabilité macro-régionale. Cette procédure a principalement visé, selon une méthode itérative, à décrire la variabilité spatio-temporelle d'indicateurs agronomiques, à étudier la cohérence entre entrées et sorties du modèle ainsi qu'à vérifier l'existence de relations robustes entre variables. L'obtention de ces résultats a entrainé une nouvelle phase de calage hydrodynamique de l'ensemble des modèles couvrant le bassin Seine-Normandie (au nombre de 7) via des chroniques de mesures recensées sur près de 1000 ouvrages. Les résultats obtenus permettront de mettre à jour les fiches synthétiques compilées à la masse d'eau (cycle DCE 2016-2021). Les simulations tendancielles sont effectuées en utilisant les données météorologiques du modèle de circulation générale Aladin-Climat (CNRM). Elles sont associées à un ensemble de nouveaux profils représentatifs d'évolution de concentration de gaz à effets de serre définis dans le cadre du 5ème rapport du GIEC. Les données associées au profil intermédiaire défini ([CO2]éq-co2 vers 2100 de 800 ppm, scénario RCP 4.5) ont été retenues pour les simulations réalisées dans le cadre de ces travaux. Outre la simulation de scénarios déjà mis en oeuvre sur la période 2014-2030 lors des précédentes applications de la chaîne (maintien des pratiques actuelles, réduction globale de -20% des intrants azotés, scénario "témoin" à zéro intrants azotés), il a été proposé d'évaluer l'impact du programme de mesures proposé par l'AESN sur les modifications de pratiques localisées sur le bassin. Celui-ci comporte deux aspects régionalisés : (i) au niveau des zones vulnérables (définies par les décrets d'application de la directive Nitrates) visant notamment la couverture des sols avant les cultures de printemps (=mise en place de CIPAN), (ii) au sein des AAC prioritaires du bassin : réduction de 20 % de la fertilisation sur 20 % de la SAU et remise en herbe de 1% de la SAU. Tous ces travaux ont nécessité et nécessite encore une grande collaboration multidisciplinaire entre les modélisateurs des hydrosystèmes (MINES ParisTech / ARMINES) et les différentes spécialités des unités de recherches impliquées de l'Institut National de la Recherche Agronomique (INRA SAD UR ASTER / Unité AgroImpact / Unité InfoSol).

Colloque de fin de Phase 6 du PIREN-Seine - Session "Agriculture et qualité de l'eau"; International audience; La Directive Cadre sur l'Eau suppose la mise en œuvre par les pays membres de l'union européenne de la préservation ou la restauration d'une eau de "bonne qualité" pour les grandes masses d'eau. Cependant, les études réalisées sur le transfert des pesticides restent encore insuffisantes pour évaluer la vulnérabilité des eaux de surface et souterraines. La difficulté réside dans la diversité des molécules utilisées et de leurs propriétés physico-chimiques qui imposent que chaque substance active soit considérée de façon indépendante. Ainsi, le suivi de la qualité chimique des masses d'eau comprend un grand nombre de pesticides pour lesquels les techniques analytiques couteuses ne permettent pas toujours de mesurer des concentrations au-dessus du seuil de quantification. Pour les pesticides trop souvent détectés, les décisions prises jusqu'à présent pour la protection de l'environnement sont leur limitation voire leur interdiction d'usage, mais ils sont très vite remplacés par d'autres substances. D'autres alternatives sont étudiées comme l'amélioration des pratiques culturales pour la réduction des usages, mais il est difficile encore à l'heure actuelle d'identifier des pratiques qui permettraient de réduire le transfert des pesticides. Le fonctionnement particulier d'un bassin et la difficulté d'appréhender la contamination sur le moyen ou le long terme nous oblige à considérer l'effet des pratiques agricoles actuelles ou passées. La persistance de quelques molécules ou de leurs produits de dégradation met en évidence que les études préliminaires de contamination du milieu ont sous-estimé la participation du stock dans la restitution des pesticides au cours d'eau. Le bruit de fond encore détectable de l'atrazine dans le bassin de l'Orgeval (Seine et Marne), 10 ans après son interdiction, provient de l'accumulation sur plusieurs années de cette molécule dans le sole, la zone non saturée ou dans la nappe. Ce constat nous oblige à réfléchir sur l'impact que les pratiques actuelles auront dans l'avenir, en considérant un territoire plus large que la parcelle agricole. La modélisation est une approche intéressante qui a l'avantage de tester et comparer les situations les unes par rapport aux autres. Dans le cas particulier des pesticides, certains modèles permettent de représenter finement les processus mis en jeu à la parcelle. Pour chaque simulation, un grand nombre de paramètres doivent être alors renseignés, tant pour la caractérisation des pratiques phytosanitaires, des sols ou du climat. Cependant, ils ne prennent pas suffisamment en compte les pratiques culturales et les jeux de données nécessaires à la parcelle ne peuvent être renseignés à l’échelle du bassin versant.Dans la phase 6 du programme PIREN Seine, nous avons fait le choix de partir du modèle agronomiques STICS déjà largement utilisé pour simuler le transfert des nitrates à l'échelle du bassin de la Seine, et d'y ajouter un module PeStics afin d'intégrer des processus propres aux pesticides : la sorption et la dégradation. Après avoir réalisé des tests de sensibilité à partir de jeux de données utilisés pour la calibration d'autre modèles de transfert des pesticides, PeStics a été testé sur le bassin de l'Orgeval. Ce bassin est suivi depuis plus de 50 ans pour les données hydrologiques et quelques études spécifiques sur le transfert des pesticides y ont été menées. Des études complémentaires ont été engagées en 2008 : l'historique des traitements phytosanitaires par les agriculteurs ainsi que le suivi en continu de la contamination par les pesticides. Les simulations de l'accumulation des pesticides dans le sol ont été réalisées sur un temps long pour l'atrazine et l'isoproturon et un premier bilan annuel de flux simulé de pesticide a été comparé aux mesures à l'exutoire du bassin. Cette application longue durée a notamment permis d'étudier les interactions entre processus de dégradation et d'adsorption/désorption qui conduisent à retrouver des molécules dans les hydrosystèmes 10 ans après leur interdiction. L'enjeu est maintenant d'utiliser le modèle Pestics avec la même approche que pour les nitrates. Une première étape a été menée en ce sens en s'intéressant, sur une parcelle, à l'effet des CIPANS sur la lixiviation des pesticides et des nitrates. Des applications supplémentaires doivent encore être réalisées afin de valider la démarche adoptée.

Colloque de fin de phase 6 du PIREN-Seine Session "Agriculture et qualité de l'eau"; National audience; Depuis l'après-gurerre, l'usage des engrais de synthèse dans l'agriculture a contribué à des fuites accrues d'azote dans l'environnement, provoquant en particulier une contamination des eaux de surface et des aquifères, ainsi que des émissions de gaz à effet de serre (N2O et NH3), (Benoit et al., 2015 en révision) dont les conséquences négatives sur la santé humaine et la biodiversité sont reconnues. L'ouverture du cycle de l'azote s'est aussi manifestée par une spécialisation agricole (soit en grandes cultures soit en élevage), tant à des échelles continentales que régionales. Le bassin de la Seine est typiquement une région céréalière intensive où l'accroissement des teneurs en azote dans les eaux a été clairement relié à l'application de fertilisants, avec une déconnexion complète du cheptel désormais relégué à la périphérie du bassin, mais surtout dans le Grand Ouest. Pour protéger l'environnement (éviter la fermeture des captages d'eau potable, réduire l'eutrophisation côtière, etc.), un enjeu du 21ème siècle est de s'acheminer vers des formes nouvelles d'agriculture plus respectueuses de l'environnement. La diminution des intrants et leur fractionnement, ou autres mesures agro-environnementales (volontaires et/ou réglementaires), s'ils ont permis de ralentir la tendance à l'augmentation des impacts agricoles, ne permettront pas de concilier la production agricole et la production d'une eau de qualité pour l'alimentation et l'environnement. L'agriculture biologique apparaît donc désormais comme une alternative crédible à l'agriculture conventionnelle, à tel point que la Loi Grenelle préconise un plan BIO visant à atteindre d'ici 2020, 20% des surfaces agricoles cultivées selon le cahier des charges du bio (sans pesticide, sans fertilisant de synthèse). Les performances de l'agriculture biologique du point de vue des pertes azotées, qui avaient fait l'objet de très peu de publications en France au début de la phase 6 du PIREN-Seine, ont été appréhendées avec l'objectif d'évaluer leur capacité à concilier production agricole et qualité de l'eau. Nous avons ainsi équipé des parcelles agricoles en bougies poreuses (10 itinéraires techniques en agriculture conventionnelle -AG-, 8 en agriculture biologique - AB- en différents pôles climatiques du bassin de la Seine) pour quantifier les fuites d'azote dans les aquifères (Benoit et al., 2014). Nous avons aussi analysé les surplus agricoles (entrées et sorties à l'échelle des rotations) sur la base d'enquêtes auprès d'exploitations en AB (68 systèmes de culture dans 53 exploitations) comparées avec les rotations conventionnelles les plus fréquentes des mêmes régions (82 systèmes de culture renseignés dans la base de Données ArSeine, Puech et al., 2014) (Anglade et al., 2015, en révision). A l'échelle des exploitations, nous avons montré que les concentrations sous-racinaires sous AB sont en moyenne de 30 % inférieures à celles de l'AC avec des intrants totaux (incluant la fixation symbiotique, Anglade et al. 2015) globalement de 30 % moindre, mais des intrants exogènes bien inférieurs en AB qu'en AC (Benoit et al., 2014). La relation qui lie le rendement et les intrants totaux est similaire dans les deux systèmes (Anglade et al., 2015, en révision). Nous avons montré d'autre part que sous terres arables, 70 à 75 % du surplus est effectivement lixivié. Ces résultats permettent, avec le modèle Riverstrahler, de simuler à l'échelle du bassin de la Seine, l'effet sur la contamination azotée de différents scénarios de modification des pratiques agricoles, allant de la généralisation des CIPAN jusqu'à une généralisation de l'agriculture biologique avec reconnexion de l'élevage dans les zones de grandes cultures où il avait pratiquement disparu. Les résultats montrent que des changements radicaux sont nécessaires pour atteindre les objectifs ambitieux qui ont été fixés en matière de qualité des eaux. La même démarche de modélisation et de scénarisation a été appliquée à une résolution spatiale beaucoup plus fine à l'échelle du petit bassin agricole de l'Orgeval (104 km2) (Garnier et al., 2014). Le bilan d'une exploitation conventionnelle à rotation courte (3-4 ans Blé/Maïs/Blé/féverole) conduit à un surplus d'environ 45 kgN/ha/an, soit environ une concentration sous-racinaire de 25 mgN/L en considérant la lame d'eau moyenne pour la région. En agriculture biologique avec une rotation de 8 ans (Luzerne/luzerne/blé/céréale de printemps/féverole/blé/céréale de printemps/lin), le surplus diminue à 25 kgN/ha/an qui donne lieu à une concentration sous racinaire de 15 mgN/L. En prenant en compte ces valeurs comme des contraintes au modèle Riverstrahler, on obtient une diminution de 25 à 35 % des concentrations nitriques dans l'eau à l'exutoire du bassin (soit un différentiel de 3 à 4 mgN/L). Un scénario de reconnexion de l'élevage, traditionnel dans cette région de la Brie laitière, permet de réduire encore le surplus (15 mgN/ha/an), de même que la contamination nitrique des eaux. Par ailleurs, l'examen du bilan financier d'une exploitation mixte (AB et AC) montre que les deux systèmes produisent des revenus nets tout à fait similaire en dehors des aides. Au total, nous avons montré que les systèmes en AB du bassin de la Seine peuvent contribuer à améliorer la qualité de l'eau, même si les effets ne peuvent être immédiats compte tenu du temps de résidence des eaux dans les aquifères. Toutefois, si les systèmes conventionnels présentent encore une marge d'amélioration du point de vue des pratiques (ex. généralisation de CIPAN), les systèmes biologiques peuvent aussi largement être optimisés (par ex. meilleure gestion de la luzerne et des engrais organiques).

National audience; Face à la dégradation lente mais continue des eaux souterrianes au regard des nitrates, et à la confirmation, année par année, de la pollution par les pesticides, la réglementation tente de renforcer les démarches de protection de la ressource. C'est notamment le cas de la Directive Cadre sur l'Eau (DCE), traduite dans le droit français à travers la Loi sur l'Eau et les Milieux Aquatiques (LEMA) en 2006 et le Grenelle de l'Environnement de 2009. Le cadrage de ces démarches est important avec notamment la définition d'étapes clés qui sont validées par arrêtés préfectoraux. Elles se veulent également participatives avec un fléchage politique vers l'investissement des acteurs locaux, la concentration, ou encore la gouvernance locale. Dans la pratique, après la désignation du maître d'ouvrage du captage, un comité de pilotage (CoPil) est constitué. Son rôle est essentiel puisqu'il doit accompagner le maître d'ouvrage dans la démarche et participer à la construction collective de solutions sur le territoire. La loi n'impose pas de cadre en termes de choix d'acteurs : sa composition peut varier selon les territoires et parfois même le temps. Cependant, on retrouve classiquement dans ces instances les services de l'Etat, les élus locaux, les représentants du monde agricole (chambre d'agriculture), quelques agriculteurs (à titre individuel ou pour représenter des groupes d'agriculteurs regroupés en associations par exemple), l'animateur s'il en existe un. Les associations de consommateurs ou de protection de l'environnement, les coopératives et négoces, les instituts de recherche ou la SAFER sont plus rarement représentés. Les comités de pilotage se heurtent bien souvent à la difficulté qu'ont des acteurs différents à partager divers points de vue sur un objet commun (leur captage), en relation avec leur histoire propre, leur statut, les objectifs et les contraintes liées à leur activité professionnelle, etc. L'outil METE'EAU a été conçu pour permettre à des acteurs différents (amenés à construire ensemble des actions sur leur captage au sein des comités de pilotage) de partager leur approche du territoire et de la question de la préservation de la ressource. Il se présente sous la forme d'un jeu de 25 cartes à jouer, chacune composée de pictogrammes illustrant une large gamme de thématiques liées à la question de la qualité de l'eau : des cartes centrées sur l'eau : caractérisation de la pollution et du milieu biophysique, importance/localisation de la population, régie, etc. ; des cartes centrées sur les territoires : occupation du sol, formes d'agriculture, structurations administratives locales, etc. ; des cartes centrées sur les acteurs et la démarche de protection de la ressource : types d'actions, porteur de projet, suivis des actions, etc. Les cartes ont été conçues de manière à proposer un visuel le plus neutre possible : elles peuvent donc "absorber" des discours très variables selon les personnes enquêtées. Ces dernières choisissent 6 cartes qui permettent à leurs yeux de caractériser leur captage et doivent justifier leurs choix. Ce sont ainsi à la fois les choix de cartes qui sont analysés, mais aussi et surtout le discours porté par chacune. L'outil METE'AU permet de donner la parole aux acteurs concernés par une démarche de protection d'un captage. Le choix du tirage limité de carte suppose un travail fort de structuration et de hiérarchisation de la part de l'enquêté pour ne faire émerger que les éléments qu'il juge essentiels, qui relèvent de son appropriation de la question et du territoire. METE'EAU permet ainsi d'identifier les éléments structurants du territoire aux yeux de chacun des acteurs locaux en prenant en compte les facteurs humains et historiques qui permettent d'éclairer certaines situations (origines, évolutions).

L'usage des pesticides peut engendrer des risques de contamination dommageables pour la qualité de la ressource en eau utilisée pour la production d'eau potable. L'approche par la modélisation est considérée pertinente pour étudier le devenir des pesticides à l'échelle de bassins versants. Les simulations concernant 5 herbicides (l'atrazine, la simazine, l'isoproturon, le chlortoluron, le métolachlore) et un métabolisme (le DEA) ont été réalisées à l'aide du modèle STICS sur une période de 23 ans (1990-2012). L'application du modèle a été mise en oeuvre pour une culture de blé et de maïs, à partir de pratiques agricoles réelles fournies par la base de données APOCA (Agricultural Practices of the Orgeval Catchment Area). Les objectifs de l'étude étaient : (i) de mettre en évidence les principaux processus impliqués dans la dissipation et le transfert de pesticides à long terme ; (ii) d'évaluer l'influence de la dynamique des stocks en pesticide dans les sols, sur le transport en phase dissoute, vers le reste de l'hydrosystème ; (iii) de déterminer les paramètres du modèle les plus sensibles aux pertes par lixiviation sur la période de 1990-2012. Les données simulées telles que le rendement, le transfert hydrique, les concentrations en nitrates et en pesticides ont été en un premier temps comparées aux observations sur l'ensemble de la période. Cette comparaison a été réalisée en fonction de la disponibilité de la mesure. Par la suite, la détermination des principaux processus contrôlant le transfert des pesticides a été effectué sur la base de données moyennes annuelles et l'étude de la dynamique de transport en fonction de valeurs moyennes sur l'ensemble de la période étudiée. L'analyse des variations moyennes mensuelles s'est orientée sur l'influence des traitements, du transfert hydrique et des processus de transformation sur la lixiviation des pesticides. L'évolution du stock de pesticide restant dans les sols, se distingue en fonction de son état liquide, adsorbé (à l'équilibre) ou de résidu lié (associé à la fraction en non équilibre). Ces différentes phases ont été étudiées afin d'évaluer l'impact des pesticides stockés dans les sols sur la part mobilisable pour le transfert. Enfin, un test de sensibilité a été mis en œuvre pour déterminer les paramètres les plus sensibles au regard du stock restant dans les sols et des pertes par lixiviation. Les résultats de cette étude mettent en avant la nécessité de prendre en considération la dynamique des stocks restants dans les sols pour comprendre le transfert des pesticides sur le long-terme. Une attention particulière doit également être portée sur les paramètres qui influencent la rétention et la disponibilité des pesticides à la lixiviation. En conclusion, les différences obtenues entre les flux lixiviés simulés pour une culture de blé et de maïs montrent l'intérêt des modèles agronomiques dans la modélisation du devenir des pesticides à l'échelle du bassin versant.

National audience; L'état des lieux des masses d'eau sur le bassin Seine Normandie qui sera proposé à l'horizon 2015 nécessite l'évaluation de la qualité des eaux à travers l'utilisation d'outils de synthèse et de modélisation des transferts de nitrates. Principale utilisatrice des sols sur le bassin avec plus de 60% des surfaces, l'agriculture se positionne en secteur d'activité principal concerné tant sur la question des nitrates que sur la problématique des produits phytosanitaires. Les modèles d'impact des pratiques agricoles sur la qualité des ressources en eau doivent ainsi tenir compte de la diversité de ces pratiques, de leurs localisations au sein du bassin de leurs changements au cours du temps. Les dernières bases de données agricoles spatialisées conçues dans le cadre du PIREN-Seine, datant du milieu des années 2000, se révèlent insuffisantes pour décrire les usages des sols actuels par l'agriculture (systèmes de culture, modes de conduite des prairies), notamment face à l'évolution récente, parfois significative, de la réglementation (directive Nitrates, DCE) en termes de prévention des pollutions diffuses d'origine agricole (couverture des sols pendant la période hivernale...). L'actualisation de ces bases de données a été initiée d'une part pour analyser et comprendre les changements d'usages agricoles des sols du territoire Seine-Normandie, et d'autre part pour caractériser la diversité des pratiques culturales nécessaires à la mise en oeuvre du modèle de culture STICS. Elle donnera lieu à la création d'une nouvelle base de données (ARSeiNe : Base de Données Agricole Régionalisée sur le bassin Seine-Normandie) basée sur le traitement des données statistiques les plus récentes mises à disposition par le Ministère de l'agriculture (Recensement Agricole 2010, enquête "Teruti - Lucas " 2006 - 2010 sur l'utilisation des sols, enquêtes "pratiques culturales" 2006 et 2011), complétée à partir d'un protocole d'enquêtes à dires d'experts. Ces sources d'informations sont respectivement mobilisées pour décrire les assolements, les successions de cultures et les itinéraires techniques de conduite des cultures du bassin. Des premiers travaux, basés sur la définition de zones homogènes en termes d'occupation du sol issues des données du RA 2010 (construction de typologies par analyses multivariées d'entités géographiques différentes), ont visé à définir les nouveaux maillages spatiaux sur lesquels seront décrits et quantifiés les types de systèmes de culture dans la BDD ARSeiNe. La typologie à la maille communale a permis notamment de questionner le découpage du territoire en petites régions agricoles (PRA) datant de plus de 60 ans. Les premiers résultats obtenus montrent que le découpage des PRA reste globalement cohérent mais qu'il peut localement être remis en cause, notamment face à la progression de certaines grandes cultures au détriment des surfaces en herbes en périphérie du bassin. A partir des 164 petites régions agricoles présentes sur le territoire Seine-Normandie, 190 unités agricoles homogènes sont identifiées et caractérisées par leur assolement en 2010. Nous serons également amenés à créer un nouveau zonage pour caractériser les itinéraires techniques des principales cultures du bassin. En effet, pour obtenir un échantillon représentatif de parcelles enquêtées (à partir de l'échantillonnage de l'enquête "pratiques culturales" 2011) permettant de décrire les principaux itinéraires techniques, il sera nécessaire de travailler à l'échelle de "grandes régions agricoles - GRA" définies à partir de l'agrégation de ces 190 unités agricoles homogènes sur des critères d'homogénéité et de contiguïté. Nous estimons ainsi à une quarantaine le nombre de GRA qui permettront de décrire les principaux itinéraires techniques sur le territoire Seine-Normandie. L'exemple de la Beauce sera pris pour illustrer les premiers éléments de description des successions de cultures et de leurs itinéraires techniques associés depuis 2006.

L'élaboration d'un programme de mesures destiné à protéger un captage d'eau potable de la pollution nitrique est complexe car un certain nombre de questions (zone géographique concernée, efficacité sur la qualité de l'eau...) se pose au gestionnaires. Dans ce contexte, l'utilisation d’outils de modélisation est intéressante car elle permet de répondre à certaines problématiques (provenance de la pollution, délai de réactivité aux ouvrages, évaluation qualitative...) et de cibler les zones les plus pertinentes où mener des actions. Cette étude s’inscrit dans le cadre de l'étude BAC des captages prioritaires de la Fosse de Melun (Grenelle) et de la basse vallée de l'Yerres (SDAGE Seine-Normandie). Ces champs captants prélèvent dans la nappe des calcaires de Champigny, une ressource considérée comme stratégique pour l'alimentation en eau potable de l'Île de France. Au vu de la superficie de leurs bassins d'alimentation de captages (BAC > à 1000 km2), nous avons choisi d'utiliser la chaîne de modélisation STICS-MODCOU pour simuler, à l'échelle régionale, le transfert des nitrates résultant des pratiques agricoles à travers l'hydrosystème. Dans le cas de la modélisation régionale réalisée (3648 km2), le modèle MODCOU permet de simuler la plupart des singularités de l'hydrosystème (infiltrations par les rivières, gouffres en plateaux, débits issus des stations d'épurations). Son application entre 1971 et 2011 a pu mettre en évidence l'importance des échanges nappes-rivières dans le fonctionnement de la nappe et particulièrement sur les BAC, où l'infiltration des rivières représente en moyenne plus de la moitié de la recharge. Pour prendre en compte ces échanges dans la modélisation de la contamination nitrique, un module évaluant les concentrations des nitrates en rivières par bassin versant a été développé dans STICS-MODCOU. Grâce à cette méthodologie et à la reconstitution des pratiques agricoles de ces quarante dernières années, l'évolution de la contamination nitrique a pu être reproduite du passé à l'actuel pour les trois principales nappes. Les scénarios agricoles prospectifs (laisser faire, réduction des intrants, cultures intermédiaires pièges à nitrates (CIPAN)) appliqués sur l'ensemble des terres agricoles modélisées, montrent que seule la mise en place de CIPAN en interculture est susceptible de diminuer notablement les teneurs en nitrates au niveau des captages prioritaires et dans les aquifères. Pour améliorer l'efficacité du programme de mesures, nous avons choisi de cibler des zones pertinentes d'actions en se basant sur la phénoménologie des transferts hydriques. Une méthodologie spécifique a donc été développée en utilisant les modèles précédents. On considère qu'une zone en surface est pertinente si celle-ci contribue à l'alimentation en eau du captage et si la durée de transfert entre le sol et l'ouvrage est inférieure au délai d'efficacité fixé par le programme. La part de contribution de chaque zone en surface à l'alimentation des captages prioritaires en période humide et sèche est estimée au moyen de la modélisation du transport d'un soluté conservatif en régime permanent. La méthodologie développée permet de localiser et de quantifier la contribution de chaque zone ainsi que l'origine de la recharge (percolation de la pluie météorique, infiltrations par les rivières). De la même manière, l'inertie du système est évaluée en régime transitoire pour les zones contributives aux captages prioritaires en calculant des temps de transfert caractéristiques (T25, T50, T75) entre la surface du sol et les ouvrages. Ainsi, en considérant comme un des objectifs du programme d'actions d'atteindre le bon état écologique des eaux (fixé par le SDAGE à l'horizon 2027 pour cette nappe), le croisement des résultats (contribution, T50) conduit à définir une superficie pertinente cumulée pour les deux zones de captages (Fosse de Melun et Basse vallée de l'Yerres) de 326 km2. La réalisation de scénarios agricoles prospectifs (réduction des intrants, CIPAN) appliquée cette fois-ci uniquement sur les terres agricoles incluses dans les zones pertinentes d'actions permet d'évaluer plus précisément l'impact des pratiques, menées sur ces surfaces, sur les concentrations en nitrates aux captages prioritaires. Au final, la zone prioritaire d'action choisie par le comité de pilotage de l'étude BAC a été délimitée en se basant sur la superficie des zones qui contribuent à alimenter à 90% en eau les captages prioritaires. Ramenée à l'échelle communale, elle intègre aussi les zones où les mesures agro-environnementales sont déjà en vigueur sur le BAC. En perspective, ces outils de modélisation seront utilisés pour évaluer l'impact de nouveau scénarios de pratiques agricoles définis par le comité de pilotage sur la qualité de l'eau aux captages prioritaires.

National audience; Face à la dégradation lente mais continue des eaux souterraines au regard des nitrates, et à la confirmation, année après année, de la pollution par les pesticides, la réglementation a fortement évolué pour renforcer les démarches de protection de la ressource. C'est notamment le cas du Grenelle de l'environnement en 2009 qui vise à concentrer les efforts de lutte contre les pollutions diffuses sur 500 Aires d'Alimentation de Captage (AAC) de l'ensemble du territoire national. Une extension à 500 autres captages prioritaires a été annoncée fin 2013. Ces AAC ont un rôle de site pilote dans une optique de gestion concertée de la ressource et donc d'établissement d'un dialogue entre l'ensemble des acteurs : institutions, gestionnaires et profession agricole. Pour parvenir à ces objectifs, un des défis est la constitution d'une vision partagée entre acteurs de ces territoires. Cet outil se présente sous la forme d'un jeu de 24 cartes portant des pictogrammes : ces cartes illustrent une large gamme de thématiques (caractéristiques biophysiques et structurelles de l'AAC, caractérisation du territoire, acteurs et démarche) parmi lesquelles l'enquêté doit faire six choix justifiés pour dresser le portrait type de son territoire, en faire ressortir les points clés. L'outil offre ainsi la possibilité à tous les acteurs de s'exprimer sur leur captage. Il permet de recueillir leur perception de leur captage au regard de la problématique de préservation de la ressource en eau et d'identifier les critères qui leur paraissaient être pertinents pour le caractériser et expliquer la façon dont la démarche, les jeux d'acteurs, la construction localisée de solutions s'opèrent ou non. L'outil a été testé sur cinq AAC diversifiées (tant du point de vue de la taille, que de l'importance et de la localisation de la population desservie, des acteurs de la démarche, de la structuration et des modes de gestion, des formes d'agricultures, ...), échantillonnées sur la base du travail de typologie antérieur situées toutes les cinq sur le bassin de la Seine. 57 enquêtes ont été réalisées sur ces AAC auprès, d'une part, des membres des comités de pilotage investis dans la démarche Grenelle (les institutions : services de l’État et services publics, les maîtres d'ouvrage, les représentants du monde agricole : chambre d'agriculture, agriculteurs, associations d'agriculteurs ainsi que l'animatrice des trois captages situés dans la région Centre et un assistant à maîtrise d'ouvrage), et, d'autre part, des acteurs absents ou peu représentés dans ces instances et pourtant qui portent aussi des enjeux et une vision du territoire et qui peuvent jouer un rôle dans la démarche en cours. Ainsi, les agriculteurs et certains organismes (Fédération du Bio, mairies non maîtres d'ouvrage...), lorsqu'ils étaient absents des comités, ont été identifiés puis enquêtés sur les conseils d'autres enquêtés. Les principaux résultats concernent d'un côté l'évaluation de l'outil lui-même et, d'un autre côté, la situation des démarches AAC en cours. On a ainsi pu vérifier que l'ensemble des cartes proposées comportent les items effectivement nécessaires et pertinents pour parler des aires de captage. Le recours à ces cartes et l'obligation de faire un choix justifié permet de structurer le discours et de retracer rapidement l'histoire, les éléments de contexte explicatifs et les difficultés ou au contraire les atouts du territoire. Sur chaque AAC enquêtée on a vu de plus émerger un certain nombre de nœuds (légitimité de certains acteurs, controverses autour de la réalité du problème de pollution ou de l'exactitude de la délimitation, faible adaptation des solutions proposées aux contraintes des agriculteurs), des visions non partagées ou un interprétation opposée de certains éléments de contexte. L'enjeu actuel est de trouver des modalités d'utilisation de l'outil en collectif pour qu'il devienne un véritable outil de médiation territoriale. Cet outil, intitulé METE'EAU est en cours d'expérimentation.

National audience; L'objectif général du thème " Contaminations vues à grande échelle de temps " vise à comprendre la pression chimique pour une large gamme de polluants et sa dynamique sur de longues échelles de temps en différenciant les facteurs humains de ceux liés aux milieux physiques qui constituent le bassin. Il vise entre autres à évaluer les stocks de polluants pour différents compartiments, qu'il s'agisse du compartiment atmosphérique, des sols et du lit mineur ou majeur. Cette étude se focalise sur la contamination du compartiment atmosphérique et sur les sols à large échelle spatiale. Si aujourd'hui certaines bases de données existent pour la qualité de l'air (typiquement celles d'Airparif sur les NOx, les SOx ou les hydrocarbures aromatiques polycycliques - HAP) ou pour la contamination des sols (base de données Gis Sol sur les éléments traces métalliques, les HAP, les polychlorobiphényles - PCB, les dioxines et les pesticides organochlorés), la contamination de ces deux grands compartiments reste méconnue pour des molécules nouvellement suivies dans le cadre du PIREN-Seine comme les plastifiants (phtalates et bisphénol A), les tensio-actifs (alkylphénols) et les retardateurs de flamme polybromés (polybromodiphényléthers- PBDE). Dans la continuité des travaux menés dans le cadre du PIREN-Seine (phases IV et V) sur la diffusion de composés organiques dans l'air ambiant, la qualité de l'air extérieur a été étudiée pour une large gamme de molécules (environ 60) pour 3 stations : une station parisienne (Paris 13ème), une station péri-urbaine (Lognes -77) et une station en forêt de Fontainebleau (77). Cette étude a été menée pour partie dans le cadre du projet Endocrinair (contamination de l'air ambiant par les perturbateurs endocriniens en Ile-de-France et la caractérisation d'effets toxiques associés) du Programme National de Recherche sur les Perturbateurs Endocriniens (PNRPE). L'objectif était de déterminer, la répartition d'une large gamme de molécules entre les aérosols gazeux et particulaires et d'apprécier la variabilité spatio-temporelle de leurs niveaux de contamination. Ces campagnes ont été réalisées en collaboration avec le Pôle Etudes d'Airparif. Parallèlement à ces investigations, les essais sur l'utilisation de végétaux (notamment des feuilles de Platane) comme bioindicateurs de la contamination gazeuse atmosphérique ont été poursuivis. Après les premiers tests effectués sur des feuilles de platanes du Jardin des Plantes (Paris 5ème), 14 sites ont été échantillonnés en 2011 et en 2012 principalement en région parisienne. Enfin, des sols répartis à travers la région Ile-de-France ont été recueillis. Ils ont été prélevés sur les même sites que ceux étudiés dans le cadre du "PNRPE" et selon un axe sud-ouest / nord-est dans le but d'évaluer si les sols localisés sous le panache des vents dominants d'Ile-de-France étaient globalement plus contaminés. Une partie de ces sols sont issus d'une pédothèque constituée au leesu (Muresan et al. 2010). La dernière partie de ce travail décrit la contamination en micropolluants des sols et tente de la relier à la contamination observée pour le compartiment atmosphérique.

2012; This PhD was carried out in the scope of a participative science program (AWARE) granted by the European Union. The aim of this program was to bring together scientists, citizens and stakeholders in order to think about how to improve the quality of European coastal zones, by studying three different cases study. Our case study is focused on the south part of the North Sea and its three contributing watersheds, the Seine, the Somme and the Scheldt basins. Through this dissertation, we aim to describe and to understand the cascade of nutrients along the land to sea aquatic continuum. The dissertation is organized following an upstream to downstream logic. In a first step, we outline the current quality of the continental and marine hydrosystems according to their past trajectory. This historical reconstruction covers a three centuries period for the well documented basin of the Zenne River, located within the Scheldt watershed. A more precise reconstruction covers the 24 last years for the Seine, Somme and Scheldt basins together. In a second step, we explore the role of the topography and of the riparian zones on the nitrogen cycle. First we explore this role at the scale of the Orgeval basin (sub-basin of the Seine), and then on the whole Seine catchment. In a third step, we explore the role of the stagnant waterbodies of the hydrographic network on the nitrogen, phosphorus and silica fluxes. This survey is composed of a retrospective approach based on the study of old maps, and of a prospective approach by the proposal of scenarios of ponds reintroduction within the hydrographic network. In a fourth step, we present the role played by estuaries of the Scheldt and of the Seine rivers on nutrients fluxes before they discharge into the coastal zone. Finally, a general conclusion summarizes the new knowledge we have gained about the cascade of nutrients. In this part, we also suggest a prioritization of some measures which could be taken in order to improve the quality of the continental and marine ecosystems.; Cette thèse s'inscrit dans un projet de science participative financée par l'Union Européenne (AWARE). Le but du projet est de mettre en relation des scientifiques, des citoyens et des gestionnaires afin d'améliorer la qualité des eaux côtières européennes à travers trois cas d'études. Notre cas d'étude est constitué des eaux côtières de la mer du Nord et des trois bassins versants qui les alimentent, la Seine, la Somme et l'Escaut. Tout au long de ce manuscrit, nous nous attacherons à décrire et comprendre la cascade de nutriments le long du continuum aquatique terre - mer. L'exposé suit une logique amont - aval. Dans un premier temps, nous exposerons la qualité actuelle des hydrosystèmes continentaux et marins au regard de leur évolution passée. Cette reconstitution historique porte sur les trois derniers siècles sur le bassin bien documenté de la Zenne, affluent de l'Escaut traversant Bruxelles et concerne une reconstruction de la qualité de l'eau au cours des s 27 dernières années pour l'ensemble des trois bassins. Dans un deuxième temps, nous explorons le rôle de la topographie et des zones ripariennes sur le cycle de l'azote, d'abord à l'échelle du bassin de l'Orgeval (sous bassin de la Seine), puis à celle de la Seine dans son intégralité. Une troisième partie s'attache à étudier les effets des secteurs stagnants du réseau hydrographique sur les flux d'azote, de phosphore et de silice. Cette étude combine une approche rétrospective, par un travail sur les cartes anciennes, et prospective, par une proposition de scénario de réintroduction d'étangs au sein du chevelu de rivières du bassin de la Seine. Dans un quatrième temps, nous présentons le rôle que jouent les estuaires de l'Escaut et de la Seine sur les flux de nutriments avant leur arrivée en zone côtière. Enfin, une conclusion générale expose les principaux enseignements que nous avons tirés de l'étude de la cascade des nutriments et propose une hiérarchisation de l'efficacité des mesures (préventives ou curatives) qui peuvent être prises pour améliorer la qualité des hydrosystèmes continentaux et marins.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; L’usage de pesticides destinés à lutter contre les parasites des cultures est très largement répandu dans le cadre de la production agricole Française. La France est en Europe le premier consommateur de pesticides avec une masse totale de 61 900 Tonnes de substances actives vendue en 2009 (UIPP, 2010). Par ailleurs, le cadre règlementaire sur l’eau impose des seuils de potabilité très bas, avec des concentrations dans l’eau potable inférieures à 0,1μg/l pour chaque molécule et 0,5μg/l pour la somme des matières actives retrouvées. Les produits phytosanitaires se caractérisent par une grande variété de matières actives et constituent par leur mode d’application une source de pollution diffuse. Les quantités retrouvées dans l’environnement peuvent être très faibles et par conséquent difficilement détectables et quantifiables (Blanchoud et al., 2011). Le transfert de pesticides dans l’environnement regroupe des processus complexes dont la compréhension pose encore de nombreuses interrogations. Le principal objectif de cette étude est d’appréhender par une approche basée sur la modélisation le transfert de pesticides à l’échelle du bassin versant. Les premières avancées du projet sont ici présentées et portent sur le développement d’un module de transfert de pesticides au sein du modèle agronomique STICS (Brisson et al., 1998), et d’une étude de sensibilité réalisée à partir de données expérimentales.

Dossier : Eau et agriculture : quels défis aujourd'hui et demain ?; National audience

Le présent rapport fait la synthèse des principaux travaux et résultats acquis dans le cadre de la phase 5 du PIREN-Seine sous le thème "paysage aquatique et populations piscicoles". Ces travaux se sont articulés autour de deux grands types d'approches complémentaires. Une approche menée à l'échelle du bassin de la Seine dans sa globalité, qui consiste à identifier et quantifier les principaux facteurs qui contrôlent la répartition des espèces et la structure des peuplements de poissons. Une seconde, plus détaillée, concerne des petits bassins versants et vise à comprendre de manière plus fonctionnelle dans quelle mesure les activités et l'occupation des sols sur le bassin versant conditionnent l'arrangement spatial des habitats dans le cours d'eau, la répartition fine des espèces mais aussi l'organisation trophique des systèmes.

La contamination de l'environnement par les pesticides est une problématique majeure du XXIe siècle. Les produits de synthèse développés pour protéger les cultures sont devenus indispensables pour maintenir les rendements agricoles. Leurs usages se sont répandus jusque dans nos villes et nos jardins pour l'entretien des allées et trottoirs. Chaque année, de nouvelles matières actives sont autorisées. Dans le bassin versant de la Seine où se mêlent terres agricoles et zones périurbaines, il est difficile d'identifier ces sources. Le constat est préoccupant : les suivis de la qualité des eaux de surface montrent une contamination récurrente par les pesticides sur l'ensemble du territoire. La rémanence de certains produits comme l'atrazine explique également la contamination des eaux souterraines malgré leur interdiction, ce qui a conduit à l'abandon des captages d'eau potable les plus contaminés. Or, seulement 1 à 5 % des quantités appliquées sont effectivement transférées dans les cours d'eau. Dans un contexte où la réglementation sur les usages et sur les seuils de contamination das l'environnement évolue en continu, il devient indispensable de comprendre le devenir des pesticides dans le bassin versant. Cela passe par l'analyse du comportement des produits depuis leur application jusqu'à leur transfert dans les cours d'eau ou les eaux souterraines, en tenant compte des interactions possibles dans le sol, le sous-sol et l'atmosphère. Enfin, la modélisation est l'étape indispensable pour évaluer le risque de contamination future par des nouveaux produits actuellement utilisés. L'étude des anciennes molécules toujours présentes dans l'environnement permet d'établir les paramètres à prendre en compte. Les quantités utilisées et le taux de détection dans les milieux facilitent la calibration. Cela ne sera peut-être pas le cas des molécules plus récentes ayant un effet à des doses plus infimes et devenant donc difficiles à détecter dans le milieu naturel par des techniques d'analyse chromatographique classiques. Ces analyses amènent tant à rechercher de nouvelles pratiques culturales qu'à concevoir des programmes de réduction du recours aux produits phytosanitaires en milieu urbain, avec pour objectif une moindre contamination des milieux par les pesticides.

La contamination de l'environnement par les pesticides est une problématique majeure du XXIe siècle. Les produits de synthèse développés pour protéger les cultures sont devenus indispensables pour maintenir les rendements agricoles. Leurs usages se sont répandus jusque dans nos villes et nos jardins pour l'entretien des allées et trottoirs. Chaque année, de nouvelles matières actives sont autorisées. Dans le bassin versant de la Seine où se mêlent terres agricoles et zones périurbaines, il est difficile d'identifier ces sources. Le constat est préoccupant : les suivis de la qualité des eaux de surface montrent une contamination récurrente par les pesticides sur l'ensemble du territoire. La rémanence de certains produits comme l'atrazine explique également la contamination des eaux souterraines malgré leur interdiction, ce qui a conduit à l'abandon des captages d'eau potable les plus contaminés. Or, seulement 1 à 5 % des quantités appliquées sont effectivement transférées dans les cours d'eau. Dans un contexte où la réglementation sur les usages et sur les seuils de contamination das l'environnement évolue en continu, il devient indispensable de comprendre le devenir des pesticides dans le bassin versant. Cela passe par l'analyse du comportement des produits depuis leur application jusqu'à leur transfert dans les cours d'eau ou les eaux souterraines, en tenant compte des interactions possibles dans le sol, le sous-sol et l'atmosphère. Enfin, la modélisation est l'étape indispensable pour évaluer le risque de contamination future par des nouveaux produits actuellement utilisés. L'étude des anciennes molécules toujours présentes dans l'environnement permet d'établir les paramètres à prendre en compte. Les quantités utilisées et le taux de détection dans les milieux facilitent la calibration. Cela ne sera peut-être pas le cas des molécules plus récentes ayant un effet à des doses plus infimes et devenant donc difficiles à détecter dans le milieu naturel par des techniques d'analyse chromatographique classiques. Ces analyses amènent tant à rechercher de nouvelles pratiques culturales qu'à concevoir des programmes de réduction du recours aux produits phytosanitaires en milieu urbain, avec pour objectif une moindre contamination des milieux par les pesticides.

National audience

Programme PIREN-Seine : Mesure et modélisation des flux de N2O à l’échelle des paysages agricoles; absent

L'organisation des peuplements de poissons d'eaux courantes dépend non seulement de la diversité des habitats aquatiques, mais aussi de leur arrangement spatial et de leur connectivité fonctionnelle au sein du réseau hydrographique (Schlosser, 1995). La notion de connectivité est particulièrement importante dans le contexte de cours d'eau anthropisés: en effet, il ne suffit pas que les habitats vitaux des espèces de poissons soient présents dans le milieu aquatique, encore faut-il qu'ils soient accessibles pour les poissons via des processus migratoires liés à leur cycle de vie. L'anthropisation des cours d'eau peut entraîner à la fois une disparition de certains habitats et globalement, une fragmentation de leurs réseaux hydrographiques par l'implantation d'obstacles physiques (barrages ou seuils) ou chimiques (rejets provoquant une discontinuité locale), qui va entraver les déplacements des poissons. Les objectifs du travail entrepris dans la phase 5 du PIREN-Seine sont ainsi d'évaluer les effets de la présence de discontinuités dans le réseau hydrographique sur l'occurrence et la distribution spatiale des espèces de poissons. Repérer les discontinuités qui potentiellement affectent la continuité biologique des cours d'eau est critique pour élaborer des scénarios de restauration. Dans ce cadre, il faut notamment comprendre comment certaines discontinuités à l'intérieur du réseau hydrographique sont susceptibles de fragmenter les habitats disponibles pour les poissons. Il est donc nécessaire de connaître à la fois: · la structure spatiale des habitats en place dans les réseaux hydrographiques · la localisation et la nature des discontinuités (physiques et/ou chimiques) qui peuvent altérer la continuité longitudinale des cours d'eau pour les poissons · l'occurrence et la distribution spatiale des espèces de poissons dans les cours d'eau. L'analyse spatiale combinée de ces trois types d'informations constitue un premier élément de réponse aux objectifs de cette étude. Le présent rapport rend compte de l'avancée des travaux entrepris sur deux petits bassins versants témoins : le bassin de l'Orgeval (affluent du Grand Morin, Seine-et-Marne) et le bassin de la Mauldre (affluent de la Seine, Yvelines), contrastés du point de vue de leur occupation des sols (rural versus urbain) (Talès et al. 2008). Les travaux entrepris sur les deux bassins sont à des stades d'avancement différents. Sur l'Orgeval l'acquisition sur le terrain des données d'habitat a déjà été réalisée lors des années précédentes, celle de données piscicoles entreprise dès 2007 a été complétée en 2009. Ceci rend possible le croisement entre la répartition des espèces et la structure spatiale des habitats. Sur la Mauldre le travail reste moins avancé l'essentiel des actions en 2009 ayant été consacrées à la géolocalisation des habitats et discontinuités sur le terrain.

http://www.sisyphe.jussieu.fr/internet/piren/; Rapport d'activité 2007, LTMU/UMR CNRS 7136 AUS/ Université de Paris 8, Programme PIREN-Seine; L'objet de ce travail est la détermination de l'empreinte aquatique contemporaine de l'agglomération parisienne et d'Ile-de-France ainsi que la reconstitution historique de celle-ci