# Evaluation de l'effet tampon de redans de biochars sur les transferts de contaminants dans un fossé agricole en crue

Jeanne Dollinger, Sandrine Negro, Sébastien Troiano, Olivier Huttel, Adrian Maurisse, David Fages, Mathias Palhec, Anatja Samouëlian

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

## To cite this version:

Jeanne Dollinger, Sandrine Negro, Sébastien Troiano, Olivier Huttel, Adrian Maurisse, et al.. Evaluation de l'effet tampon de redans de biochars sur les transferts de contaminants dans un fossé agricole en crue. 53. Congrès du Groupe Français des Pesticides (GFP), Université Perpignan Via Domitia, Jun 2025, Perpignan, France. hal-05214809

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Submitted on 19 Aug 2025

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# Evaluation de l'effet tampon de redans de biochars sur les transferts de contaminants dans un fossé agricole en crue

Dollinger Jeanne (1), Negro Sandrine (1), Troiano Sébastien (1), Huttel Olivier (1), Maurisse Adrian (1), Fages David (1), Palhec Mathias (2), Samouelian Anatja (1)

## Résumé

Les fossés agricoles jouent un rôle clé dans la dispersion des contaminants car ils collectent et redirigent les flux de ruissellement. Optimiser leur pouvoir tampon apparaît comme un levier stratégique pour limiter la contamination des masses d'eau aval. Les fossés ont un pouvoir tampon intrinsèque lié aux différents matériaux qui les composent qui peut être augmenté par certaines pratiques d'entretien ou l'apport de matériaux riches en carbone tels que les biochars. L'objectif de cette étude est d'évaluer in situ l'effet d'un épandage ciblé de biochar en fond de fossé, sous forme de redans amovibles, sur les transferts du napropamide et d'un métabolite de fongicides, l'éthylène thio-urée, au cours d'une simulation de crue. Les résultats montrent que l'épandage de biochar dans les fossés est un levier pouvant être très efficace mais qui n'est pas universel et se doit d'être raisonné en fonction des propriétés physico-chimique des molécules.

**Mots-clés** : fossés, pouvoir tampon, biochar, pesticide, métabolite

## Introduction

Une fraction des pesticides utilisés pour protéger les cultures présentes dans les parcelles est disséminée dans l'environnement notamment via les flux de ruissellement et d'infiltration (Tang et al., 2012; Voltz and Louchart, 2001). Les fossés agricoles jouent un rôle clé dans la dispersion de ces contaminants car ils collectent et redirigent les flux de ruissellement de l'amont vers l'aval (Dollinger et al., 2015; Tournebize et al., 2024). En région Méditerranéenne ils sont également des lieux de recharge préférentielle des nappes (Dages et al., 2009). Ainsi optimiser leur pouvoir tampon apparaît comme un levier stratégique pour limiter la contamination des masses d'eau (Dollinger, 2016). Les fossés ont un pouvoir tampon intrinsèque lié aux différents matériaux qui les composent (sols, litières, végétation) qui peut être augmenté par certaines pratiques d'entretien ou l'apport de matériaux riches en carbone (Dollinger, 2016; Phillips et al., 2017). Les biochars sont des matériaux carbonés issus d'un process de pyrolyse de biomasse souvent d'origine végétale, et ils sont plébiscités pour leur capacité de rétention d'une large gamme de pesticides (Liu et al., 2018). Leur effet sur le pouvoir tampon de fossés agricoles n'a pour l'heure pas été documenté. Cette étude a pour

<footnote>(1) INRAE UMR LISAH, 2 Place Pierre Viala 34060 Montpellier - jeanne.dollinger@inrae.fr</footnote>

<footnote>(2) IRD UMR LISAH, 2 Place Pierre Viala 34060 Montpellier</footnote>
objectif d'évaluer l'effet sur la qualité de l'eau d'un épandage ciblé de biochar en fond de fossé, sous forme de redans amovibles. Pour cela les transferts d'un herbicide, le napropamide, et d'un métabolite de fongicides, l'éthylène thio-urée, ont été suivi au cours d'une simulation de crue dans un bief de fossé en bordure de parcelle.

## Matériel et Méthodes

Deux expérimentations de crues in situ ont été réalisées successivement, d'abord dans un fossé non amendé pour acquérir une situation de référence, puis ensuite équipé de 5 redans de 5 kg de biochar de Pin. Le fossé, de 50 m de long, était instrumenté à l'amont et à l'aval par des seuils triangulaires et des capteurs de niveau d'eau connectés à une centrale d'acquisition Campbell pour assurer un suivi automatique des débits au pas de temps de 10 secondes. Le fossé était alimenté en eau du réseau BRL à un débit de 1,72 ± 0,7 l/s. Le mélange de contaminant a été injecté en amont, après établissement du régime permanent, durant 14 min a un débit de 0,16 l/s soit environ 10% du débit de base. Les concentrations au seuil amont durant le créneau d'injection sont détaillées dans le tableau 1.

Les trois molécules injectées sont le bromure (traceur conservatif), l'éthylène thio-urée (métabolite de nombreux fongicides dont le metiram et le mancozèbe) et le napropamide (herbicide). Les propriétés de ces molécules sont détaillées dans le tableau 1. Ces trois molécules diffèrent notamment quant à leur potentiel de sorption sur le sol du fossé et le biochar déterminé en laboratoire suivant les guidelines de l'OECDE n°106.

<table><caption>Tableau 1 : Propriétés des molécules injectées dans le fossé</caption><thead><tr><td>Molécule</td><td>loP</td><td>S<sub>eau</sub> (mg/l)</td><td>Kd<sub>sol</sub> (l/kg)</td><td>Kd<sub>biochar</sub> (l/kg)</td><td>C<sub>amont</sub></td></tr></thead><tbody><tr><td>Bromure</td><td>1</td><td>35000</td><td>0,0</td><td>0</td><td>600 mg/l</td></tr><tr><td>Ethylène Thio-urée</td><td>-0,7</td><td>1000</td><td>0,5</td><td>12</td><td>580 µg/l</td></tr><tr><td>Napropamide</td><td>3,3</td><td>74</td><td>3,2</td><td>127</td><td>800 µg/l</td></tr></tbody></table>

Lors des crues, des échantillons ont été prélevés régulièrement aux seuils amont et aval. Les concentrations en bromures ont été analysées à l'aide d'une électrode spécifique (Hannah Instrument). Les concentrations en éthylène thio-urée et en napropamide ont été mesurées par HPLC-DAD (Agilent).

## Résultats et discussion

Les bilans hydrologiques sont très similaires pour les deux crues (Figure 1). En revanche, un vent fort soufflait au moment des expérimentations, dont la direction était opposée aux écoulements pour la crue référence sans biochar et dans les sens des écoulements pour la crue
avec biochars. Ceci a notamment un effet sur l'élution des contaminants (Figure 2). L'élution était, de fait, beaucoup plus diffuse pour la crue référence pour les 3 molécules.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure 1 :** Bilan hydrologique des crues.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 2 :** Courbes d'élution des bromures (bleu), de l'éthylène thio-urée (vert) et du napropamide (rouge) à l'aval du fossé lors des crues de référence « R » sans biochars et « BR » avec 5 redans de</figcaption></figure>
biochars. Les concentrations sont normalisées (C/C<sub>amont</sub>) par rapport à la concentration maximum du créneau d'injection (C<sub>amont</sub>).

Les bilans de masses montrent que la rétention des contaminants pour la situation de référence augmente du bromure < éthylène thio-urée < napropamide avec des valeurs de recouvrement de 64,2 %, 44,5% et 23,4%, respectivement. Ceci est en accord avec les valeurs de Kd sur les sols (Tableau 1). Le taux de recouvrement du bromure est faible car, en raison du vent, les concentrations étaient encore significatives dans la colonne d'eau à l'issue de 3h50 de crue (Figure 2).

Les taux de recouvrements suivent la même hiérarchie pour le fossé amendé avec les redans de
biochar avec des taux de recouvrement de 82,9 %, 69,7% et 1,2 % pour le bromure, l'éthylène
thio-urée et le napropamide, respectivement. Etant donné les différences de taux de
recouvrement du bromure entre les deux crues, les taux de rétention de l'éthylène thio-urée et du
napropamide ne peuvent pas être comparés directement. On peut noter cependant que les redans
de biochars portent à 99% la rétention du napropamide mais n'augmentent pas celle de
l'éthylène thio-urée. Ce métabolite de nombreux fongicides est polaire et n'a qu'une affinité
faible pour les biochars (Tableau 1).

Les taux de rétention de pesticides dans les fossés sont très variables en fonction des propriétés des pesticides et des matériaux qui composent les fonds de fossés (Dollinger et al., 2015). Le sol du fond de fossé est généralement le principal contributeur à la rétention des pesticides en raison de sa forte masse relativement aux autres matériaux (Dollinger et al., 2016). Dans le cas présent, si l'on considère une couche de mélange avec la colonne d'eau de 2 cm d'épaisseur, la masse de sols contribuant potentiellement à la rétention des contaminants est de 825 kg contre 25 kg pour le biochar. Ainsi, malgré un Kd de l'éthylène thio-urée environ 20 fois supérieur pour le biochar que pour le sol, cet épandage n'augmente pas la capacité de rétention du fossé.

Par ailleurs, pour un pesticide donné, les coefficients de sorption peuvent être très variables en fonction du type de biochar (Khalid et al., 2020; Khorram et al., 2018). L'efficacité des redans de biochar va donc dépendre également des propriétés du biochar.

Conclusion

L'épandage de biochar dans les fossés est un levier pouvant être très efficace pour améliorer le pouvoir tampon des fossés. Ce levier n'est cependant pas universel et se doit d'être raisonné en fonction des propriétés physico-chimique des molécules. L'apport sous forme de redans amovible permet de renouveler les biochars dans le cas où les contaminants retenus ne seraient pas dégradés et seraient relargués lors des crues suivantes. Le devenir des pesticides retenus dans les biochars suite aux crues ainsi que l'effet du vieillissement sur l'efficacité des biochars fait actuellement l'objet d'expérimentations complémentaires dans le cadre du projet EauCharb'OC.

Références

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Khorram, M.S., Sarmah, A.K., Yu, Y., 2018. The Effects of Biochar Properties on Fomesafen Adsorption-Desorption Capacity of Biochar-Amended Soil. Water. Air. Soil Pollut. 229, 60. https://doi.org/10.1007/s11270-017-3603-2

Liu, Y., Lonappan, L., Brar, S.K., Yang, S., 2018. Impact of biochar amendment in agricultural soils on the sorption, desorption, and degradation of pesticides: A review. Sci. Total Environ. 645, 60-70. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.099

Phillips, B.M., Anderson, B.S., Cahn, M., Rego, J.L., Voorhees, J.P., Siegler, K., Zhang, X., Budd, R., Goh, K., Tjeerdema, R.S., 2017. An integrated vegetated ditch system reduces chlorpyrifos loading in agricultural runoff. Integr. Environ. Assess. Manag. 13, 423-430. https://doi.org/10.1002/ieam.1820

Tang, X., Zhu, B., Katou, H., 2012. A review of rapid transport of pesticides from sloping farmland to surface waters: Processes and mitigation strategies. J. Environ. Sci. 24, 351-361. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(11)60753-5

Tournebize, J., Bedos, C., Corio-Costet, M.-F., Douzals, J.-P., Gouy, V., Le Bellec, F., Achard, A.-L., Mamy, L., 2024. Prevention and management of plant protection product transfers within the environment: A review. Environ. Sci. Pollut. Res. https://doi.org/10.1007/s11356-024-35496-9

Voltz, M., Louchart, X., 2001. Les facteurs-clés de transfert des produits phytosanitaires vers les eaux de surface. Ingénières Special issue, 2-10. http://www.set-revue.fr/sites/default/files/articles-eat/pdf/2001-PUB00010106.pdf