# Approches de modélisation pour évaluer et comparer les performances environnementales et sanitaires de systèmes de culture innovants conçus pour réduire l'usage des pesticides : intégration spatiale et temporelle, traitement des incertitudes, lien entre pratiques, pression et impacts

Laure Mamy

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Laure Mamy. Approches de modélisation pour évaluer et comparer les performances environnementales et sanitaires de systèmes de culture innovants conçus pour réduire l'usage des pesticides : intégration spatiale et temporelle, traitement des incertitudes, lien entre pratiques, pression et impacts. Colloque Ecophyto Recherche, Mar 2017, St-Malo, France. hal-01626526

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Submitted on 5 Jun 2020

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## Approches de modélisation pour l'évaluation et la comparaison des performances environnementales de systèmes de culture innovants conçus pour réduire l'usage des pesticides : intégration spatiale et temporelle, traitement des incertitudes

Pour et Sur le Plan Écophyto, PSPE1 (financement : Écophyto, redevance pollutions diffuses)

### Responsable scientifique

Laure Mamy
laure.mamy@inra.fr
INRA

### Partenaires

* INRA : Enrique Barriuso, Carole Bedos, Pierre Benoit, Eric Justes, David Makowski, Nicolas Munier-Jolain, Valérie Pot, Jésus Marín-Benito, Sabine Karen Lammoglia • ACTA : François Brun • AgroParisTech : Benoit Gabrielle • Agrosup Dijon : Bernard Nicolardot, Marjorie Ubertosi • INP El-Purpan : Lionel Alletto • Université d'Uppsala – Suède : Julien Moeys, Mats Larsbo, Nicholas Jarvis • FERA – United-Kingdom : Marc C. Kennedy, Andy D.M. Hart

### Mots-clefs

Systèmes de culture, pesticides, modélisation, variabilité, incertitudes, environnement, santé

### En bref

Lors de la conception de systèmes de culture permettant de réduire l'utilisation des pesticides, il est nécessaire de prendre en compte des critères liés aux impacts environnementaux et sanitaires de ces systèmes. De nouvelles approches de modélisation ont donc été développées pour permettre une évaluation ex ante des impacts liés aux pesticides. Le projet Perform a montré que les systèmes impliquant un travail du sol simplifié auraient tendance à augmenter les impacts (multiplication des traitements herbicides), tandis que les systèmes réduisant l'IFT de 50 % et les systèmes avec désherbage mécanique permettraient de réduire ces impacts.

## Contexte et objectifs

Pour atteindre les objectifs du plan Écophyto, il faut notamment concevoir de nouveaux systèmes de culture moins dépendants des PPP. Les outils d'aide à la décision intégrant l'évaluation ex ante des performances agronomiques et socio-économiques de systèmes de culture prédéfinis présentent une évaluation des impacts environnementaux et sanitaires des pesticides soit inexistante, soit imprécise et qualitative.

Dans ce contexte, l'objectif du projet Perform consiste à développer une démarche d'évaluation globale par système de culture permettant de comparer les impacts des pesticides sur l'environnement et sur la santé. Cette démarche tient compte (1) de la complexité des systèmes, (2) de l'utilisation des pesticides dans la rotation, (3) de la variabilité spatio-temporelle des conditions agro-pédoclimatiques et (4) des principales sources d'incertitude affectant les flux de pesticides.

Le projet ECoPESt (APR Pesticides 2011) a été mené en parallèle de ce projet pour compléter l'évaluation des outils de modélisation existants, permettre l'acquisition d'observations de terrain et établir le lien pratiques-pressions-impacts.

## Principaux résultats

Dans un premier temps, une nouvelle approche de modélisation basée sur une utilisation séquentielle du modèle de culture STICS et du modèle « pesticides » MACRO a été développée afin de simuler les flux de pesticides vers les eaux souterraines, dans des systèmes de culture complexes. Le modèle ainsi conçu, STICS-MACRO, a été testé en confrontant les résultats des simulations à des mesures de

concentrations en pesticides dans l'eau du sol. Ces mesures ont été faites dans des lysimètres implantés sur plusieurs sites où sont expérimentés des systèmes de culture innovants (Figure 1).

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure 1** : (a) Site expérimental de Lamothe (© Lionel Alletto, INP - El Purpan) ; (b) Site expérimental d'Auzeville (© Eric Justes, INRA) ; (c) Site expérimental de Dijon (© Pascal Farcy, INRA).</figcaption></figure>

Les résultats ont montré que la performance de STICS-MACRO était correcte, sans phase de calage, même si elle dépend des conditions pédoclimatiques. Par rapport aux modèles « pesticides » existants, STICS-MACRO permet, en outre, d'accéder à d'autres sorties d'intérêt environnemental (dynamique des composés azotés) et agronomique (rendements).

Une analyse de sensibilité globale de STICS-MACRO, basée sur la méthode de Morris, a ensuite permis d'évaluer et de comparer les effets d'un grand nombre de pratiques agro-coles sur les flux de pesticides. L'apport de résidus organiques au sol et le travail du sol simplifié ont été identifiés comme étant les pratiques qui conduisent à une augmentation des flux d'eau et de pesticides vers les eaux souterraines, essentiellement parce qu'elles modifient le bilan hydrique dans les sols (Figure 2).

Dans une troisième étape, une analyse d'incertitudes, basée sur la méthode d'échantillonnage par hypercube latin, a été réalisée afin de déterminer le niveau de confiance qui ...
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 2:** Synthèse des principaux résultats obtenus dans le projet Perform : identification par modélisation des pratiques agricoles les plus influentes et étude de leurs effets sur les concentrations simulées en pesticides dans l'eau lixiviee ; identification des principales sources d'incertitudes des concentrations en pesticides dans l'eau lixiviee.</figcaption></figure>

... peut être accordé aux résultats des simulations de STICS-MACRO. Cette analyse a été focalisée sur les caractéristiques du sol, du climat et des pesticides et sur les pratiques agricoles. Au final, les incertitudes liées au sol, aux pesticides et aux pratiques agricoles semblent avoir moins d'influence sur la prédiction des concentrations en pesticides dans les eaux souterraines que les incertitudes liées au climat (précipitations en particulier) (Figure 2).

Enfin, un modèle d'évaluation de l'exposition de la population humaine aux pesticides, BROWSE, a été utilisé afin d'estimer les risques pour la santé des applicateurs et des riverains liés à la totalité des pesticides utilisés dans un système de culture. Comme BROWSE ne peut traiter qu'un seul pesticide à la fois, il a été élaboré une méthode d'agrégation des résultats obtenus pour l'ensemble des pesticides appliqués dans un même système. Cette méthode permet ainsi de comparer les différents systèmes étudiés. Elle a montré que les systèmes basés sur un travail du sol simplifié tendent à augmenter les impacts sanitaires en raison de la multiplication du nombre de traitements herbicides. Les résultats de l'analyse de sensibilité avaient par ailleurs montré que ces systèmes présentaient aussi les risques les plus élevés de contamination des eaux souterraines par les pesticides. En revanche, les systèmes visant une réduction de 50 % de l'IFT par rapport aux systèmes conventionnels correspondants, basés notamment sur des rotations et non sur des monocultures, et les systèmes de culture privilégiant les techniques de désherbage mécanique (i.e. systèmes sans herbicide) permettent de réduire de façon significative les impacts sur la santé et ont aussi un impact plus faible sur l'environnement.

# Perspectives

## Transfert

Les résultats issus de la modélisation intéressent directement les professionnels car ils apportent des critères quantitatifs permettant, au moment de la mise en place des systèmes de culture, de connaître les risques environnementaux et sanitaires. Les outils de modélisation permettent en outre d'identifier les systèmes ayant le moins d'impacts, ainsi que les pesticides contribuant le plus aux risques globaux des systèmes, dans l'optique de leur substitution. Ces travaux seront diffusés dans *Innovations Agronomiques, Phytoma...* Par ailleurs, les participants au projet contribueront à des sessions de formation pour présenter les démarches, les résultats et les propositions de systèmes innovants.

## Recherche

Les nouvelles approches de modélisation développées se veulent génériques, mais pour pouvoir généraliser les résultats de ce travail, la capacité de STICS-MACRO à décrire correctement les flux de pesticides dans d'autres contextes agro-pédoclimatiques reste à tester. Il serait également intéressant d'élargir la gamme de variation des paramètres les plus sensibles et d'analyser les incertitudes associées aux modifications du régime hydrique et des températures dans un contexte, par exemple, de changement climatique. Enfin, les approches développées ici pourraient être utilisées dans le cadre du réseau DEPHY-FERME afin d'étendre l'évaluation des impacts à une échelle nationale et d'intégrer une plus grande gamme de scénarios et de systèmes associés. ■

# Publications scientifiques et autres valorisations du projet

* Lammoglia S.K., 2016. Approches de modélisation pour évaluer et comparer les impacts sur l'environnement et sur la santé humaine des pesticides utilisés dans des systèmes de culture conçus pour réduire l'usage des pesticides. Thèse de doctorat de l'Université Paris-Saclay, 196p.

* Lammoglia S.K., Moeys J., Barriuso E., Larsbo M., Marin-Benito J.M., Justes E., Alletto L., Ubertosi M., Nicolardot B., Munier-Jolain N., Mamy L., 2016. Sequential use of the STICS crop model and of the MACRO pesticide fate model to simulate pesticides leaching in cropping systems. Environ Sci Pollut Res (en ligne). DOI 10.1007/s11356-016-6842-7.

* Lammoglia S.K., Kennedy M.C., Hart A.D.M., Barriuso E., Alletto L., Justes E., Munier-Jolain N., Mamy L., Human health risk assessment of pesticides use in conventional and innovative cropping systems (soumis).

* Lammoglia S.K., Brun F., Moeys J., Quemar T., Barriuso E., Gabrielle B., Mamy L., Modelling pesticides leaching in cropping systems : effect of uncertainties in soil, climate and pesticide properties, and in agricultural practices (en préparation).