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Risques élevés dus aux mélanges de produits phytosanitaires
L'emploi des produits phytosanitaires organiques entraîne des risques écotoxicologiques importants pour les plantes, les vertébrés et les invertébrés aquatiques – c'est ce que montre une étude d'envergure menée dans cinq petits cours d'eau suisses. Les conclusions des analyses chimiques sont étayées par des biotests et des outils de bioindication.
Une étude approfondie avait montré, en 2015, que les petits cours d'eau suisses dont les bassins faisaient l'objet d'une exploitation agricole intensive étaient fortement pollués par les produits phytosanitaires. En conséquence, un risque écotoxicologique élevé avait été identifié pour les plantes, les vertébrés et les invertébrés. Une nouvelle étude a maintenant été menée pour savoir si ces résultats sont valables pour d'autres ruisseaux et d'autres années. Comme les précédentes, elle a été effectuée sur mandat de l'Office fédéral de l'environnement par le Centre Ecotox en collaboration avec l'Eawag, le VSA, Aquaplus et cinq cantons (BE, BL, FR, SH et TG) dans le cadre des études spécifiques de l'observation nationale de la qualité des eaux de surface (NAWA SPEZ).
Deux cours d'eau déjà connus et trois nouveaux
Cinq petits cours d'eau suisses de régions fortement agricoles ont été étudiés de début mars à fin octobre 2017 : le Chrümmlisbach (BE), le Weierbach (BL), le Bainoz (FR), le Hoobach (SH) et l'Eschelisbach (TG). Leurs bassins versants sont représentatifs d'une grande variété de cultures : en dehors des grandes cultures de plein champ, ils sont également occupés par des cultures spéciales fortes consommatrices de produits phytosanitaires comme les fruits et petits fruits (TG), la vigne (SH) et les cultures maraîchères (BL). « L'Eschelisbach et le Weierbach avaient déjà été étudiés en 2015, confie Marion Junghans, du Centre Ecotox. Il nous est ainsi possible d'établir des comparaisons. »
L'équipe du département de Chimie de l'environnement de l'Eawag a analysé les échantillons et recherché 217 produits phytosanitaires organiques de synthèse. 145 ont été détectés à raison de 71 à 89 par site et de 35 par échantillon en moyenne. Dans quatre ruisseaux, les composés le plus fréquemment détectés étaient des herbicides. Pour un certain nombre de substances, le critère de qualité chronique (voir encadré) a été dépassé pendant des périodes plus ou moins longues sur plusieurs sites. Tous sites confondus, c'est pour le métazachlore que des concentrations critiques ont été mesurées le plus longtemps (13 périodes de 2 semaines). Venaient ensuite le thiaclopride (9 périodes), l'azoxystrobine (8 périodes), le chlorpyrifos (7 périodes), le diméthachlore (6 périodes), la métribuzine (5 périodes) et la diméthénamide (5 périodes). Ces sept substances étaient ainsi responsables de 55 % des 96 dépassements observés au total. « Il serait cependant insuffisant de concentrer les efforts sur ces quelques composés », avertit Marion Junghans. Tout d'abord, parce que la nature de la pollution varie très fortement dans le temps et ensuite, parce qu'un arrêt de leur utilisation pourrait entraîner celle de composés de substitution.
Un risque durablement élevé dû aux mélanges de produits phytosanitaires
Marion Junghans et Miriam Langer, du Centre Ecotox, ont déterminé les risques aigus et chroniques entraînés par les mélanges de produits phytosanitaires pour les végétaux, les vertébrés et les invertébrés (voir graphique et encadré). Elles ont mis en évidence un risque chronique élevé dans tous les cours d'eau pour au moins l'un des trois groupes d'organismes pendant 24 à 26 semaines sur les 30 de l'étude. Un risque élevé et persistant a ainsi été constaté pour les végétaux dans l'Eschelisbach. Comme en 2015, cependant, le risque y était particulièrement important pour les invertébrés : pendant 6 périodes de 2 semaines, il était plus de 10 fois supérieur à la limite à partir de laquelle des effets négatifs sur les organismes aquatiques ne peuvent plus être exclus – et donc de niveau rouge. Dans le Weierbach, c'est pour les plantes aquatiques que le risque chronique dû au mélange était le plus fort : il y était de niveau rouge pendant 5 périodes de 14 jours. Globalement toutefois, la qualité de l'eau de ce ruisseau s'était améliorée depuis 2015, en particulier pour les invertébrés. De son côté, le Chrümmlisbach affichait un risque de niveau rouge pour tous les groupes d'organismes pendant au moins deux semaines. Dans le Bainoz et le Hoobach, un risque a été identifié pour au moins un groupe d'organismes sur presque toute la durée de l'étude. Son niveau était toutefois plus faible que dans les autres ruisseaux.
Sur tous les sites, le risque chronique dû au mélange de produits phytosanitaires était si élevé pour au moins un groupe d'organismes que la qualité de l'eau devait être qualifiée de médiocre à mauvaise. Même s'il était plus faible que le risque chronique dans tous les ruisseaux, le risque aigu dû au mélange n'en était pas moins préoccupant. « Les résultats de 2017 confirment ceux de 2015, commente Marion Junghans. Les risques chroniques durablement élevés entraînés par les mélanges de produits phytosanitaires indiquent de nouveau que les organismes aquatiques ne disposent pas de phases de récupération. »
Un complément d'informations par les bioessais et la bioindication
En complément des analyses classiques, Marion Junghans et Miriam Langer ont soumis les échantillons à un test biologique sur des algues vertes unicellulaires après les avoir pré-concentrés et leur avoir fait subir une extraction. Le test algal permet de mesurer directement le risque écotoxicologique dû à un mélange de substances organiques. Les chercheuses ont mesuré les effets des échantillons d'eau sur la photosynthèse et la croissance des algues, ce qui leur a permis d'évaluer aussi bien le risque dû aux substances inhibitrices de la photosynthèse que celui provoqué par les substances ayant d'autres modes d'action. Dans le cas où les analyses chimiques ne permettent pas de détecter tous les composés toxiques pour les algues, le biotest met en évidence un risque plus élevé que celui calculé à partir des différentes concentrations mesurées.
Le test algal a indiqué un risque chronique dans tous les cours d'eau pour la quasi-totalité de la durée de l'étude et a montré qu'il était principalement dû à la présence de substances limitant la croissance algale. Le risque calculé pour les végétaux à partir des concentrations mesurées par voie analytique est en concordance avec celui mesuré dans le test sur les algues. Dans l'ensemble, toutefois, ce dernier est légèrement plus élevé. « Ce supplément de risque pourrait être dû à des composés inconnus toxiques pour les algues, comme des métabolites par exemple, ou à des substances présentes à des concentrations inférieures au seuil de détection des techniques d'analyse », explique Marion Junghans. Le risque n'était sous-estimé par le bioessai que dans de rares cas, à savoir lorsque le mélange de produits phytosanitaires était dominé par des composés comme le nicosulfuron ou l'azoxystrobine, qui agissent moins fortement sur les algues que sur d'autres végétaux.
Dans les études de NAWA SPEZ, les analyses ont également été complétées de la détermination de l'indice SPEAR pour les pesticides. Cet indice décrit la part d'espèces sensibles aux produits phytosanitaires dans la communauté d'invertébrés d'un cours d'eau et se montre particulièrement informatif quant aux insecticides et aux fongicides. Il apparaît, à l'aune de l'indice SPEAR, que la qualité de l'eau était bien plus mauvaise dans les cinq ruisseaux de l'étude que dans les ruisseaux non pollués servant de référence. La comparaison du risque calculé pour les végétaux et les invertébrés aquatiques à partir des concentrations mesurées par voie analytique et des risques évalués pour ces deux groupes à partir des effets biologiques constatés montre tout l'intérêt de compléter le contrôle chimique de la qualité de l'eau d'approches biologiques intégratives : les deux approches concluent pareillement à l'existence d'un risque élevé dû aux produits phytosanitaires dans les cours d'eau étudiés.
Encadré : Calcul du risque lié aux mélanges de produits phytosanitaires
La qualité des eaux de surface peut être évaluée en comparant les concentrations de polluants mesurées dans l'environnement (MEC) avec les critères de qualité environnementale (CQE) déterminés à partir des données disponibles sur leur écotoxicité. Les CQE peuvent être définis comme les concentrations à partir desquelles les organismes sensibles peuvent subir des dommages au niveau de leur santé, de leur reproduction ou de leur développement. Le rapport entre la MEC et le CQE est appelé quotient de risque (QR). Si la MEC dépasse le CQE et que le QR est donc supérieur à 1, un risque existe et des effets négatifs sur les organismes ne peuvent être exclus. Il existe deux types de CQE : les critères de qualité dits aigus visent à protéger les organismes d'une exposition de courte durée et les critères de qualité dits chroniques à les prémunir des effets d'une exposition de longue durée. Un quotient de risque aigu ou chronique peut ainsi être calculé selon le CQE considéré. Le risque dû à un mélange est calculé en faisant la somme des quotients de risque des substances quantifiables qui le composent.
Étant donné que les produits phytosanitaires sont souvent toxiques pour un groupe d'organismes donné (végétaux, invertébrés ou poissons), le calcul du QR du mélange ne prend en compte pour chaque groupe y que les QR des n substances auxquelles le groupe est fortement sensible. Le risque dû au mélange peut ainsi être calculé séparément pour les végétaux, les invertébrés et les poissons. Le risque considéré pour le cours d'eau est alors celui du groupe d'organismes le plus affecté. Alors que les herbicides affectent surtout les végétaux et que les insecticides menacent principalement les invertébrés, les fongicides peuvent présenter un risque pour les trois groupes d'organismes.
Pour en savoir plus
Junghans, M., Langer, M., Baumgartner, C., Vermeirssen, E., Werner, I. (2019) Ökotoxikologische Risiken in Bächen durch Effekte aus Organismen bestätigt. Aqua & Gas 4, 26-34
Spycher, S., Teichler, R., Daouk, S., Doppler, T., Vonwyl, E., Junghans, M., Longrée, P., Kunz, M., Stamm, C., Singer, H. (2019) Häufige und hohe PSM-Belastung in Bächen, Aqua & Gas 4, 14-25