Les choix méthodologiques influencent-ils les résultats ? Application aux essais de lixiviation en colonne de sol

Francés. L’intensification de l’agriculture avec l’utilisation importante de pesticides a eu des répercussions néfastes sur l’environnement avec des pollutions au niveau des sols, de l’air et des masses d’eau. A ce jour, l’agriculture est devenue une des pressions majeures qui pèsent sur la qualité des eaux. En effet, une grande partie des pesticides appliquée au sol n’atteint pas sa cible et est volatilisée, adsorbée, dégradée en métabolites ou lixiviée à travers le profil de sol. Pour cette raison, la recherche scientifique sur le devenir de ces composés dans l’environnement s’est grandement développée. En effet, les connaissances en terme du transfert de pesticides au sein d’un profil de sol sont encore très limitées. Or, une meilleure compréhension du devenir de ces derniers est indispensable afin d’en améliorer la gestion et d’assurer la protection de l’environnement. Afin d’étudier le devenir des pesticides au sein d’un profil de sol, plusieurs types d’expériences sont retrouvés dans la littérature. Les expériences les plus proches de la réalité sont les longues expériences de terrain avec l’application de pesticides aux sols agricoles. Cependant, ces expériences sont généralement très onéreuses et ne peuvent être réalisées partout. Il est alors utile d’acquérir des informations grâce à des expériences en laboratoire. Les expériences en laboratoire sont généralement des expériences en batch, de chromatographie en couche mince ou en colonne de sol. Afin d’obtenir des informations pertinentes sur la mobilité potentielle des pesticides dans les sols et de bien simuler les flux d’eau, les expériences en colonnes de sol sont massivement rencontrées dans la littérature (USEPA, 2008). Elles permettent de comparer la mobilité des pesticides entre eux ainsi que d’étudier leurs comportements de lixiviation dans différents sols. Les expériences en colonne servent également à analyser les mécanismes qui sous-tendent les mouvements de ces pesticides en colonne (Katagi, 2013). La courbe d’élution des pesticides ainsi que la distribution des pesticides adsorbés au sein de la colonne peuvent alors être étudiées et permettent d’obtenir les paramètres de sorption et de dégradation des pesticides. Cependant, au sein de la littérature traitant des expériences de lixiviation en colonne de sol, les modalités des colonnes utilisées sont très variables, empêchant les résultats obtenus d’être comparés ou transposés à d’autres cas. Une première modalité variant fortement dans la littérature est la structure du sol mise dans les colonnes. Les expériences de mobilité des pesticides sont généralement réalisées avec du sol remanié, à savoir préalablement séché, tamisé puis tassé uniformément dans la colonne. Ces colonnes remaniées ont l’avantage d’être plus reproductibles que des colonnes non remaniées (Isensee et al., 1992). Les colonnes de sol non perturbées, prélevées directement sur le terrain, offrent quant à elles l’avantage de se rapprocher des conditions réelles et d’investiguer les flux préférentiels, l’effet de l’amendement, du travail du sol ou encore des cultures. Une deuxième modalité très variable est la taille de la colonne. Le diamètre de la colonne ainsi que la longueur de cette dernière varient fortement d’une expérience à l’autre sans justifications. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’analyser l’impact des choix méthodologiques sur le comportement de lixiviation au sein d’une colonne de sol. Cette recherche vise à comparer l’effet de la structure du sol, du diamètre et de la hauteur des colonnes sur le comportement de lixiviation d’un soluté au sein d’une colonne de sol. Un pulse de CaCl2 a été appliqué à 15 colonnes de sol limoneux agricole prélevé à Gembloux. Des colonnes de sol remanié et non remanié, de 8,4 et de 24 cm de diamètre ainsi que de 20 et de 35 cm de hauteur ont été réalisées. Une hauteur d’eau de 2,21 cm a été appliquée régulièrement à la surface des colonnes. Le pH, la conductivité électrique et le volume de l’eau percolée ont été mesurés. Les résultats montrent une grande influence de la structure du sol sur la lixiviation du CaCl2. La courbe d’élution des colonnes remaniées montre un pic plus haut et plus fin que la courbe d’élution des colonnes non remaniées (figure 1). Le CaCl2 est rapidement lixivié des colonnes remaniées avec 65,9% de la masse de CaCl2 qui ressort après 10 cm d’eau percolé alors qu’il est plus longtemps retenu dans les colonnes en structure conservée où seulement 47,7% ressort après 10 cm d’eau percolé. De plus, après 16 cm d’eau percolé, 100% du CalCl2 est lixivié à travers la colonne contre 80,1 % pour les colonnes non remaniées. De plus, l’avantage des colonnes remaniées mis en avant dans la littérature est la plus grande reproductivité de ces colonnes. Or, les écarts-types des colonnes non remaniées sont en moyenne plus faible que les écarts-types des colonnes remaniées (40,5 mg L-1 pour les colonnes non remaniées contre 67,8 mg L-1 pour les colonnes remaniées). Le diamètre de la colonne a une influence moindre sur la lixiviation des solutés. La courbe d’élution des colonnes de 24 cm de diamètre et des colonnes de 8,4 cm de diamètre se suivent globalement (figure 1). Cependant, un plus grand effet de dispersion est observé dans les colonnes de 24 cm de diamètre avec un pic légèrement plus aplati et plus large. Ainsi, après 12 cm d’eau percolé, 91,5% de CaCl2 est ressorti pour les colonnes de 8,4 cm de diamètre contre 84,4% pour les colonnes de 24 cm de diamètre. La variation de la hauteur de la colonne de sol n’a pas une grande influence sur la courbe d’élution du CaCl2 excepté au niveau du pic, plus important pour les colonnes de 20 cm. En effet, le CaCl2 sort plus rapidement des colonnes de 20 cm que des colonnes de 35 cm. Après 10 cm d’eau percolé, 69,2 % du CaCl2 est ressorti des colonnes de 20 cm de haut contre 63,7% pour les colonnes de 35 cm de haut. La hauteur de la colonne de sol ainsi qu’une potentielle semelle de labour dans les colonnes de 35 cm pourraient également expliquer ces résultats. Afin de déterminer la dispersion du CaCl2 au sein des colonnes et l’influence de la semelle de labour, une modélisation des colonnes sur le logiciel Hydrus sera nécessaire.

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