Nous proposons un modèle à générations imbriquées dans lequel les émissions polluantes des firmes sont régulées par un système de permis de pollution. Le quota global d'émission est imposé à l'économie et s'accompagne de contraintes politiques quant à son utilisation. Dans ce contexte, la question se pose de savoir si la régulation de la pollution par les permis et la réalisation de l'optimum de premier rang sont compatibles. Nous montrons que quand la politique est contrainte, il est possible d'établir l'optimalité de l'équilibre grâce à une politique de redistribution de la rente environnementale et à une politique de discrimination par les prix des intervenants (firmes et ménages) sur le marché des permis.

Le projet BIOPOLLATM vise à mieux comprendre les interactions biosphère-atmosphère dans le domaine de la pollution atmosphérique. On cherche (1) à comprendre les modalités d’impacts de plusieurs polluants sur le fonctionnement des plantes et (2) le rôle de la biosphère comme source et puits dans la pollution atmosphérique locale et régionale. Des caractéristiques fortes de BIOPOLLATM sont (1) une intégration entre des approches biologiques et physiques, à l’interface des sciences de la vie, de la terre et de l’atmosphère, (2) l’objet d’étude privilégié qui sont les écosystèmes cultivés en zones périurbaines et (3) l’intégration d’échelle, allant de la plante à la région selon les thématiques scientifiques et appliquées concernées. Ce rapport fait un point sur l’avancement du projet après 2 ans de travail (le projet se poursuit dans le cadre de PRIMEQUAL notamment, avec un financement du MEDD/DPPR). Il se compose de trois parties : - un rappel sur les objectifs et l’organisation du projet - un rapport plus détaillé sur les travaux conduits, organisé en trois grands domaines : o impact de l’ozone sur le fonctionnement des couverts végétaux à différentes échelles et selon différentes approches, allant de la modification des enzymes impliquées dans la photosynthèse jusqu’à la modélisation de l’impact sur le rendement des cultures ; o échanges de polluants entre un couvert végétal et l’atmosphère, organisé autour du développement et la validation d’un modèle à résistance à deux couches, destiné d’une part à être utilisé par les écophysiologistes/agronomes pour estimer les quantités de polluant absorbées par la végétation et, d’autre part, à être utilisé comme interface surface-atmosphère dans des modèles de chimie atmosphérique ; o une présentation des bases de données créées et des dispositifs expérimentaux créés dans le cadre de ce projet pour l’étude des échanges de polluants entre les surfaces naturelles et l’atmosphère. Ces acquis perdureront au delà du projet et pourront être utilisés par nos équipes et d’autres pour la poursuite de ce type de travaux. - Une synthèse des résultats acquis et une présentation des perspectives de ce travail à échéance de deux ans.

Les captages de la Plaine du Saulce, au Sud d'Auxerre, en rive gauche de l'Yonne, subissent depuis le début des années 1990 une contamination nitrique importante. Ils contribuent pour un tiers à l'approvisionnement en eau potable des 60 000 habitants de la communauté de communes d'Auxerre, en sollicitant la ressource contenue dans l'aquifère des calcaires du Séquanien. Le choix avant-gardiste à l'époque d'une politique préventive concertée, entre un territoire producteur, la campagne, et un territoire consommateur, la ville, s'est concrétisé par la création en 1998 de l'Association pour la Qualité de l'Eau de la Plaine du Saulce. Cela a permis d'initier une dynamique territoriale de concertation et d'échanges entre les différents acteurs, et de porter un programme d'actions visant à réduire la contamination, principalement nitrique, de l'hydrosystème. Ce programme a consisté dans diverses mesures visant l'assainissement des eaux usées des communes, la prévention des pollutions accidentelles et l'accompagnement des agriculteurs dans l'amélioration de leurs pratiques. Aujourd'hui, l'absence de résultats tangibles aux captages cristallise de plus en plus les discussions à l'Association. Les agriculteurs commencent à douter de la pertinence des efforts concédés, tandis que les collectivités s'interrogent sur l'impact des investissements réalisés dans le préventif et pourraient se tourner vers un renforcement des mesures réglementaires et coercitives (arrêté préfectoral de juin 2011). L'absence de résultats probants sur le niveau de contamination nitrique peut provenir tant de l'inertie du système hydrologique que de l'insuffisance des actions engagées. L'évolution des teneurs en nitrates au captage est étroitement liée au temps de vidange de l'aquifère. Les analyses de datation des eaux par dosage des gaz anthropiques CFCs et SF6, ont permis d'estimer un âge moyen des eaux prélevées d'environ 25 ans. La mise en place d'un dispositif de ré-infiltration d'eau de nappe alluviale peu chargée en nitrates dans la nappe des calcaires à partir d'une gravière permettra d'éviter des dépassements ponctuels en cas de pics temporaires de contamination, mais cette mesure curative n'a pas vocation à résoudre le problème posé par l'accroissement régulier de la contamination nitrique de fond. Le temps de latence de l'aquifère impose de débuter dès à présent des actions fortes, au travers de scenarii d'évolutions des pratiques qui s'inscrivent dans une réflexion de longue durée plutôt que de multiplier des mesures avec des impacts faibles ou incertains. L'analyse par la méthode du bilan azoté de surface des pratiques agricoles réelles ou préconisées par le biais de MAET (mesures agroenvironnementales territorialisées) et inscrites dans l'arrêté préfectoral "captage Grenelle" de la Plaine du Saulce, montre qu'aucunes des actions engagées ne seront suffisantes pour permettre une amélioration notable de la qualité de l'eau. La généralisation des bonnes pratiques (application raisonnée des engrais azotés dans des rotations diversifiées, et utilisation systématique de cultures intermédiaires) s'avère absolument nécessaire pour stabiliser la situation mais elle ne permettra pas d'assurer la production d'une eau sous-racinaire satisfaisant aux exigences de potabilité en termes de contamination nitrique. Sauf à rentrer dans une logique d'usage exclusif du territoire entre agriculture ou production d'eau, s'impose une profonde remise en cause du modèle agricole actuel et des objectifs de rendements croissants qu'il implique. Une série d'enquêtes menées dans des exploitations biologiques d'une large moitié Nord de la France, nous permet de proposer l'agriculture biologique comme un modèle alternatif crédible pour minimiser durablement les risques de contamination nitrique, tout en proposant un projet territorial d'ensemble pour l'Auxerrois. On observe que les meilleures performances sont obtenues dans les exploitations conduites en polyculture-élevage. En moyenne à l'échelle d'une rotation, plus de la moitié de l'export azoté total est destiné à l'alimentation du bétail via production de fourrage riche en protéine (luzerne). Il est donc absolument indispensable d'articuler les réflexions d'une transition possible vers l'agriculture biologique autour de la complémentarité entre cultures et élevage pour éviter soit une sur-fertilisation des terres en l'absence de débouchés pour les produits récoltés à fort contenu azoté, soit une dépendance à une fertilisation organique exogène. Par l'analyse de l'organisation géographique des productions agricoles biologiques et conventionnelles en Bourgogne, il ressort deux échelles pertinentes pour bâtir un territoire de polyculture-élevage, le bassin d'alimentation de captage de la Plaine du Saulce et/ou la région Bourgogne. Ainsi, la complémentarité entre l'animal et le végétal au niveau du cycle de l'azote pourrait se faire à l'échelle du BAC par un retour innovant de l'élevage ovin et/ou par la mise en place à l'échelle régionale d'une filière directe de débouchés des co-produits des céréales biologiques produites sur les surfaces en grandes cultures du BAC.

Les eaux superficielles et souterraines doivent recouvrer une bonne qualité chimique et biologique avant 2015, d'après la Directive Cadre Européenne. Les Bonnes Pratiques Agricoles (BPA) établissent un compromis entre les risques de pollution et de perte de revenu. Le résultat minimal escompté est de respecter la norme de potabilité de 50 mgNO3.L-1 dans les eaux de captage et d'éviter les transferts de pollution de l'hydrosphère vers l'atmosphère. Cependant leur mise en oeuvre ne garantit pas d'atteindre ces objectifs ; cela nécessite des moyens de quantifier l'impact des pratiques agricoles effectives sur la pollution nitrique. Nous avons testé différentes méthodes de quantification, en nous appuyant sur les données issues d'une expérimentation partenariale de prévention de la pollution, menée sur le site de Bruyères (02). La question finalisée est "quel est l'impact des BPA, appliquées de façon systématique, à l'échelle d'un bassin"? La question de recherche est "peut-on modéliser la pollution nitrique, en situation agricole, à l'échelle du bassin hydrologique"? Le site d'étude est un plateau de 187 ha qui alimente une nappe d'eau souterraine, sise dans le Lutétien. Cette nappe alimente 5 sources principales qui connaissent une pollution croissante depuis 1970. Les 21 parcelles cultivées du plateau ont fait l'objet d'une mise en oeuvre systématique des BPA, par les 3 agriculteurs, depuis 1990. Les pratiques agricoles et l'hydrogéologie du site ont été caractérisées. Les débits des sources répondent aux pluies efficaces dans un délai d'une semaine. Le temps moyen de séjour de la molécule de Tritium dans l'aquifère est de 25 ans, à cause de l'épaisseur de la zone non saturée. Compte tenu de ce délai, un niveau intermédiaire d'évaluation est nécessaire : les pertes sous la zone racinaire. Les méthodes de quantification diffèrent selon leur degré de dépendance aux données expérimentales : i) le modèle de calcul LIXIM, associé avec toutes les données observées; ii) un modèle stochastique de réponse des cultures à la dose d'azote, initialisé annuellement; iii) le modèle fonctionnel dynamique STICS, qui peut simuler les pertes du système sol- plante- atmosphère de façon continue pendant plusieurs années. Les prédictions des variables d'intérêt économique et environnemental sont confrontées, aux données observées, aux échelles de la station et du bassin. Les impacts environnementaux et économiques, de différents scénarios de prévention de la pollution, sont simulés. Les reliquats d'azote minéral à la récolte et en entrée d'hiver sont proches et stables dans le temps avec respectivement 41 et 57 kgN.ha-1. L'intégration des flux calculés avec LIXIM, à l'échelle de la rotation culturale, conduit à lisser le facteur culture et à faire du type de sol le principal déterminant de la concentration. La teneur en nitrate moyenne pondérée, de l'eau de percolation, est de 46 mgNO3.L-1 pour la zone cultivée et de 37 mgNO3.L-1 pour l'ensemble du bassin. Ce bon résultat est confirmé qualitativement par la baisse constatée des teneurs de plusieurs captages depuis l'an 2000. Le temps de réponse de l'aquifère serait égal à la moitié de son temps de renouvellement. L'abattement de la teneur en nitrate de l'eau de percolation permis par les BPA, relativement à un scénario conventionnel, est compris entre 27 et 39 %, suivant la méthode de simulation. Le coût des BPA est de 0.07 | Surface and groundwaters must regain good chemical and biological quality before 2015 according to European Directives. Good Agricultural Practices (GAPs) establish a compromise between the risks of pollution and the loss of revenue. The minimum result expected is conformity with the drinking water standard of 50 mgNO3.L-1 in the collected water and the avoidance of transfer of pollution from the hydrosphere into the atmosphere. However their implementation does not guarantee that these objectives will be reached ; that requires a means of quantifying the impact of effective agricultural practices on nitrate pollution. We have tested different methods of quantification by using data from a collaborative experiment on pollution prevention, carried out on the site of Bruyères (02). The question targeted was « what is the impact of GAP, applied regularly, on the scale of a catchment area ? » The research question was « can nitrate pollution be modelled, in a farming situation, on the scale of a catchment area ? » The study site is a plateau of 187 ha which supplies a groundwater aquifer located in the Lutetian geological layer. This aquifer feeds five main springs which have suffered increasing pollution since 1970. The 21 cultivated fields on the plateau were subjected to regular implementation of GAPs by the three farmers since 1990. The farming practices and the hydrogeology of the site were characterised. The flow rates of the springs respond to effective rainfall after a delay of a week. The mean residence time of the tritium molecule in the aquifer is 25 years, because of the thickness of the unsaturated zone. In view of this delay, an intermediate level of evaluation is necessary : the losses under the root zone. The methods of quantification differ according to their degree of dependence on the experimental data : i) the LIXIM mathematical model, associated with all the observed data ; ii) a stochastic model of crop response to the nitrogen rate, initialised each year, iii) the functional dynamic model STICS, which can simulate the losses of the soil/plant/atmosphere system continuously over several years. The predictions of the variables of economic and environmental interest are compared with the observed data on the scale of the station and of the basin. The environmental and economic impacts for different scenarios of pollution prevention are simulated. The mineral nitrogen residues at harvest and at the beginning of winter are similar and stable over time at 41 et 57 kgN.ha-1 respectively. The averaging of the losses, calculated with LIXIM, over the crop rotation, smooths out the crop factor and makes the soil type the principal determinant of the concentration. The mean weighted nitrate concentration in the percolating water is 46 mgNO3.L-1 for the cultivated zone and 37 mgNO3.L-1 for the whole basin. This good result is confirmed qualitatively by the fall observed in the contents at several collection points since the year 2000. The response time of the aquifer would be equal to half of its renewal time. The reduction in the nitrate content of the percolation water permitted by GAPs, compared with a conventional scenario, is between 27 and 39%, depending on the simulation method. The cost of the GAPs is 0.07 €.m-3 of drinked water, making prevention competitive with water treatment at the Bruyères site. Dynamic modelling with STICS appears to be effective in the agricultural situation, but its reliability depends on the availability and relevance of the databases used to calibrate it. It can take account of a large number of technical inputs and their long-term interactions. Coupling STICS with a geographical information system (GIS) enables the spatial variability of the physical and cultural features of the environment to be integrated. However it is not possible to guarantee the reliability of the predictions for both any time and any place. Access to the precise value of parameters like the crop’s maximum rooting depth or the stock of organic nitrogen is simply not feasible. According to the STICS model, the nitrogen losses simulated in gaseous form are equal to those in solution. This result needs to be verified. Bearing in mind these limitations, modelling based on experimentation can become a management tool for nitrogen in cropping systems on a regional scale. The problem of limiting nitrate leaching is shifted towards the conception of sustainable cropping systems.

Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du Climat (GIEC) indique que le réchauffement climatique est sans équivoque. Le sud de l'Europe doit ainsi anticiper des conditions climatiques plus difficiles (sécheresses estivales, températures plus élevées) ainsi qu'une une baisse de la disponibilité de la ressource en eau. La question prioritaire est donc de savoir comment l'agriculture va devoir s'adapter à des conditions climatiques différentes. Par ailleurs, et comme en témoignent la Directive Cadre sur l'Eau (DCE) et le dernier bilan santé de la PAC de 2008, la qualité de l'eau est devenue un des objectifs prioritaires de l'Union Européenne ; mettant en avant l'intérêt d'un référencement des pratiques agricoles alternatives en matière d'emploi de pesticides et l'importance de prendre en compte les conditions d'adoption et de mise en œuvre de ces pratiques. Le Projet EAUSAGE articule ainsi deux approches complémentaires, l'une qualitative et l'autre quantitative : La première approche a pour hypothèse que l'existence d'incertitudes constitue un frein majeur à l'adoption de pratiques alternatives de réduction des phytosanitaires et que les modalités de diffusion de l'information et de réalisation du conseil technique vont influencer la façon dont les acteurs perçoivent les risques et les incertitudes et, partant, déterminent les possibilités d'un changement de pratiques. La seconde approche, quantitative, consiste à développer des outils permettant l'évaluation de scénarios en vue d'une « meilleure » planification conjointe des différentes activités (agricoles, industrielles, domestiques) et d'une « meilleure » utilisation des ressources en eau, à une grande échelle (Région Midi-Pyrénées).

Shallow groundwater flow is one of the major hydrologic component in catchments underlying by crystalline bedrock. Only few observations are available about shallow groundwater contamination by pesticides. So groundwater and stream samples were collected fortnightly for three years in the Kervidy-Naizin catchment and analyzed for atrazine and isoproturon. Groundwater contamination appears to be: highly variable in concentration (from no detection to concentrations higher than few µg/l); highly variable in time (atrazine detected in 35% of samples, déthylatrazine detected in 23%); linked to the topographic location in relation with groundwater depth. Many hydrologic factors may explain the contamination. A correlative analysis was undertaken to identify the climatic and soil variables explaining the fluctuation and depth of water table. Both variables appear to be determined by seasonal cumulative rainfall and storm rainfall. | L'écoulement de nappe est une composante hydrologique majeure des bassins versants sur socle. Or peu de données existent sur la contamination de ces nappes par les pesticides. Un suivi bimensuel réalisé sur le bassin versant de Kervidy-Naizin (56), sur trois années, sur une quinzaine de piézomètres répartis le long de trois transects montre, sur l'atrazine et l'isoproturon, une contamination de la nappe : de niveau très variable dans le temps, allant de la non détection à des concentrations de quelques µg/l ; de moyenne fréquence (détection dans 35% des analyses pour l'atrazine, 23% pour la déthylatrazine) ; liée à la position topographique en relation avec la profondeur de la nappe. Différents facteurs hydrologiques explicatifs de cette contamination ont été étudiés par une analyse fréquentielle de la profondeur et de l'amplitude des battement de la nappe et une analyse corrélative de leur relation avec des paramètres climatiques et hydro-pédologiques. La profondeur et les battements de la nappe apparaissent en première approche liés respectivement au cumul pluviométrique saisonnier et aux cumuls pluviométriques par averse

Two basic processes contribute to dispersal of soils pesticide : scattering, which is ensured by different modes of transfer, and degradation, which requires chemical or biochemical reactions that use soil micro-organisms. Last, pesticide or its alteration products can interact with soil constituents. | Deux processus fondamentaux contribuent à la dissipation d'un pesticide appliqué au sol. La dispersion, qui entraîne le produit et éventuellement ses dérivés hors du point d'application ou du volume de sol dans lequel il est recherché et la dégradation, qui assure la transformation de la molécule initiale d'une manière plus ou moins prononcée et pouvant aller jusqu'à sa minéralisation. La dispersion est assurée par différents modes de transfert (volatilisation, lixiviation-lessivage, entraînement par ruissellement, absorption par la plante), tandis que la dégradation fait intervenir des réactions chimiques ou biochimiques (photolyse, hydrolyse, ...) impliquant l'intervention des micro-organismes du sol. Enfin, le pesticide ou ses produits de transformation peuvent interagir avec les constituants du sol pour former des résidus "non extractibles". Ceux-ci sont alors soustraits au dosage par voie physico- chimique.