Analyse des facteurs de risque de transferts de pesticides dans les paysages. Etablissement d'une hiérarchie de ces risques : application au calcul d'un indice de risque par bassin versant et par parcelle.

Pierre Aurousseau (1), Hervé Squividant (2), Marie Chantal Baqué (3) et Frédérique Simon (4)

Laboratoire de Spatialisation Numérique

E.N.S.A.R., 65 rue de Saint Brieuc,

35042 Rennes

(1) Professeur à l'E.N.S.A.R. (2) Informaticien, Ingénieur d'Etude (3) Ingénieur d'Etude contractuel (4) actuellement Ingénieur ...


Rapport final de la convention 95.00.023 avec l'Agence de l'Eau Loire-Bretagne "Recherche méthodologique sur l'étude de faisabilité de réduction de la pollution par les produits phytosanitaires". Ce rapport final fait suite à un rapport d'étape "Analyse des facteurs de risque de transfert de pesticides dans les paysages. Etablissement d'une hiérarchie de ces risques. Application à des bassins versants", Frédérique Simon, ENSAR Septembre 1995.


Sommaire

Introduction

1 . Les facteurs pris en compte à l'échelle du bassin versant

2 . Les bassins versants étudiés

3 . Les facteurs et les critères à l'échelle du bassin versant

4 . Méthode pour renseigner les critères à l'échelle du bassin versant

5 . Le rang de risque SIRIS des dix bassins versants étudiés

6 . Première méthode pour établir un rang de risque SIRIS à l'échelle de la parcelle

7 . Deuxième méthode pour établir un rang de risque SIRIS à l'échelle de la parcelle

8 . Mise en oeuvre de l'indice de risque parcellaire simplifié sur trois bassins versants

9 . Définition de zones à risque dans des bassins versants

10 . Construction d'une note de risque par exploitation à partir de notes de risque parcellaires

11 . Construction d'une note de risque par bassin versant à partir de notes de risque parcellaires

12 . Conclusions

liste des cartes

liste des tableaux

liste des figures

Introduction

Deux méthodes d'analyses des facteurs de risque de transfert des pesticides dans les bassins versants ont été envisagées : la méthode SIRIS et la méthode HOLLIS.

La méthode HOLLIS est une méthode qui était assez mal connue en France. Nous avons pu acquérir un certain nombre d'informations complémentaires sur cette méthode. Il semble se confirmer que cette méthode est fort intéressante, mais malheureusement les informations dont nous disposons sur cette méthode sont encore fragmentaires et ne nous permettent pas sa mise en oeuvre en France. Pour lever cette difficulté, il semble indispensable qu'une personne au moins aille faire un séjour dans le Laboratoire de Monsieur HOLLIS pour acquérir les informations manquantes pour la mise en oeuvre en France. Rappelons simplement que cette méthode est conçue pour une mise en oeuvre dans un système d'information géographique. Elle est conçue pour des analyses régionales ou nationales du facteur de risque de transfert de pesticides, c'est-à-dire pour des échelles allant du 1/500 000 au 1/2 000 000 ème. L'utilisation en France ou dans une région française de cette méthode passera de toute façon par une régionalisation des paramètres pris en compte par la méthode HOLLIS.

La méthode SIRIS dont l'utilisation a été envisagée consiste à adapter la méthode SIRIS molécules (risques inhérents aux molécules et aux quantités utilisées) aux risques de transferts dans les paysages.

Cette méthode a été programmée en langage C sous UNIX. Le programme SIRIS demande en entrée le nombre de facteurs pris en compte, puis pour chaque facteur le nombre de modalités du facteur (entre 2 et 5 compris). Le programme calcule ensuite le rang SIRIS de toutes les combinaisons de modalités. Pour une dizaine de facteurs de risque, on peut atteindre de 400 à 500 000 combinaisons. On peut éditer sur imprimante les rangs SIRIS (ce qui est déconseillé si le nombre de combinaisons est très élevé). Le programme calcule pour toute combinaison de modalités le rang SIRIS de cette combinaison. Cette version manuelle du programme SIRIS peut être utilisée pour calculer le rang SIRIS de bassin versants (voir plus loin). Par ailleurs, le programme SIRIS a été interfacé avec le logiciel de traitement de Modèles Numériques de Terrain MNTSURF et il permet alors de calculer un rang SIRIS par parcelle (voir plus loin).

Deux échelles seront présentées : l'échelle du bassin versant et l'échelle de la parcelle. Le contrat qui nous lie à l'Agence de l'Eau Loire-Bretagne ne prévoyait que le renseignement du risque par bassin versant mais il nous a paru utile de faire des propositions relatives au risque de transfert par parcelle.


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Treize facteurs intervenant dans le transfert ont été envisagés. Ils seront présentés dans leur ordre d'importance décroissante.

Pour chacun de ces facteurs, le problème est de le traduire en un critère quantitatif d'évaluation de ce facteur. Expliquons ce point : on estime que l'intensité des pluies est un facteur de risque de transfert des pesticides, mais alors comment évaluer quantitativement ce facteur d'une part sur un bassin versant et d'autre part sur une parcelle? On comprend donc la nécessité de traduire un facteur sur lequel tous les experts s'entendent sur son importance en un critère quantitatif mesurable sur un bassin versant d'une part, sur une parcelle d'autre part.

Dans certains cas le même critère va être utilisable à l'échelle du bassin versant et à l'échelle de la parcelle. C'est le cas du facteur "Intensité des pluies". Nous traduisons ce facteur par le critère suivant : "Nombre de jours par an où l'intensité des pluies dépasse 7,5 mm/h". Dans d'autres cas deux critères différents devront être utilisés par la traduction d'un facteur aux deux échelles du bassin versant et de la parcelle. C'est le cas du facteur "Inclinaison de la pente" qui va être traduit à l'échelle du bassin versant par le critère "Pourcentage de pentes supérieures à 5% dans le bassin versant" et qui va être traduit à l'échelle de la parcelle par le critère "pente de la parcelle". Prenons un deuxième exemple le facteur "Distance des parcelles de maïs par rapport au réseau hydrographique" va être traduit à l'échelle du bassin versant par le critère "Distance moyenne du bas des parcelles de maïs par rapport au réseau hydrographique" et il va être traduit à l'échelle de la parcelle par le critère "Distance du bas de la parcelle de maïs par rapport au réseau hydrographique".

L'étape suivante du travail consiste à partager un critère en classes et donc d'une part à fixer un nombre de classes et d'autre part à fixer les seuils de ces classes. La plupart du temps on choisira de partager un critère en trois classes "o", "m" et "d" pour respectivement les modalités suivantes : non défavorable noté "o", moyennement défavorable noté "m", défavorable noté "d". Dans le cas d'un partage en quatre classes, on rajoute la classe "D" pour la modalité "très défavorable".

Enfin, pour le choix d'un critère et des seuils qui lui correspondent plusieurs stratégies sont possibles. Prenons l'exemple du facteur "Taux de matière organique des sols".

Première stratégie possible : on traduit ce facteur par le critère "Teneur moyenne en matière organique des sols du bassin versant" et on choisit par exemple trois classes : s1 "entre 2 et 3,5% de MO", s2 "entre 3,5 et 6,5% de MO" et s3 "plus de 6,5% de MO".

La seconde stratégie consisterait à traduire ce facteur par le critère "Pourcentage de sols ayant un taux de MO supérieur à 3,5%" et à choisir trois classes : s1 "moins de 15%", s2 " entre 15% et 40%" et s3 "plus de 40%".

On constatera donc qu'il y a une grande subjectivité :

Notre expérience des techniques de thématisation par pondération nous permet de penser que dans ce domaine de la thématisation par la méthode des rangs à laquelle s'apparente la méthode SIRIS, on observera sans doute, une phase d'instabilité concernant le choix des critères, du nombre de classes et du choix des seuils. Mais à l'usage, on devrait voir un certain consensus apparaître et une stabilisation de ces choix.

Nous analyserons donc la traduction des facteurs de risque d'abord à l'échelle du bassin versant et ensuite à l'échelle de la parcelle.


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Les dix bassins versants étudiés sont présentés dans le tableau 1 et la carte 1. Le tableau 1 renseigne un certain nombre d'attributs à partir du MNT à pas de 250 m de la Bretagne : coordonnées de l'exutoire, surface du bassin versant, flux annuel d'eau, flux annuel d'azote, concentration estimée en nitrates. Le nom du cours d'eau, son code hydrologique et le nom de la commune sont renseignés.

Le tableau 2 renseigne les coordonnées géographiques du cadre de chaque bassin versant. Ce cadre a été utilisé pour extraire le MNT à pas de 20 ou 40 m de chacun de ces bassins versants.

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1- Facteur n° 1 : "Date de la première pluie significative par rapport à la date d'application"

Traduit par le critère : "Nombre moyen de jours entre la date du traitement du maïs et la première pluie supérieure à 7,5 mm".

Nombre de classes : 3

2 - Facteur n° 2 : "Distance entre la zone d'application et le ruisseau collecteur"

Traduit par le critère : "Distance moyenne entre le bas des parcelles traitées et le réseau hydrographique, calculée après importation des données d'occupation du sol déterminées par traitement d'images de télédétection dans le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 4

3 - Facteur n° 3 : "Intensité des pluies"

Traduit par le critère : "Nombre de jours par an où l'intensité des pluies dépasse 7,5 mm/h".

Nombre de classes : 3

Compte-tenu des bases de données météorologiques dont nous disposons sur la Bretagne, nous ne pouvons pas pour l'instant renseigner ce facteur. Pour pouvoir le renseigner, il faut pouvoir disposer d'une base de données météorologiques horaires.

Dans une première approche, nous proposons donc d'abandonner de facteur F3.

4 - Facteur n° 4 : "Etat de surface"

Traduit par le critère : "Indice de battance IB = (1.5 LF + 0.75 LG)/(A + 5 MO) moyen sur le bassin versant, calculé d'après les données de la banque d'analyses de terre".

Nombre de classes : 3

5 - Facteur n° 5 : "Inclinaison de la pente"

Traduit par le critère : "Pourcentage de pentes du bassin versant supérieur à 5%, d'après le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 3

6 - Facteur n° 6 : "Proportions de cultures désherbées"

Traduit par le critère : "Pourcentage de la surface totale du bassin versant occupé par du maïs déterminé par traitement d'images de télédétection ", ou "pourcentage de la surface totale du bassin versant occupé par des céréales déterminé par traitement d'images de télédétection", ou "pourcentage de la surface totale du bassin versant occupé par du maïs et des céréales déterminé par traitement d'images de télédétection", selon les cas.

Nombre de classes : 3

7 - Facteur n° 7 : "matière organique des sols"

Traduit par le critère : "teneur moyenne en matière organique des sols du bassin versant, d'après la base de données d'analyses de terre".

Nombre de classes : 3

8 - Facteur n° 8 : "substrat géologique"

Traduit par le critère : "nature du substrat géologique dominant déterminé après importation d'une couche d'information géographique sur la géologie dans le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 3

9 - Facteur n° 9 : "Forme de la pente"

Traduit par le critère : "pourcentage de pentes concaves dans le bassin versant d'après le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 3

10 - Facteur n° 10 : "Longueur de la pente"

Traduit par le critère : "longueur moyenne du chemin hydraulique entre toutes les mailles du MNT appartenant au contour du bassin versant et le réseau hydrographique".

Nombre de classes : 3

11 - Facteur n° 11 : "volume des précipitations"

Traduit par le critère : "volume en mm de la pluie tombée pendant l'averse la plus intense se produisant moins d'un mois après la date d'application du traitement phytosanitaire".

Nombre de classes : 3

12 - Facteur n° 12 : "cultures minimisant le ruissellement"

Traduit par le critère : "pourcentage de la surface totale du bassin versant occupé par les prairies et les bois déterminé par traitement d'images de télédétection".

Nombre de classes : 3

13 - Facteur n° 13 : "occupation hivernale du sol"

Traduit par le critère : "pourcentage de sol nu en hiver déterminé par traitement d'images de télédétection".

Nombre de classes : 3

Ce facteur est mentionné ici mais inapplicable à l'étude qui nous intéresse aujourd'hui compte-tenu de la non disponibilité de cette information. Pour pouvoir renseigner ce facteur il faut pouvoir disposer sur le même bassin versant d'une information relative à l'occupation du sol aussi bien en hiver qu'en fin de printemps-début d'été. Dans le cadre des suivis de bassins versants du programme BEP2, il faut prévoir d'emblée de pouvoir disposer de ces deux informations.

Dans une première approche, nous proposons donc d'abandonner de facteur F13.

Le tableau 3 présente les treize facteurs de risque initialement envisagés.

Il résulte de l'abandon des facteurs F3 et F13, un tableau simplifié du risque bassin versant (tableau 4).

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1- Facteur n° NF 1 : "Date de la première pluie significative par rapport à la date d'application"

Pour renseigner ce facteur et ce critère nous avons établi une carte de précocité de la culture de maïs en Bretagne. Pour cela, nous avons utilisé la carte climatologique de la Bretagne réalisée par croisement des données d'ensoleillement et de pluviométrie (carte 2). Cette carte a été réalisée par Vincent Houben dans le cadre de sa thèse. Cette carte fait suite à des travaux réalisés par P. Aurousseau et O. Cor dans le cadre de la régionalisation du projet LIAT (projet de Logiciel d'Interprétation d'Analyses de Sols, projet du Ministère de l'Agriculture, abandonné depuis).

Dans cette carte climatologique six classes de pluviométries (notées de 0 à 5) et cinq classes d'ensoleillement (notées de 1 à 5) sont envisagées. En combinant les classes de pluviométrie et d'ensoleillement on obtient 27 classes climatologiques notées par exemple COB 1.5 pour climat océanique breton classe de pluviométrie 1 et classe d'ensoleillement 5. Certaines combinaisons de clases ne se rencontrent pas dans la région Bretagne.

Les classes de pluviométrie sont définies de la façon suivante :

Les classes d'ensoleillement sont définies de la façon suivante :

A partir de ces données climatologiques, nous avons défini quatre classes de précocité du maïs :

Le tableau 5 présente comment ces quatre classes de précocité se répartissent en fonction des classes de pluviométrie et d'ensoleillement.

A partir de la date prévisionnelle de semis, on en déduit la date prévisionnelle d'application du traitement herbicide et l'étendue de la période de risque principal de contamination des eaux par les produits herbicides du maïs. Par exemple : semis intermédiaire : 5 Mai ou jour J125 -> traitement 20 Mai ou jour J140 -> période de risque J140 à J200 (voir le tableau n° 7 et 7bis).

Ensuite, on détermine à partir des données météorologiques le nombre de jours moyen (ou la médiane du nombre de jours) entre la date d'application du traitement et la première pluie > 7,5 mm (voir le tableau 7 et 7 bis).

Ce critère oppose clairement des bassins versants très océaniques où la médiane du nombre de jours est supérieure à 60 jours, des bassins versants océaniques où cette médiane est de 20 à 30 jours et des bassins plus continentaux où cette médiane est de moins de 10 jours. Le risque d'une forte pluie (supérieure à 7,5 mm) peu de temps après la date d'application est élevé dans des bassins versants plus continentaux comme le Guébriand à Saint-Cast, le risque est moyen pour des bassins océaniques comme le Kerouallon ou l'Elorn et le risque est faible pour des bassins très océaniques comme le Vernic à Pleyben (voir le tableau 7 et 7 bis).

2 - Facteur n° NF 2 : "Distance entre la zone d'application et le ruisseau collecteur"

Cette distance est calculée par traitement du MNT. Il ne s'agit pas de la distance Euclidienne ou géométrique du bas des parcelles au point le plus proche du réseau hydrographique mais de la distance hydraulique au réseau hydrographique. La méthode est la suivante : on identifie les "mailles sortantes" des parcelles de maïs; les mailles sortantes des parcelles de maïs dont des mailles du MNT qui appartiennent aux parcelles et dont la direction de drainage est centrifuge par rapport à la parcelle (ou sortante). Pour chacune de ces mailles sortantes, on calcule la longueur du chemin hydraulique jusqu'à la première maille du MNT appartenant au réseau hydrographique. Pour ce faire on parcourt le réseau de drainage : de la maille sortante jusqu'au réseau hydrographique. La valeur de ce facteur pour une parcelle est la moyenne des distances des mailles sortantes.

Pour un bassin versant, la valeur de ce facteur est la moyenne des distances de chaque parcelle de maïs du bassin versant.

3 - Facteur n° NF 3 : "Etat de surface"

Ce facteur est calculé suite aux travaux de C. Walter et al. sur la Synthèse Nationale d'Analyses de Sol. Nous utilisons l'indice de battance de Rémy qui varie pour nos bassins versants de 0,7 (sols très peu battants) à 1,6 (sols battants).

On observera que cet indice oppose les bassins versants de l'Ouest de la Région, riches en matière organique, aux bassins versants de l'Est pauvres en matière organique.

On observera aussi que le bassin versant de la Minette oppose une zone amont avec des sols battants (IB = 1,6) sur limons à une zone aval avec des sols peu battants (IB = 0,9) sur granite. On se reportera à la carte pédologique au 1/25 000 de la Route des Estuaires (Groupe n°2) réalisée à la demande du Conseil Général d'Ille-et-Vilaine et informatisée par le Laboratoire de Spatialisation Numérique.

4 - Facteur n° NF 4 : "Inclinaison de la pente"

Ce facteur est directement calculé par traitement du MNT.

5 - Facteur n° NF 5 : "Proportions de cultures désherbées"

Ce facteur est directement renseigné à partir des données d'occupation des sols fournies par le laboratoire COSTEL. Les données d'occupation des sols des différents bassins versants sont résumées dans le tableau 6.

6 - Facteur n° NF 6 : "matière organique des sols"

Ce facteur est renseigné à partir de la carte de matière organique mise à jour en 1995 par C. Walter et al. (carte 3). Cette couverture vecteur a été importée dans le MNT de la Bretagne, ce qui permet de superposer les contours des bassins versants à cette couche d'information. Le taux de matière organique des sols des bassins versants étudiés varie de 2-2,75% pour le bassin versant de Sainte-Suzanne à plus de 6,5% pour les bassins versants du Brandifrout, du Steir, de l'Aulne, du Kerouallon et de l'Elorn. Cette variation du taux de matière organique d'un facteur trois peut laisser supposer des adsorptions très différentes des molécules de produits phytosanitaires sur la matière organique du sol des bassins versants.

7 - Facteur n° NF 7 : "substrat géologique"

Ce facteur est renseigné à partir de la carte géologique simplifiée de la Bretagne (carte 4).

8 - Facteur n° NF 8 : "Forme de la pente"

A cette échelle, le plus simple est de mesurer d'un façon globale la proportion de zones concaves par traitement du MNT dans chaque bassin versant.

9 - Facteur n° NF 9 : "Longueur de la pente"

Pour mesurer ce facteur, on propose de mesurer la longueur moyenne du chemin hydraulique entre les mailles qui appartiennent au contour du bassin versant et les mailles qui appartiennent au réseau hydrographique. Ce facteur permet d'opposer les bassin versants avec des versants longs aux bassins versants avec des versants courts.

10 - Facteur n° NF 10 : "volume des précipitations"

Trois critères ont été envisagés pour renseigner ce facteur : (1) volume de la pluie journalière la plus élevée se produisant moins de deux mois après la date d'application du traitement, (2) moyenne interannuelle des volumes de la pluie journalière la plus élevée se produisant moins de deux mois après la date d'application du traitement, (3) médiane interannuelle des volumes de la pluie journalière la plus élevée se produisant moins de deux mois après la date d'application du traitement.

Ces trois critères conduisent à des résultats voisins. Ils opposent des bassins versants qui subissent des pluies maximales journalières peu élevées (médiane de 12 mm) comme le Vernic à Pleyben, l'Elorn à Mougau ou le Kerouallon à Loc-Eguiner à des bassins versants qui subissent des pluies maximales journalières plus élevées (médiane voisine de 30 mm) comme le Sainte-Suzanne à Saint-Coulomb (voir le tableau 7 et 7 bis).

11 - Facteur n° NF 11 : "cultures minimisant le ruissellement"

Ce facteur est directement renseigné à partir des données d'occupation des sols fournies par le laboratoire COSTEL (tableau 6). Il oppose des bassins versants disposant de peu de culture minimisant le ruissellement comme le Sainte-Suzanne à Saint-Coulomb ou le Blavet à Guerlédan ou le Vernic à Pleyben à des bassins versants disposant de plus de culture minimisant le ruissellement comme la Minette à Romazy ou le Brandifrout à Melrand. Mais dans le cas de la Minette à Romazy on fera preuve d'une extrème prudence compte tenu de l'hétérogénéité du bassin versant qui présente un paysage totalement modifié à l'amont.



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La mise oeuvre de cette méthode SIRIS bassin versant nous apporte un premier enseignement : le facteur NF8 "pourcentage des pentes concaves dans le bassin versant" varie extrèmement peu d'un bassin versant à l'autre d'après les données du MNT à pas de 20 mètres. Les variations de ce facteur sont centrées autour de 50% et elles oscillent seulement de 3% maximum autour de cette valeur. On peut estimer que ces variations ne sont pas significatives (tableau 7bis). Ce facteur qui semblait pertinent a priori et dont l'intérêt a été mis en avant pour sa contribution dans le déclenchement du ruissellement (le ruissellement se déclenche plus aisément sur les versants convexes) et aussi pour sa contribution sur la ré-infiltration (la réinfiltration se produit presque exclusivement dans les zones concaves) apparaît à l'expérience du traitement non significatif.

Cette notion de convexité-concavité n'est pas pour autant abandonnée, nous la mettrons en oeuvre au niveau de la parcelle dans le chapitre 7 consacré à la méthode SIRIS parcelle deuxième méthode.

La mise en oeuvre de la méthode SIRIS bassin versant avec dix facteurs conduit aux formules de risque présentées ci-dessous. Pour plus de précision, on se reportera au tableau 7 bis qui présente les valeurs des critères correspondant aux dix facteurs retenus ainsi que les modalités SIRIS des bassins versants étudiés.

Nombre de modalités : 4333333333

Guébriand : Ddmmddmodm 64247 rang = 1 64247 rang = 1

St-Coulomb : Dddoodmodm 56261 rang = 2 56261 rang = 2

Minette : D mommo do 51225 rang = 3 30513 rang = 6

Combs : Dmdommdodo 49048 rang = 5 49048 rang = 3

Blavet : dmdmmmdmdm 43709 rang = 6 43709 rang = 4

Brandifrout : Doommooomo 23248 rang = 10 23248 rang = 9

Steir : D omdoo mm 50544 rang = 4 29976 rang = 7

Aulne : dmmddodomm 37310 rang = 7 37310 rang = 5

Kerouallon : mdmddodmom 27470 rang = 8 27470 rang = 8

Elorn : m od omdod 26236 rang = 9 10355 rang = 10

Vernic : odmmdodomm 9839 rang = 11 9839 rang = 11

L'application de cette méthode SIRIS bassin versant donne donc les résultats suivants : le classement par ordre de risque décroissant est Guébriand, St-Coulomb, Minette, Steir, Combs, Blavet, Aulne, Brandifrout, Kerouallon, Elorn, Vernic. Ce premier classement est fait avec l'hypothèse selon laquelle les facteurs non encore renseignés pour la Minette et le Steir sont défavorables. La seconde hypothèse présentée dans le deuxième classement est l'hypothèse inverse : ces facteurs sont considérés comme non défavorables.

On remarquera que les bassins versants sont bien séparés les uns des autres dans ce classement sauf le Steir et le Combs qui ont un rang très proche. Le bassin versant de la Minette est lui aussi assez proche de cet ensemble de bassins versants. Pour les autres bassins versants le classement est suffisamment clair pour qu'une modification ponctuelle de la modalité d'un facteur ne remette pas en cause le classement obtenu.


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Dans cette première méthode, l'objectif serait de noter le rang de risque de parcelles à l'échelle d'une région comme la région Bretagne. Ceci signifie que l'on souhaiterait dans cette hypothèse comparer par exemple le rang de risque d'une parcelle du bassin versant le l'Aulne inférieur avec une parcelle du bassin versant du Guébriand. Dans cette hypothèse il est nécessaire de prendre en compte tous les facteurs de risque qui varient à l'échelle régionale, c'est-à-dire aussi bien des facteurs de risque climatologiques que des facteurs liés à la topographie et déduits du traitement du MNT, que des facteurs liés à la physicochimie du sol ou à l'occupation du sol.

Sur cette base, nous proposons une méthode mettant en oeuvre onze facteurs. Ce sont les onze facteurs retenus plus haut pour établir une note de risque par bassin versant, à le différence qu'à l'échelle de la parcelle ces facteurs vont être traduits en des critères différents. Ces onze facteurs et leur traduction sous forme de critères sont présentés dans le tableau 8.

1- Facteur n° 1 : "Date de la première pluie significative par rapport à la date d'application"

Traduit par le critère : "Nombre moyen de jours entre la date de traitement du maïs et la première pluie supérieure à 7,5mm".

Nombre de classes : 3

2 - Facteur n° 2 : "Distance entre la zone d'application et le ruisseau collecteur"

Traduit par le critère : "Distance entre le bas de la parcelle étudiée et le réseau hydrographique, calculée après importation des données d'occupation du sol déterminées par traitement d'images de télédétection dans le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 4

3 - Facteur n° NF 3 : "Etat de surface"

Traduit par le critère : "Indice de battance IB = (1.5 LF + 0.75 LG)/(A + 5 MO) de la parcelle, calculé d'après des données parcellaires ou à défaut d'après les données de la banque d'analyses de terre".

Nombre de classes : 3

4 - Facteur n° NF 4 : "Inclinaison de la pente"

Traduit par le critère : "pente de la parcelle, d'après le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 3

5 - Facteur n° NF 5 : "Proportions de cultures désherbées"

Traduit par le critère : "occupation du sol de la parcelle déterminé par traitement d'images de télédétection".

Nombre de classes : 2

6 - Facteur n° NF 6 : "matière organique des sols"

Traduit par le critère : "teneur en matière organique de la parcelle, d'après des données parcellaires ou à défaut d'après la base de données d'analyses de terre".

Nombre de classes : 3

7 - Facteur n° NF 7 : "substrat géologique"

Traduit par le critère : "nature du substrat géologique de la parcelle déterminé par lecture d'une carte pédologique ou à défaut après importation d'une couche d'information géographique sur la géologie dans le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 3

8 - Facteur n° NF 8 : "Forme de la pente"

Traduit par le critère : "forme de la pente à l'aval de la parcelle d'après le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 3

9 - Facteur n° 9 : "Longueur de la pente"

Traduit par le critère : "longueur de la parcelle dans le sens de la pente"

(Pour chaque maille "sortante" de la parcelle on calcule la longueur du plus long drain à l'intérieur de la parcelle, c-à-d en limitant la longueur de drainage au parcours à l'intérieur de la parcelle).

Nombre de classes : 3

10 - Facteur n° NF 10 : "volume des précipitations"

Traduit par le critère : "volume en mm de la pluie tombée pendant l'averse la plus intense se produisant moins de deux mois après la date d'application du traitement phytosanitaire".

Nombre de classes : 3

11 - Facteur n° NF 11 : "cultures minimisant le ruissellement"

Traduit par le critère : "présence d'une culture minimisant le ruissellement (prairie et ou bois) à l'aval de la parcelle étudiée, déterminé par traitement d'images de télédétection".

Nombre de classes : 2

Ou bien encore traduit par le critère : "longueur dans le sens de la pente de la culture minimisant le ruissellement (prairie et ou bois) à l'aval de la parcelle étudiée". L'existence d'une culture minimisant le ruissellement est déterminée par traitement d'images de télédétection et la longueur de drainage est determinée par traitement de Modèle Numérique de Terrain après importation dans le MNT des données d'occupation du sol.

Nombre de classes : 3

12 - Facteur n° NF 12 : "occupation hivernale du sol"

Traduit par le critère : "occupation du sol en hiver, déterminée par traitement d'images de télédétection".

Nombre de classes : 4

Le principal inconvénient de cette première méthode est de faire appel à des facteurs dont certains ne sont pas spatialisés à l'échelle de la parcelle comme les facteurs climatiques (NF1 : date de la première pluie significative par rapport à la date d'application et NF 10 : volume des précipitations). Ces facteurs qui peuvent être différents d'un bassin versant à l'autre, mais ils ne varient pas à l'intérieur d'un bassin versant.

Leur utilisation ne présente que l'intérêt de pouvoir comparer le risque relatif de deux parcelles très éloignées l'une de l'autre et présentes dans deux bassins versants différents. Par contre à l'intérieur d'un bassin versant, ces facteurs jouent un rôle constant.

D'où l'intérêt d'une deuxième méthode ne mettant en oeuvre que des facteurs variables dans l'espace, d'une parcelle à l'autre, à l'intérieur d'un bassin versant.


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Dans cette deuxième méthode, on ne prendra en compte que des facteurs qui varient spatialement à l'intérieur d'un bassin versant. L'objectif sera alors de comparer entre elles en terme de risque des parcelles dans un bassin versant. La note de risque parcellaire sera construite dans un objectif non plus scientifique mais opérationnel : fournir une information numérique quantifiant le risque de contamination du réseau hydrographique parcelle par parcelle pour disposer d'arguments techniques pour intervenir dans les choix techniques d'implantation des cultures des agriculteurs.

Compte tenu d'une part de l'importance quantitative des produits phytosanitaires de désherbage du maïs en Bretagne et d'autre part de la gravité de la contamination des eaux au printemps et en début d'été par ces herbicides du maïs, la réflexion sera menée en donnant une priorité aux facteurs de risque de contamination de printemps du réseau hydrographique par ces herbicides.

1 - Facteur n° 1 : "Distance entre la zone d'application et le ruisseau collecteur"

Traduit par le critère : "Distance entre le bas de la parcelle étudiée et le réseau hydrographique, calculée après importation des données d'occupation du sol déterminées par traitement d'images de télédétection dans le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 4

2 - Facteur n° 2 : "Existence d'un drainage"

Nombre de classes : 2

3 - Facteur n° 3 : "matière organique des sols"

Traduit par le critère : "teneur en matière organique de la parcelle, d'après des données parcellaires ou à défaut d'après la base de données d'analyses de terre".

Nombre de classes : 3

4 - Facteur n° 4 : "Inclinaison de la pente"

Traduit par le critère : "pente de la parcelle, d'après le Modèle Numérique de Terrain".

Nombre de classes : 3

5 - Facteur n° 5 : "Etat de surface"

Traduit par le critère : "Indice de battance IB = (1.5 LF + 0.75 LG)/(A + 5 MO) de la parcelle, calculé d'après des données parcellaires ou à défaut d'après les données de la banque d'analyses de terre".

Nombre de classes : 3

6 - Facteur n° 6 : "existence d'une zone concave"

Nombre de classes : 3

7 - Facteur n° 7 : "Longueur de la pente"

Traduit par le critère : "longueur de la parcelle dans le sens de la pente"

(Pour chaque maille "sortante" de la parcelle on calcule la longueur du plus long drain à l'intérieur de la parcelle, c'est-à-dire en limitant la longueur de drainage au parcours à l'intérieur de la parcelle).

Nombre de classes : 3

8 - Facteur n° 8 : "longueur de la culture minimisant le ruissellement"

Traduit par le critère : "longueur de drainage dans une culture minimisant le ruissellement (prairie et ou bois) à l'aval de la parcelle étudiée". L'existence d'une culture minimisant le ruissellement est déterminé par traitement d'images de télédétection et la longueur de drainage est déterminée par traitement de Modèle Numérique de Terrain après importation dans le MNT des données d'occupation du sol.

Nombre de classes : 3

9 - Facteur n° 9 : "existence d'un talus minimisant le ruissellement"

L'existence de ce talus peut être déterminée par télédétection d'images aériennes ou fourni dans une base de données géographiques en mode vecteur.

Nombre de classes : 2

10 - Facteur n° 10 : "occupation hivernale du sol"

Traduit par le critère : "occupation du sol en hiver, déterminée par traitement d'images de télédétection".

Nombre de classes : 4

Cette méthode est présentée d'une façon synthétique dans le tableau 9. Certains des critères proposés dans cette deuxième méthode peuvent se révéler difficiles à renseigner, on pourra alors mettre en oeuvre une méthode dégradée ne prenant pas en compte certains facteurs.

Premier cas : on ne dispose pas d'analyses de sol, parcelle par parcelle. On est alors conduit à abandonner les facteurs F3 et F5. On peut souhaiter que dans certains cas au moins de bassins versants de démonstration du programme BEP2, on puisse mettre en oeuvre ces facteurs.

Deuxième cas : on ne sait pas si les parcelles ont été drainées. On serait alors conduit à abandonner le facteur F2. Là encore, on peut souhaiter que dans les bassins versants de démonstration du programme BEP2 on puisse disposer de cette information obtenue par enquête.

Troisième cas : on ne dispose pas de l'information relative aux talus. On serait alors conduit à abandonner le facteur F9. Là encore, on peut souhaiter que dans les bassins versants de démonstration du programme BEP2 on puisse disposer de cette information obtenue par enquête.

Quatrième cas : on ne dispose pas de l'information relative à l'occupation hivernale du sol. On serait alors conduit à abandonner le facteur F10. Là aussi, on peut souhaiter que dans les bassins versants de démonstration du programme BEP2 on puisse disposer de cette information obtenue par enquête ou plus probablement grâce à un suivi de l'occupation du sol estivale et hivernale obtenu par télédétection.

En fonction des données disponibles on pourra mettre en oeuvre une méthode simplifiée. Par exemple, on utilisera la méthode SIRIS parcelle simplifiée, en mettant en oeuvre le tableau 10. Dans ce travail à caractère méthodologique et ne disposant pas de l'information relative au drainage, nous avons mis en oeuvre sur quatre bassins versants sélectionnés parmi les dix bassins versants étudiés une méthode SIRIS parcelle simplifiée prenant en compte cinq facteurs de risque (tableau 11).

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8 . Mise en oeuvre de l'indice de risque parcellaire simplifié sur trois bassins versants

Trois bassins versants ont été choisis pour mettre en oeuvre la méthode SIRIS-parcelle simplifiée. Il s'agit des bassins versants du Guébriand, du Combs et de l'Aulne.

La mise en oeuvre de cette méthode sur le bassin versant de la Minette serait particulièrement intéressante compte-tenu de l'hétérogénéité de ce bassin relative à la disposition des parcelles de maïs. Les retards de la livraison du MNT de la partie Est de la Bretagne, nous ont mis dans l'impossibilité de faire cette mise en oeuvre pour le bassin de la Minette dans les délais prévus à ce contrat. Mais nous fournirons cette information dans le cadre d'un complément dès que cela sera possible pour nous.

Pour mettre en oeuvre cette méthode SIRIS-parcelle, un module externe au logiciel de traitement des Modèles Numériques de Terrain MNTSURF a été développé. Ce module calcule les valeurs des cinq facteurs présentés dans le tableau 11. Ils sont ensuite importés dans la base de données du MNT et ils sont alors considérés comme des variables dérivées du MNT. On peut les visualiser facteur par facteur (figures 1, 2 ,3 , 4 et 5), les découper en classes, les représenter en couleur ou en noir et blanc. On peut aussi réaliser des interrogations ponctuelles (figure 6) en cliquant sur une parcelle de maïs.

Les étapes de travail à respecter sont les suivantes :

- après importation dans le MNT de la couche d'information "occupation du sol" parfaitement corrigée géométriquement et calée géographiquement, on peut visualiser cette occupation du sol en 2D ou en 3D (cartes 5, 6, 7) ;

- la classe correspondante aux parcelles de maïs est extraite et filtrée pour éliminer le bruit résultant du traitement d'images (pixels isolés interprétés comme du maïs et inversement pixels isolés dans les parcelles de maïs interprétés autrement). Le plus souvent la classe 1 est attribuée aux parcelles de maïs (figure 6 : l'interrogation ponctuelle sur une parcelle de maïs fournit les informations suivantes : "Occupation du sol : 1" et "OS filtrée : 1").

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9 . Définition de zones à risque dans des bassins versants

Dans le concept de zone à risque on ne dispose pas d'information relatives aux parcelles. Il s'agit alors de produire un découpage simplifié de l'espace.

Quand on ne dispose pas d'une couche d'information géographique relative aux parcelles, on ne sait pas renseigner tout un ensemble de facteurs qui ont un sens à l'échelle de la parcelle. On peut citer comme exemples de facteurs qui n'ont un sens qu'à l'échelle de la parcelle :

Par rapport aux dix facteurs de l'indicateur de risque parcellaire (deuxième méthode), il subsiste alors cinq facteurs que l'on sait renseigner indépendemment de la notion de parcelle :

A partir de ces cinq facteurs, on va construire une note de risque SIRIS "milieu" qui une fois divisée en classes va permettre de segmenter le bassin versant en classes de risque.

La construction de cet indice de risque SIRIS "zones à risque" (tableau 12) n'est à réaliser qu'une seule fois par bassin versant. Cette méthodologie peut être appliquée à tous les bassins versants du programme Bretagne Eau Pure n°2, aussi bien aux bassins d'action renforcée qu'au bassins de démonstration. Les résultats peuvent être ensuite publiés à l'échelle du 1/25000ème sur fond de carte IGN, pour être utilisés par les conseillers agricoles dans leurs contacts avec les agriculteurs pour les influencer dans leurs choix d'implantation de la culture de maïs.

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L'idée est ici d'utiliser les notes de risque parcellaires proposées dans le cadre de la deuxième méthode pour construire par addition, une note de risque par exploitation. L'intérêt de cette proposition concerne les recommandations, l'évaluation de la politique de lutte contre la pollution par les produits phytosanitaires.

Pour une exploitation donnée on calcule au début du programme la note de risque de cette exploitation en sommant par exemple la note de risque des parcelles de maïs. On obtient par exemple la note de 1000. Ensuite on fixe un objectif pour cette exploitation. Cet objectif est fixé par exemple à 500 à échéance d'un programme quinquennal. Cela revient à fixer pour objectif à cette exploitation une diminution de la note de risque de l'exploitation de 100 points par an. On peut ainsi chaque année, après mise à jour de la note de risque annuel la comparer avec l'objectif poursuivi.

On pourra, de plus, chaque année, dans le cadre d'un dialogue avec l'agriculteur analyser la contribution de chaque parcelle à la constitution de la note de risque de l'exploitation. On identifiera ainsi les parcelles qui contribuent en premier lieu à la note de risque de leur exploitation. Pour diminuer une note de risque-exploitation de 1000 à 500 en cinq ans, il apparaît plus performant de régler le problème de parcelles à risque dont la note risque-parcelle contribue lourdement à la note risque-exploitation.


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Par analogie avec la méthode proposée dans le paragraphe précédent, on construira une note de risque de bassin versant par addition des notes de risque-exploitation.

L'objectif sera alors double :

Cette méthodologie des notes-parcelle, des notes-exploitation et des notes-bassin versant, n'a pas été utilisée à notre connaissance en France. Par contre, elle est déjà utilisée depuis quelques années au Canada.


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Ce rapport sur les facteurs de risque a commencé sur un objectif visant à construire un indice de risque par bassin versant. Cette première méthode appliquée à onze bassins versants avait en fait pour objectif de comparer ces bassins versants entre eux. Les risques relatifs aux facteurs du milieu naturel interviennent pour distinguer ces différents bassins versants entre eux. Ces facteurs du milieu naturel sont des facteurs climatologiques, topographiques et géologiques. D'autres facteurs de risque distinguant ces bassins versants entre eux sont liés à l'utilisation de l'espace par l'homme : proportion des cultures désherbées, des cultures minimisant le ruissellement et nature de l'occupation hivernale du sol.

Après avoir analysé ensuite comment construire une ou deux méthodes de risque parcellaire, on a proposé la construction d'un indice de risque par exploitation puis par bassin versant.

Il faut bien comprendre que l'objectif du premier indice de risque bassin versant mis en oeuvre dans les chapitres 3, 4 et 5 est foncièrement différent de l'objectif de l'indice de risque bassin versant présenté dans le chapitre 10.

Dans le premier cas, il s'agit bien de comparer des bassins versants entre eux. Dans le deuxième cas, il s'agit pour un bassin versant de disposer d'un outil de suivi, cohérent avec un indice de risque-exploitation et avec un indice de risque parcellaire.

Cette différence d'objectif se traduit par des critères différents. Le deuxième indice est construit par sommation des indices de risque-exploitation des exploitations qui composent le bassin versant. On pourrait dire aussi que ce deuxième indice est construit en fait par sommation des indices de risque parcellaire des parcelles qui composent ce bassin versant. Dans l'indice de risque parcellaire en question, on ne prend en considération que des propriétés intrinsèques aux parcelles ou relatives au voisinage des parcelles. On ne prend pas en compte, dans cet indice des paramètres du milieu comme les paramètres climatologiques qui peuvent être considérés comme invariants à l'échelle du bassin versant. La prise en compte de ces paramètres ne se justifie que si l'on souhaite comparer des bassins versants entre eux ou comparer entre elles des parcelles appartenant à des bassins versants différents.

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liste des cartes :

carte 1 : situation des bassins versants étudiés ;

carte 2 : carte climatologique de la Bretagne réalisée par croisement des données d'ensoleillement et de pluviomètrie

carte 3 : carte du taux de matière organique des sols de Bretagne montrant la position des bassins versants étudiés ;

carte 4 : carte géologique de la Bretagne montrant la position des bassins versants étudiés ;

carte 5 : visualisation 3D de l'occupation du sol sur le MNT du bassin versant de l'Aulne ;

carte 6 : visualisation 3D de l'occupation du sol sur le MNT du bassin versant du Combs ;

carte 7 : visualisation 3D de l'occupation du sol sur le MNT du bassin versant du Guébriand ;

carte 8: visualisation du rang SIRIS des parcelles du bassin versant de l'Aulne ;

carte 9: visualisation du rang SIRIS des parcelles du bassin versant du Combs ;

carte 10 : visualisation du rang SIRIS des parcelles du bassin versant du Guébriand ;

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liste des tableaux :

tableau 1 : présentation générale des bassins versants étudiés sur la base du MNT à pas de 250 m ;

tableau 2 : coordonnées géographiques du cadre des bassins versants étudiés ;

tableau 3 : les treize facteurs de risque envisagés ;

tableau 4 : les onze facteurs de risque retenus ;

tableau 5 : définition de quatre classes de précocité du maïs en fonction des classes de pluviométrie et d'ensoleillement ;

tableau 6 : données d'occupation des sols fournies par le laboratoire COSTEL pour les différents bassins versants ;

tableau 7 : les onze facteurs de risque à renseigner retenus pour les bassins versants étudiés ;

tableau 7bis : le renseignement des onze facteurs de risque retenus pour les bassins versants étudiés ;

tableau 8 : les onze facteurs de risque retenus à l'échelle de la parcelle (première méthode) ;

tableau 9 : les dix facteurs de risque retenus à l'échelle de la parcelle (deuxième méthode) ;

tableau 10 : les sept facteurs de risque de la méthode simplifiée à l'échelle de la parcelle ;

tableau 11 : les cinq facteurs de risques de la méthode SIRIS parcelle simplifiée utilisés dans ce travail sur quatre bassins versants d'essais méthodologiques ;

tableau 12 : les cinq facteurs retenus pour la définition de zones à risque dans les bassins versants.


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liste des figures :

figure 1 : Bassin versant du Combs. Visualisation du facteur "distance hydraulique des parcelles de maïs au réseau hydrographique" représenté en quatre classes, du plus sombre (très défavorable : parcelle adjacente au réseau hydrographique) au plus clair (non défavorable) ;

figure 2 : Bassin versant du Combs. Visualisation du facteur "pente des parcelles de maïs" représenté en trois classes : noir (défavorable : pente > 5%), gris foncé (moyennement défavorable : pente comprise entre 3 et 5%), gris clair (non défavorable : pente < 3%) ;

figure 3 : Bassin versant du Combs. Visualisation du facteur "protection des parcelles de maïs par des zones concaves" représenté en trois classes : noir (défavorable : non protégé par des zones cocaves à l'aval), gris foncé (moyennement défavorable : protégé par des zones cocaves à l'aval ), gris clair (non défavorable : parcelle concave)

figure 4 : Bassin versant du Combs. Visualisation du facteur "longueur des parcelles de maïs" représenté en trois classes : noir (défavorable : parcelles de maïs de plus de 450 m dans le sens de la pente), gris foncé (moyennement défavorable : parcelles de maïs entre 200 et 450 m dans le sens de la pente), gris clair (non défavorable : parcelles de maïs de moins de 200 m dans le sens de la pente) ;

figure 5 : Bassin versant du Combs. Visualisation du facteur "longueur des cultures minimisant le ruissellement (prairies et bois) à l'aval des parcelles de maîs" représenté en trois classes : noir (défavorable : parcelles minimisant le ruissellement de moins de 100m), gris foncé (moyennement défavorable : parcelles minimisant le ruissellement entre 100 et 250 m), gris clair (non défavorable : parcelles minimisant le ruissellement de plus de 250m) ;

figure 6 : Interrogation ponctuelle d'un parcelle de maïs : label : 326, distance au réseau hydrographique : 0, non protégée par une zone concave : 2 , longueur de la parcelle dans le sens de drainage : 456 m, longueur des cultures minimisant le ruissellement à l'aval : 211 m, rang SIRIS : 120.

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