La contamination des masses d’eau par les pesticides employés en agriculture constitue une problématique préoccupante et assez généralisée à l’échelle du territoire français. En complément de bonnes pratiques à la parcelle, les zones tampons sont une solution intéressante pour limiter les transferts de pesticides hors des parcelles et diminuer ainsi leur présence dans les milieux aquatiques (http://zonestampons.onema.fr/). Parmi les solutions possibles, les bandes tampons végétalisées (bandes enherbées ou boisées) sont reconnues comme étant efficaces pour atténuer les transferts de pesticides par ruissellement. Cette efficacité dépend toutefois de bonnes conditions d’implantation, d’entretien et nécessite un dimensionnement adapté au contexte agronomique, pédologique et climatique.

Aujourd’hui, ce type de zone tampon est rendu obligatoire par la réglementation aux abords des cours d’eau BCAE^* sur une largeur de 5 mètres. Toutefois, cette largeur peut-être insuffisante dans certains cas. Il peut être intéressant de placer également des bandes tampons complémentaires plus haut dans les versants : à l’interface entre les parcelles, à proximité des fossés, autour de dolines, etc., selon ce que préconise la phase de diagnostic préalable (Gril et le Hénaff, 2010 ; Gril et al., 2010). L’étape de dimensionnement vise alors à déterminer quelle solution est la plus avantageuse pour atténuer au maximum le ruissellement tout en minimisant l’emprise foncière consacrée.

Une bande tampon végétalisée correspond à une bande de terrain non cultivée positionnée et maintenue dans le paysage de manière à intercepter les ruissellements émis par une zone agricole avant que ceux-ci n’atteignent les milieux aquatiques situés en aval. La végétation peut être constituée d'espèces herbacées (cas des bandes enherbées), arbustive ou arborée (cas des haies). Il s’agit d’aménagements rustiques (facilité d’implantation et d’entretien) et peu coûteux à implanter que les agriculteurs peuvent aisément mettre en place sur leur parcellaire.

On notera que les bandes tampons ne représentent qu’une modalité d’implantation de zones tampons végétalisées. En effet, ces dernières peuvent être également disposées en coin de parcelle, en fond de talweg, sous forme de prairies… Bien que leur rôle et leur fonctionnement soient équivalent, ces géométries particulières ne sont pas abordées dans cet outil de dimensionnement.

Placée en position d’interception du ruissellement (en travers de la pente), une bande tampon végétalisée aura pour principal objectif de favoriser l’infiltration de l’eau dans le sol. Au contact de celui-ci, les substances véhiculées par l’eau pourront alors être en grande partie retenues et/ou dégradées. Les critères d’efficacité sont donc ceux permettant une bonne infiltration (perméabilité du sol, favorisée par un système racinaire du couvert en place bien développé), associée à une diminution des vitesses d’écoulement (rugosité et homogénéité du couvert, pente), mais aussi ceux favorisant une bonne activité biologique au sein du dispositif (richesse en matière organique). Pour une même quantité de ruissellement entrant, plus ces critères seront favorables plus la largeur de la bande tampon sera réduite pour atteindre une efficacité donnée.

Cet outil est une application web interactive qui vous permet de déterminer les dimensions d’une bande tampon végétalisée pour limiter les transferts de produits phytosanitaires par ruissellement entre une zone agricole et les milieux aquatiques (cours d’eau, plans d’eau mais aussi zones d’infiltration préférentielle).

À titre de démonstration (formation, concertation, argumentaire technique), cet outil permet également de visualiser rapidement comment les caractéristiques d’un site d’étude influencent les dimensions d’une bande tampon.

Cet outil s’adresse principalement aux chargés d’étude (bureau d’étude, animateur de bassin versant, conseiller agricole…), amenés à intervenir dans un projet d’aménagement de bande tampon végétalisée. Il peut aussi servir de support de formation dans l’enseignement ou d’outil de démonstration lors de comités techniques. Conçu pour être pris en main par un utilisateur non expert en modélisation, il nécessite tout de même de maîtriser des connaissances de base en matière d’hydrologie, de pédologie et d’agronomie.

Principe

Cette application vous donne accès à des abaques de dimensionnement de bandes tampons végétalisées en fonction des caractéristiques du site d’implantation de votre bande tampon, qu’il est proposé de décrire au moyen de paramètres simplifiés. Les résultats s’affichent alors sous forme de graphiques donnant la largeur de bande nécessaire pour atteindre l’efficacité escomptée (% d’atténuation du ruissellement entrant) face à différents scénarios de pluies et d’humidité des sols représentatifs de la zone considérée. Une synthèse chiffrée permet ensuite à l’utilisateur de déterminer quelle largeur de bande tampon lui semble optimale.

Méthode utilisée

Les abaques mis à disposition dans cette application proviennent de simulations réalisées à l’aide d’une chaîne d’outils spécifiquement développée par Irstea pour représenter aussi fidèlement que possible la complexité des processus d’interception et d’atténuation du ruissellement au sein d’une bande tampon végétalisée. La méthode de dimensionnement est décrite en détail dans Carluer et al., 2014 et Carluer et al., 2017.

Cette chaîne d’outils s’appuie en particulier sur le modèle à base physique VFSMOD, développé aux Etats-Unis (Muñoz-Carpena et al., 1999) puis adapté au contexte français pour permettre de rendre compte des cas où la présence d’une nappe sous-jacente peut limiter les possibilités d’infiltration au sein de la bande tampon, situation assez répandue en bord de cours d’eau (Muñoz-Carpena et al., 2017 ; Lauvernet and Muñoz-Carpena, 2017). Pour fonctionner, le modèle nécessite de renseigner de nombreux paramètres sur les caractéristiques de la bande tampon (rugosité du couvert, propriétés du sol, état d’humidité, pente) mais aussi sur les flux de ruissellement émis par la ou les parcelle(s) située(s) en amont (surface contributive). Ces flux sont évalués sur la base de la méthode du « Curve Number » (USDA-SCS, 1972) à partir de la géométrie de la surface contributive (pente, longueur et surface caractérisées à l’aide d’un outil SIG) et d’un hyétogramme de pluie représentatif du climat de la zone étudiée pour l’obtention d’un hydrogramme de ruissellement.

La mise à disposition de résultats pré-compilés à partir d’abaques permet à l’utilisateur de s’affranchir en grande partie de la complexité de l’approche de dimensionnement en simplifiant fortement le nombre de paramètres à renseigner.

Les scénarios simulés ont été choisis avec soin de manière à couvrir une diversité de contextes climatiques, pédologiques, d’occupation des sols… jugés pertinents et représentatifs à l’échelle nationale (plus de 2 millions de scénarios simulés).

Schéma de fonctionnement de la méthode de dimensionnement
(avec en rouge les paramètres à déterminer par l’utilisateur pour l’obtention des abaques)

L’efficacité de la bande tampon est déterminée à partir de sa capacité à infiltrer le ruissellement entrant (émis par la zone contributive) pour une largeur donnée. Cette efficacité s’exprime comme un abattement (en %) entre ruissellement entrant et ruissellement sortant (100 % lorsque la totalité du ruissellement entrant est infiltrée au niveau de la bande tampon). Il est alors considéré que la quantité de produits phytosanitaires interceptés par la bande (retenus ou dégradés dans le sol) s’effectue en proportion au moins aussi importante que la quantité de ruissellement infiltré (en réalité cette hypothèse est pessimiste puisqu’elle ne tient pas compte de la fraction de molécules adsorbées, piégées en surface par les sédiments).

Les résultats fournis ne sont valables que dans le cas d’un ruissellement diffus (ou peu concentré) entrant sur la bande tampon, c’est-à-dire réparti de manière assez homogène sur tout le linéaire de la bande et pour une hauteur d’eau restant faible. D’autre part, il est fait l’hypothèse que les résultats sont valables pour une bande tampon qui est correctement implantée (semis d’un couvert dense et homogène), entretenue (pas de tassement) et parfaitement connectée à la zone contributive (pas de dérayure de labour par exemple).

La simplification des paramètres d’entrée conduit également à poser des hypothèses, fixer des valeurs types ou proposer des classes de valeur par défaut. Ces hypothèses et les précautions d’usage qui en découlent sont explicitées dans les fichiers d’aide associés à chaque paramètre.  De plus, cet outil s’attache à mettre en évidence graphiquement l’incertitude associée à la méthode du Curve Number en représentant une enveloppe autour des abaques correspondant au scénario. Néanmoins, il en résulte nécessairement des approximations par rapport à un dimensionnement précis reposant sur les paramètres strictement mesurés sur le site d’étude mais pour lequel le recours à la totalité de la chaine de modélisation est indispensable. Pour ce faire, un outil complet a également été développé et est distribuable sur demande.

Carluer N., Noll D., Bernard K., Fontaine A., Lauvernet C. Dimensionner les zones tampons enherbées et boisées pour réduire le transfert hydrique des produits phytosanitaires. TSM, n°12, pp101-120, 2014.

Carluer N., Lauvernet C., Noll D., Muñoz-Carpena R. Defining context-specific scenarios to design vegetated buffer zones that limit pesticide transfer via surface runoff Science of The Total Environment, 575, 701 – 712, 2017.

Gril J-J., Le Hénaff G. Guide de diagnostic de l'efficacité des zones tampons  rivulaires vis-à-vis du transfert hydrique des pesticides. Rapport Irstea-ONEMA, 46 p., 2010.

Gril J-J., Le Hénaff G., Faidix K. Mise en place de zones tampons et évaluation de l'efficience de zones tampons existantes destinées à limiter les transferts hydriques de pesticides: guide de diagnostic à l'échelle du petit bassin versant. Rapport Irstea-MAAP, 42 p., 2010.

Lauvernet, C. and Muñoz-Carpena, R. Shallow water table effects on water, sediment and pesticide transport in vegetative filter strips: Part B. model coupling, application, factor importance and uncertainty, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., https://doi.org/10.5194/hess-2017-406, in review, 2017.

Muñoz-Carpena, R., Parsons, J.E., Gilliam, J.W. Modeling hydrology and sediment transport in vegetative filter strips. Journal of Hydrology 214, 111–129. doi:10.1016/S0022-1694(98)00272-8, 1999.

Muñoz-Carpena, R., Lauvernet, C., and Carluer, N. Shallow water table effects on water, sediment and pesticide transport in vegetative filter strips: Part A. non-uniform infiltration and soil water redistribution, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., https://doi.org/10.5194/hess-2017-405, in review, 2017.

USDA-SCS. National Engineering Handbook, Part 630 Hydrology. Washington, D.C., 1972.

^*BCAE = Bonnes Conditions Agricoles et Environnementales