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Le 22 Septembre 2014

Des zones tampons en vue de limiter la contamination des eaux par les pesticides

Des espaces contigus aux parcelles cultivées, ou en relation de proximité , occupés par une végétation permanente, peuvent être destinés à atténuer les effets environnementaux négatifs engendrés par l’activité agricole sur les milieux et la vie aquatiques. On parle alors couramment de "zones tampons". Leur nature et les principes généraux de diagnostic en cours de développement pour leur utilisation dans le cas de la lutte contre la contamination par les pesticides sont présentés ici.

Cette page présente successivement une description succinte des zones tampons envisageables pour limiter la contamination des eaux par les pesticides, la démarche de diagnostic nécessaire à leur bonne implantation, et les caractéristiques particulières des zones humides artificielles créées pour cet objectif. Les deux dernières parties sont un état provisoire des connaissances et des outils disponibles, qui sont actuellement en cours de développement. Des renvois vers les pages de ce site dédiées à leur mise en application seront ajoutés au texte qui suit à mesure que les travaux auront atteint un degré d'avancement suffisant.

Les zones tampons concernées

Les types de zones tampons concernées sont très divers. Ils se caractérisent par la nature du couvert végétal, la forme de la zone, la relation avec un cours d'eau et la présence de l'eau sur l'emprise.

Un type courant est associé à des prescriptions réglementaires ou des incitations financières (éco-conditions d'usages de produits phytosanitaires, aides agri-environnementales), il s'agit de la bande enherbée rivulaire (utiliser la recherche d'ouvrages en sélectionnant le procédé "surface enherbée" dans la partie du site consacrée aux descriptifs simplifiés) :

Zone tampon rivulaire : bande enherbée de largeur fixe

Une prairie rivulaire aura une forme moins étirée, elle peut rendre compatible un tracé de cours d'eau tortueux avec un bord de parcelle rectiligne. Elle peut présenter une superficie importante :

Zone tampon rivulaire : prairie

Les bandes enherbées peuvent être disposées en travers ou en bas de versant sans toutefois se trouver attenantes à un cours d'eau. C'est la cas par exemple de la bande visible en bas de versant sur la photographie ci-dessous.

Bande enherbé en pied de versant

D'autre part l'herbe n'est pas le recouvrement végétal systématiquement utilisé, la zone tampon peut être boisée (en complétant éventuellement une fraction enherbée de la parcelle) :

Zone tampon rivulaire : bois

Enfin, la zone tampon peut avoir un caractère humide, en s'apparentant comme ici à une lagune (ouvrage récemment construit, ce qui explique le peu de végétation développée) dans laquelle les eaux sont lentement renouvelées.

Zone tampon humide artificielle

En l'absence de réflexion sur leur disposition et leur nature, l'efficacité des zones tampons n'est pas systématique dans le cas des pesticides, car les écoulements réels ne sont pas aussi réguliers que sur le papier. Ainsi peut on observer sur les exemples ci-dessous des motifs de mauvais fonctionnement de bandes enherbées.

Défaut d'infiltration ou hydromorphie conduisant l'eau à stagner de manière incontrôlée, ou à ruisseler en surface pour cause de saturation du profil de sol :

Zone tampon rivulaire : défaut d’infiltration conduisant l’eau à stagner

Tassement excessif qui à l'inverse rend le passage de l'eau trop rapide :

Zone tampon rivulaire : tassement excessif

Concentration du ruissellement :

Ruissellement concentré qui ne peut être correctement traité par une bande enherbée rivulaire (1) Ruissellement concentré qui ne peut être correctement traité par une bande enherbée rivulaire (2)

Dans le cas de l'assainissement et du drainage agricoles, les eaux peuvent même ne pas traverser des zones tampons à la surface du sol :

Fossé d’assainissement agricole et bouche de décharge de drainage enterré

Diagnostic préalable

Un état des connaissances a été diffusé en 2007 par le CORPEN sous la forme d'une brochure (cliquer ici pour télécharger le document principal de la brochure complète, ici pour télécharger les annexes, ou ici pour télécharger sa plaquette de présentation en 20 pages), qui traite du rôle des zones tampons sans rétention d'eau vis-à-vis des pesticides (transfert hydrique et dérive), des autres fonctions de protection des eaux (MES, nutriments, biologie) : mécanismes, efficacité et aspects pratiques.

Couverture du livre du Corpen relatif aux fonctions environnementales des zones tampons

Mais cet ensemble d'informations présente à ce stade des limites qui expliquent les travaux d'étude et de recherche encore en cours, traitant de sujets comme le diagnostic préalable pour la mise en oeuvre des zones tampons, les méthodes de dimensionnement, et les zones tampons humides artifielles dans lesquelles l'eau peut rester présente pendant de longues périodes.

Le diagnostic préalable doit notamment être approfondi pour orienter le choix entre zones tampons rivulaires et zones tampons de versant. En effet, les zones tampons rivulaires sont potentiellement les moins performantes en raison d'une hydromorphie plus fréquente, d'un niveau de concentration du ruissellement maximal (au sens hydraulique du terme), et d'un risque accru de transfert subsuperficiel (sous la surface du sol de la bande enherbée). En revanche les zones tampons rivulaires restent prioritaires, par la facilité de localisation et la maîtrise des effets de la dérive de pulvérisation qu'elles procurent directement. Elles constituent ainsi une bonne protection rapprochée des cours d'eau, et contribuent au rôle de corridor écologique recherché pour le réseau hydrographique (« trames verte et bleue »)… L'adoption par les exploitants agricoles de ce type de surface non cultivée est plus aisée.

Pour cette raison une démarche en deux étapes est opportune :

  1. Vérifier la présence et l’efficacité des zones tampons rivulaires
  2. Les compléter par des zones tampons de versant, si nécessaire

Pour cela la mise en oeuvre d'un diagnostic local est essentielle. L'opération est séparée en deux phases : une première phase porte sur l'observation aux bords des cours d’eau (Hydromorphie, courts-circuits, présence/absence de zone tampon préexistante, largeur disponible). Celle-ci est réalisable par des agents arpentant habituellement les rives de cours d'eau (ONEMA, techniciens de rivière, …). La deuxième phase comprend des observations complémentaires sur les versants et un travail d'ingénierie à partir des résultats de la première phase. Elle nécessite des compétences techniques plus spécifiques (bureaux d’études, …).

Cette démarche fait actuellement l'objet de tests, en lien avec l'ONEMA pour ce qui concerne l'observation du terrain et des conditions d'implantation en bordure de cours d'eau, et en lien avec le ministère de l'agriculture pour ce qui concerne l'ingénierie des zones tampons à l'échelle du petit bassin versant : types de zones tampons adaptées, positionnement et dimensionnement.

Mise en oeuvre d’un diagnostic pour l’efficacité de zones tampons rivulaires (1)

Mise en oeuvre d’un diagnostic pour l’efficacité de zones tampons rivulaires (2)

Mise en oeuvre d’un diagnostic pour l’efficacité de zones tampons rivulaires, exemple de prise de note avec plan ou vue aérienne

Les zones tampons humides artificielles

Ces zones tampons particulières sont envisagées pour limiter le transfert de nitrate et pesticides en provenance d’un groupe de parcelles agricoles drainées. Elles viennent s'intercaler dans le réseau de drainage, avant son débouché à ciel ouvert, et de sorte que les eaux de drainage peuvent subir un traitement qui améliore leur qualité. En effet, les eaux ne peuvent être traitées par les zones tampons aménagées à la surface du sol.

Le drainage agricole concerne en France près de 10% de la S.A.U., ce qui incite à prendre en considération un éventuel traitement des eaux rejetées. En particulier dans les territoires où le taux de drainage est élevé.

Les connaissances sur le rôle que jouent les zones humides artificielles sur la teneur en nitrate, sont relativement anciennes. En revanche, la démarche visant à étudier le rôle joué sur les teneurs en pesticides est plus récente. L'étude se heurte notamment à la diversité des efficacités rencontrés dans les dispositifs expérimentaux, en fonction de la vitesse de dégradation du produit, et de sa capacité à s'adsorber. Le schéma ci-dessous (cliquer sur l'image pour l'agrandir) présente ainsi, pour quelques molécules de traitement phytosanitaire et à partir de résultats expérimentaux en conditions réelles, le pourcentage d'abattement en flux de produit, entre l'entrée et la sortie de la zone tampon.

Efficacité de zones tampons sur les polluants issus des traitements phytosanitaires

A cette variété de comportement des produits s'ajoute une multiplicité de phénomènes susceptibles d'intervenir dans la dissipation du polluant : l'adsorption, les réactions chimiques, les dégradations physiques, notamment par l'action du rayonnement solaire, et enfin la biodégradation par les micro-organismes.

Deux sites pilotes en France sont utilisés pour en savoir plus. Chacun d'entre eux comprend un périmètre drainé à 100%, d'une superficie de l'ordre de 30-40 hectares, et une ou deux zones tampons humides en sortie de réseau enterré, en amont du rejet dans le cours d'eau récepteur. L'un est situé en Indre-et-Loire (Dans le cadre du projet européen ArtWet), l'autre en Seine-et-Marne (Etude financée par l'Agence de l'Eau seine-Normandie).

Vue aérienne du site en Indre-et-Loire (deux zones tests, boisée à gauche et de type lagune à droite, reçoivent par le fossé rehaussé d'un trait bleu clair épais, les eaux de drainage du périmètre entouré d'un trait fin bleu foncé) :

Vue aérienne du site d’étude d’une zone tampon en aval de parcelles drainées sur la commune de Loches (37)

Vue aérienne du site en Seine-et-Marne (une retenue, visible à droite en bordure de ruisseau, reçoit les eaux de drainage du périmètre entouré d'un trait noir) :

Vue aérienne du site d’étude d’une zone humide artificielle en aval de parcelles drainées sur la commune d’Aulnoy (77)

Ils se distinguent par l'usage réservé à la zone humide artificielle et au mode de stockage de l'eau. Le site en indre-et-Loire stocke une partie seulement des eaux de drainage (dispositif en parallèle) sur une zone peu profonde. Le site en Seine-et-Marne retient la totalité des eaux de drainage (dispositif "en série") dans une retenue profonde et de grand volume, pour les destiner à l'irrigation. Les différences sont illustrées par le diagramme ci-dessous (cliquer sur l'image pour l'agrandir).

Types de zones tampons humides artificielles étudiées à l’aval de parcelles drainées

Le dispositif en parallèle permet de n'intercepter que 20% des flux drainés (dont les plus à risques) par une ouverture de la zone de stockage au plus près des dates d'application (après celles-ci). L'effet sur le nitrate apparaît essentiellement à la période d’ouverture. Dans le cas des pesticides, l'efficacité sur les pics et les flux (adsorption et dégradation) dépend des molécules et varie de 20 à 90%. L'optimisation de l’emprise foncière est rendue possible par une gestion dynamique de l’eau en fonction des applications de produit. La participation et l'adoption du dispositif par l’agriculteur sont facilitées par la maîtrise de la zone tampon à l'échelle de son exploitation.

Le dispositif en série étudié ici intercepte toutes les eaux drainées. L'effet sur le nitrate est alors perceptible toute l’année (-50% sur flux annuel). s'agissant des pesticides, l'effet principal est ici une dilution (abattement des pics de concentration) favorisé par un volume de stockage important, lui même lié à une topographie favorable. En l'absence de gestion dynamique du stockage, une prise en charge collective est toutefois ici possible.

Les travaux actuels se tournent plus particulièrement vers la rationalisation tant de l'occupation de l'espace que de la gestion de ces zones humides artificielles, et vers les impacts à plus long terme de tels dispositifs.

Contacts

Guy LE HENAFF (Unité de recherches MALY au Cemagref de Lyon) pour les bandes enherbées et le diagnostic préalable de zones tampons,

Julien TOURNEBIZE, Bernard VINCENT (Unité de Recherches HBAN au Cemagref d'Antony) pour les zones tampons humides artificielles.

Cemagref - MALY, HBAN, L'auteur du document. Cite/attribute Resource. omer. (2010, May 07). Des zones tampons en vue de limiter la contamination des eaux par les pesticides. Retrieved September 22, 2014, from OMER - Ouvrages de Maîtrise des Ecoulements en Milieu Rural Web site: https://omer.cemagref.fr/methodes/etape-1-identification-des-elements-de-contexte/les-solutions-possibles/zones-tampons/des-zones-tampons-en-vue-de-limiter-la-contamination-des-eaux-par-les-pesticides. All Rights Reserved.
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Sélection de pages

Fossé à redents, vue depuis l’aval

Exemple d'aménagement de lutte contre les inondations par ruissellement (Commune de Prunay-sur-Essonne).

Zone tampon rivulaire : bande enherbée de largeur fixe

"Des zones tampons en vue de limiter la contamination des eaux par les pesticides" (Accessible dans la rubrique "Méthodes et informations techniques générales > Etape 1 : identification des éléments du contexte > Les solutions possibles)

(Photo Cemagref - J.J. Gril)

 

Schéma du fonctionnement hydraulique du chemin de 30 ans

Exemple d'aménagement retenant les crues dans le lit majeur du Sausseron (Val d'Oise).

Formulaires

 

Estimation sommaire de volumes contenus par débordement en amont d'un obstacle dans un cours d'eau.

Schéma de prairie filtrante

Estimation du débit de fuite d'un réseau de drainage sous une prairie filtrante inondée.

 

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