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Le devenir des pesticides et polluants organiques (POP) dans le Sol

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Sasha DONNIER

on 24 November 2015

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Transcript of Le devenir des pesticides et polluants organiques (POP) dans le Sol

Le devenir des pesticides et polluants organiques dans le sol
Depuis plusieurs années, l'impact pesticides provoquent des polémiques jusqu'à créer de nouvelles réglementations.
Sommaire :

-
I) Introduction : Pesticides et POP
-
II) Leur devenir dans le(s) sol(s)
1) Introduction
2) Où vont ces polluants ?
3) Différents processus impliqués (la dissipation)
-->
a) la dégradation
-->
b) autres mécanismes de dissipation
-

III) Mécanismes de transport
-

IV) Rétention et persistance
-

V) Risques environnementaux et alternatives

Introduction : Pesticides et POP
Les pesticides
- Etymologie
- Substances, surtout utilisées en agriculture pour éliminer des "nuisibles"
- Composition : ingrédient(s) actif(s) + adjuvants
- Peuvent être classés selon leur :
catégorie d'usage
origine : organique ou non
groupe chimique : organochlorés, phosphates, ...
type de formulation : poudre, aérosol, ...
type d'activité : sélectif, préventif, ...
site/mode d'action

LEs pop
- Composés organiques +/- dégradables
- Toxiques
- Souvent halogénés
- Peu solubles dans l'eau mais beaucoup solubles dans les lipides
- Semi-volatils donc capables "d'aller loin"


Pollution induite par ces substances
Or certains de ces pesticides rentrent dans la catégorie des "polluants organiques persistants"
- Rejets de déchets dans l'atmosphère, ensuite déposés
Ex : dioxines via incinérateurs
- Due à différents types d'apports des polluants
- Contaminants venant d'activités industrielles, agricoles et urbaines

--> 2 types de pollutions : une plutôt locale et une autre diffuse
La pollution par les pesticides et les polluants organiques est souvent traitée pour les cours d'eaux et l'alimentation, qu'en est-il dans le sol ?
Leur devenir dans le sol
Introduction
Lors de la pulvérisation (pour ceux pulvérisés), 90% du produit n'atteint pas sa cible

L'essentiel du produit aboutit dans les sols où il subit plusieurs altérations

--> Sol = compartiment clef car il est forcément traversé par ces produits et joue un rôle dans leur devenir (qui varie selon leur nature + composition chimique..)
Où vont ces polluants ?
Dès leur arrivée, ces produits vont aller dans les 3 phases du sol selon des constantes qui dépendent des conditions pédoclimatiques..

-
Dans la phase gazeuse :
fumigants + autres types
--> Herbicides thiocarbamates + insecticides organophosphorés
-
Dans la phase solide :
Cas de beaucoup de polluants qui se fixent sur les particules des sols et sédiments. Fixation dépend de la concentration du polluant dans la phase aqueuse du sol.
-
Dans la phase liquide :
il y en a aussi
Processus déterminant leur comportement dans le sol / processus de dissipation
dégradation
dissipation
abiotique
Ne fait pas intervenir d'organismes vivants

hydrolyse
Beaucoup de pesticides la subissent comme les esters d'acides, les amides, les carbamates et les sulfonylurées.
L'oxydo-réduction
Les pesticides participent à des réactions d'oxydation /réduction selon le caractère oxydant ou réducteur d'1 sol.

Réduction = gain d'e- pour l'oxydant

Cas des organochlorés et les dinitroanilines.

Les oxydants = molécules des pesticides et les réducteurs = soit des composés inorganiques, soit des métaux réduits (fer ferreux), soit des composés organiques.

Ces réactions ont lieu ds des milieux où il y a 1 potentiel d'oxydoréduction <0 --> sols hydromorphes, aquifères et sédiments et généralement dans les situations anaérobies ou peu aérées.


photolyse
Dégradation des pesticides par les UV, réactions qui ont lieu dans les eaux, à la surface des végétaux et du sol.
BIOTIQUE
Faisant intervenir des organismes vivants
metabolisme direct
Transformations chimiques qui font des pesticides, 1 source d'énergie utilisée pr la croissance des micro-organiqmes.

Conduit souvent à la minéralisation des pesticides.

cométabolisme
Idem sauf que les pesticides ne sont pas 1 source d'énergie pour les micro-organismes dégradants qui les trouvent dans d'autres composés organiques
Conjugaison
Réactions chimiques entre les molécules de pesticides et d'autres molécules présentes dans le sol.
volatilisation

1 des causes principales de fuites de pesticides en-dehors de la zone cible (quand traitements visent la surface du sol ou celle des végétaux)

Ces pertes > à celles dues à la dégradation chimique + ruissellement + lixiviation.

--> Réduction des pertes par incorporation dans le sol du pesticide mais possibilité de remontées à la surface des résidus chimiques (diffusion/mvts de convection de l’eau du sol)

Rem : lourdes molécules comme DDT ou les PCB (faibles P de vapeur) peuvent se volatiliser sensiblement dans l’atmosphère, car sont aussi très peu solubles dans l’eau (hydrophobes)

Constante de Henry H = rapport de la pression de vapeur à la solubilité dans l’eau (bon indice)
Les
produits avec un H > 2,5.10-5 st volatils
(leur volatilité décroissant avec le temps) alors que ceux dont le H est très < à cette valeur sont - volatils (volatilité augmentant avec le temps)
ruissellement et lixiviation
ruissellement

Le ruissellement contribue à la pollution des eaux de surface (attention eaux de surface et de profondeur sont reliées)

Selon les gradients hydrauliques c’est l’eau de surface qui alimente les aquifères ou inversement
--> les taux de pesticides dans les eaux superficielles pourront affecter les eaux souterraines ou dépendre d’elles. 

Le
ruissellement
= Mouvement à la surface du sol, de l’eau + matières dissoutes et suspendues qu’elle contient éventuellement .
Peut entraîner des pesticides dissous, en suspension ou adsorbés sur les sédiments.

--> Poudres mouillables : 2 à 5 %
--> – d'1% pour les autres formulations

L'incorporation au sol diminue les risques de perte.

lixiviation
Le transfert par
lixiviation
peut causer la
pollution des eaux souterraines
.

L’importance de cette pollution dépends des propriétés du pesticide, de celles du sol, de la vitesse d’infiltration et de l’épaisseur de la zone non saturée.

--> à employer avc persistance

Indice du risque de contamination par une matière active (dans eaux souterraines) :
l’indice d’ubiquité (GUS (5)
:

(formule :
GUS = log(DT50)(4-log(Koc))
)

Pesticides avec un
GUS > à 2,8
sont détectés (contrairement à ceux dont GUS
< à 1,8
)

Taux de lixiviation des pesticides
baisse avec la teneur en MO.
La
présence de macropores
(fissures, galeries de vers de terre, passage de racines)
favorise
l’entraînement des pesticides par
lixiviation
, qui sont entraînés rapidement vers le sous-sol et la nappe.

Tout ce que l'on a vu arrive lorsque les polluants ont été intégrés dans le sol mais dès qu'ils ont atteints le sol, ils peuvent commencer à "disparaître".
Dissipation
= tous les processus faisant disparaître les pesticides d'un vol donné tels que :
-la dégradation biotique et abiotique
-la volatilisation
-les transferts vers les eaux souterraines + superficielles

Ruissellement --> 2% (voire 5à 10 %) en 1 saison
Volatilisation --> 80 à 90% en quelques jours
Lessivage --> Beaucoup moins de pertes
Plupart des pesticides sont dégradés progressivement dont les causes peuvent être :
- réactions chimiques
- réactions microbiologiques
- lumière solaire

--> Aboutissement à des substances minérales simples comme CO2, H20, etc.. mais il existe aussi des substances intermédiaires (impact sur l'environnement)

Dégradation mesurée par la demi-vie DT50 qui permet de les classer en 4 catégories :
DT50<20
20<DT50<60
60<DT50<180
DT50> 180
Ex : 10-14j pour le Dicamba, 45-50 pour le Glyphosate et 1000 pour le Paraquat.

Composés dont la DT50 est grande sont les polluants persistants.

Dégradation est subdivisée en 2 catégories : abiotique et biotique
Réaction avec entre 1 molécule d'eau et une organique induisant sa coupure et le remplacement d'1 ou plusieurs atome(s) par 1 groupe -OH

Réaction très répandue et se produit dans tous les milieux où il y a de l'eau
Facteurs de la dégradation

Dégradation abiotique
 : sa cinétique dépend surtout de la vitesse à laquelle le polluant va rencontrer les molécules avec lesquelles il va réagir


Dégradation biotique
notamment microbienne :
-
Temp:
détermine vitesse de métabolisation des nutriments. Beaucoup de métabolismes sont ralentis à des T°C >40°C ou < à 5°C.

-
Teneur en H2O 
: l'activité des micro-organismes cesse quand le potentiel est trop petit. Teneurs en H2O les + favorables correspondent à des valeurs de pF allant de 1 à 3,6.

-
O2

-
pH 
: Effet sur diversité + taille + activité des pop microbiennes.
(Bactéries ; pH optimal entre 7 et 8,5 / Fungi ; pH + acide)
Mécanismes de transport des pesticides dans l'environnement
notion de rétention et persistance
rétention
Rétention
= passage sur les minéraux et la MO du sol, des pesticides dissous (Inverse = mobilisation)

La rétention peut être le résultat de 2 processus différents :
- Ds le
cas où les particules du sol sont microporeuses
, la rétention est seulement due à
l'adsorption
- Ds le
cas où elles ne le sont pas
, la rétention (des pesticides) est le résultat de l'adsorption et d'une diffusion intra particulaire. Ds ce cas, on parle svt de
«sorption »

La qté adsorbée croît avec la concentration en pesticides.

Mais la rétention diminue la vitesse de biodégradation des pesticides.
persistance
Notion déterminée par celle de dissipation.
--> + cette dernière est rapide (+ DT50 est petite) et + la persistance est petite et inversement.

Persistance doit être assez grande pour que les traitements soient efficaces. Mais il existe plusieurs problèmes :
→ Si elle est trop grande, peut être néfaste pour les cultures successives
→ Si elle est trop petite --> baisse de la protection de la culture (quand il y a 1 dégradation accélérée des pesticides)

De plus, il existe des risques de pollutions d'air et d'eaux qui sont d'autant plus grands que la persistance l'est aussi.
Risques environnementaux

Pollution des milieux


Effets sur les orgmes vivants
 :
-Effets toxiques létaux sur orgmes non visés

-Effets toxiques non létaux : perturbations physiologiques, troubles de la reproduction

-Apparition de résistances chez insectes, champignons pathogènes et mauvaises herbes

-Perturbation des écosystèmes
Recherche d'alternatives
--> Arrivée des méthodes naturelles, dont par exemple :

- Lutte bio : ex avec les coccinelles + champignon

- Utilisation de composés naturellement produits par certaines plantes
Ex : Pyrèthre de Dalmatie qui produit des pyréthrines utilisées comme insecticides en agriculture biologique ou encore la solanine des pommes de terre.

Dans tous les cas, ces pesticides naturels sont des substances chimiques 100 % "bio" qui tuent mais qui tuent "naturellement".

Limites de la lutte bio :
- 1 coût élevé de la prod° de masse des organismes, qui, en plus, ont 1 mode d'alimentation particulier
- Difficulté de leur transport sur lieux d'intervention et leur stockage
- Long délai d'action
- Leur spécificité élevée limitant la gamme des « ravageurs » visés
Sources utilisées :

Les différents processus impliqués dans les mouvements propres aux pesticides :
-
Le ruissellement
 : Lors de fortes pluies (+ longues) --> Couche superficielle imbibée --> Impossibilité de pénétration --> Formation de rigoles et écoulement

-
L'infiltration 
: Eau infiltrée peut amener des pesticides avec elle. (Facteur = porosité du sol)

-
Drainage souterrain 
: Les surplus d’eau sont évacués vers les cours d’eau par le drainage souterrain amenant pesticides avec eux.

-
Dérive aérienne
 : --> La dispersion par le vent de gouttelettes ou de vapeurs de pesticides en dehors de la zone visée

-
Volatilisation
 : Certains pesticides ont tendance à se volatiliser (= dégager une vapeur durant et après la pulvérisation )
Merci de votre attention
Exposition environnementale
des pesticides liée à la notion de
disponibilité
.

La part du pesticide dispo est celle qui est dans 1 phase fluide du sol.

Disponibilité
= résultante des transformations des pesticides, de leur rétention et de leur transport.

Evalue part du pesticide pouvant agir mais aussi pouvant être dégradée ou entraînée en profondeur et être à l'origine de contaminations.

-
Sites universitaires / d'organismes de recherche et thèses :
http://uved.univ-nantes.fr/sequence2/html/chap2_part4_3.html
http://www.observatoire-pesticides.gouv.fr/index.php?pageid=582
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/degradation/06_pollution.htm
http://www7.inra.fr/dpenv/hayowc31.htm#la
La dégradation des pesticides dans le sol : aspects microbiens et cinétiques
Rémanence des pesticides dans les eaux issues de parcelles agricoles
récemment converties à l’Agriculture Biologique.
Rémanence des pesticides dans les eaux issues de parcelles agricoles
récemment converties à l’Agriculture Biologique.
LES POLLUANTS ORGANIQUES PERSISTANTS

-
Livres :
Chapitre 2,4 et 9 du livre Les pesticides dans le sol : conséquences agronomiques et environnementales, R. Calvet
Chapitre 4 de Vie microbienne du sol et production végétale, P. Davet.
Chapitre 9 de Le sol: propriétés et fonctions, Volume 2, R. Calvet
Estimation des risques environnementaux des pesticides par E. Barriuso
Les risques chimiques environnementaux: Méthodes d'évaluation et impacts sur ...de Jean-Claude Amiard

-
Autres sites :
http://www.chm.ulaval.ca/gecha/chm1905/4_equilibres_de_phases/pression_vapeur.html
http://pesticides.e-monsite.com/pages/ii-impact-sur-l-environnement/1-l-impact-sur-le-sol.html
http://www.prioritesantemutualiste.fr/psm/sante-et-environnement/489077/quels-sont-les-effets-des-pesticides-sur-l-environnement
http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/dico/d/biologie-pesticide-9169/
http://www.mddelcc.gouv.qc.ca/pesticides/apropos.htm
http://www.futura-sciences.com/magazines/environnement/infos/dico/d/developpement-durable-pollution-organique-6709/
http://www.gissol.fr/thematiques/pop-52
http://www.centre-antipoison-environnemental.com/origine-polluants-sol.html
http://www.fdgdon974.fr/IMG/pdf/charancon2.pdf
http://www.mddelcc.gouv.qc.ca/eau/eco_aqua/pesticides/mecanismes_transport.htm
http://www.futura-sciences.com/magazines/environnement/infos/qr/d/pollution-sont-dangers-pesticides-4105/
http://ecologie-illusion.fr/agriculture-bio-pesticides-bio.htm
http://www.futura-sciences.com/magazines/environnement/infos/qr/d/pollution-existe-t-il-pesticides-bio-4104/

Les concentrations de ces polluants, dans chacune des phases, évoluent.
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