Application de la modélisation numérique à l'évaluation sur le long terme des effets des pratiques agricoles sur les flux et concentration d'azote dans l'eau et dans l'atmosphère à l'échelle de trois bassins versants d'élevage

P. Bordenave (1) , F. Oehler (1) , T. Bioteau (1) , N. Turpin (2) , P. Serrand (1) , P. Saint Cast (1) , E. Le Saos (1)

1 UR GERE - Gestion environnementale et traitement biologique des déchets
2 UMR METAFORT - Mutations des activités des espaces et des formes d'organisation dans les territoires ruraux

L'objectif de l'étude est de déterminer le niveau de concentration en nitrate dans les eaux de surface et le niveau des émissions gazeuses d'azote (N20, N2, NH3) que l'on peut atteindre par l'adoption d'une meilleure gestion environnementale de l'épandage des effluents d'élevage. Les sites d'application sont trois petits bassins versants d'élevage de l'Ouest de la France. Nous avons utilisé pour cela un système d'information à références spatiales (SIRS) interfacé avec des logiciels constructeurs de jeu de données à partir de scénarios et un modèle agro-hydrologique distribué continu. Les résultats montrent sur chaque site que le total annuel de l'azote perdu dans l'eau sous forme de nitrate et dans l'atmosphère sous forme de di-azote et de protoxyde d'azote est du même ordre de grandeur que l'excédent annuel du bilan minéral de l'azote. Le coefficient moyen d'émission de N2O par rapport aux apports est significativement plus élevé que les coefficients généralement utilisés pour l'évaluation de ces pertes. Les flux totaux d'azote émis dans l'atmosphère sont quantitativement aussi élevés dans les sols de la zone insaturée que dans les zones humides de fond de vallée. Les stratégies d'optimisation les plus simples et les plus acceptables au premier abord par les agriculteurs ont une efficacité d'environ 25 % au bout de 21 ans pour la réduction des concentrations dans l'eau, ce qui en général conduit à repasser en dessous de 50 NO3 mg l-1 mais ne suffit pas pour atteindre 25 mg l-1 au bout de 21 ans. La mise en oeuvre des modifications provoque aussi une réduction des flux d'azote dans l'at¬mosphère de 12 à 20 % par rapport aux pratiques actuelles. Le temps nécessaire pour atteindre ces résultats est au moins de 10 ans. Il paraît que l'évaluation d'une filière de gestion environnementale des effluents doit prendre en compte des temps de quelques dizaines d'année. Elle doit aussi tenir compte des usages du sol et des caractéristiques agronomiques et hydrodynamiques du territoire d'épandage, sinon il sera impossible d'évaluer les risques de reports de pollution et la « durabilité » des nouveaux systèmes proposés. / The aim of this paper is to estimate the level of nitrogen emissions (into the air and water compart¬ments) that can result from the adoption of alternative farming practices and manure management. The modelling has been tested on three breeding watershed in the Western part of France. The framework that we developed includes a GIS connected with, on the one side, softwares which design scenarios for farming practices and on the other side a continuously distributed agro-hydrological model. The results on these three watersheds emphasize that the total annual nitrogen load that is emitted into the air (N2 and N2O) and into the water (nitrate) has the same magnitude than the annual mineral N surplus. The model has estimated the mean emission index for N2O at a 5 % of the inputs level, which is significantly higher than the coefficients that are usually used for these emissions. The total loads into the atmosphere are as important from cultivated soils on the unsaturated area in the watersheds than from riparian areas. Management strategies that are the simplest and the more likely to be accepted by the farmers have proven to decrease the total N loads at the outlet of the watershed by 25 % after 21 simulated years. For the studied watershed, this decrease is high enough to attain nitrate concentrations below 50 mg/l, but not below 25 mg/l. The optimised management strategies reduce the emissions into the air from 12 to 20 % when compared to the current farming practices. The model predicts that these results cannot be attained before at least 10 years of improved management. As a consequence, the environmental evaluation of better management practices requests at least some ten years. Evaluating the sustainability of the newly designed systems also request to consider at the same time the use of soil and the agronomic and hydrodynamic characteristics of the system. In other words, the risks of pollution displacements from one compartment to the other have to be evaluated too.

Mots clés: MODELISATION; BASSIN VERSANT; NITRATE; AZOTE; PRATIQUE AGRICOLE; EMISSION GAZEUSE

Domaines: Sciences de l'environnement

P. Bordenave, F. Oehler, T. Bioteau, N. Turpin, P. Serrand, et al.. Application de la modélisation numérique à l'évaluation sur le long terme des effets des pratiques agricoles sur les flux et concentration d'azote dans l'eau et dans l'atmosphère à l'échelle de trois bassins versants d'élevage. Ingénieries eau-agriculture-territoires, 2005, 44, p. 13 - p. 36. ⟨hal-00479192⟩