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ECOSYS Bienvenue

UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

Soutenance HDR Laure Mamy

Mercredi 10 octobre 2018 14 h - Amphi de Versailles

Soutenance HDR Laure Mamy
« Caractérisation des impacts des pesticides sur l’environnement pour contribuer à évaluer la durabilité des systèmes de culture »

 Jury :                                                                

Yves Coquet 

Professeur, AgroParisTech

Rapporteur

Chantal Gascuel-Odoux

Directrice de Recherche, INRA

Rapporteur

Véronique Gouy

Ingénieur Divisionnaire de l’Agriculture et l’Environnement - HDR, IRSTEA

Rapporteur   

Thierry Doré

Professeur, AgroParisTech

Examinateur

Christian Huyghe

Directeur de Recherche, INRA

Examinateur

Jane Lecomte

Directrice de Recherche, Univ. Paris-Sud

Examinatrice

Marc Voltz 

 Directeur de Recherche, INRA

Examinateur

Résumé :

Un des défis actuels de l’agriculture est de produire des aliments de qualité en quantité, tout en limitant les impacts sur l’environnement et la santé pour protéger la population humaine, les ressources en eau, le sol, la biodiversité... Pour assurer la durabilité des agrosystèmes, des changements dans les systèmes de culture sont nécessaires afin de réduire les intrants, pesticides en particulier. Cependant, compte tenu de la grande diversité des contextes pédologique, climatique et agronomique, il est impossible de réaliser des expérimentations en plein champ pour étudier la durabilité de chacun des systèmes potentiels. Il est donc indispensable de développer des outils pour évaluer les impacts environnementaux et sanitaires des systèmes de culture, sous l’angle de l’usage des pesticides.

Dans l’environnement, les pesticides sont affectés par différents processus physiques, chimiques et biologiques qui conditionnent leur dégradation, leur transfert entre les compartiments sol, eau, plante et atmosphère et, par conséquent, leur impact potentiel sur les êtres vivants et sur la qualité des compartiments de l’environnement. La compréhension de l’ensemble des processus impliqués dans le devenir et le transfert des pesticides est à la base de la prévision des risques de contamination et de l’évaluation des impacts associés et cette prévision passe par une étape de modélisation qui nécessite la formalisation et la hiérarchisation de l’ensemble des phénomènes.

Dans ce contexte, l’objectif de mes recherches est d’étudier le devenir des pesticides dans l’environnement et leurs impacts (environnementaux, sanitaires, écotoxicologiques) en abordant des aspects mécanistiques mais aussi des problématiques liées aux pratiques agricoles et aux systèmes de culture. Ces travaux mobilisent de la modélisation ainsi que des expériences au laboratoire et en plein champ.

Afin de proposer une démarche de sélection des relations « structure-activité » quantitatives (QSAR) les plus pertinentes pour estimer le devenir des composés organiques (synthétisés ou non, incluant leurs produits de dégradation) dans l’environnement à partir de leurs propriétés moléculaires, j’ai réalisé une synthèse bibliographique exhaustive des QSAR existantes. Cette synthèse a permis d’identifier les propriétés moléculaires des composés organiques déterminantes pour expliquer la variabilité de leur devenir : masse molaire, moment dipolaire, polarisabilité, énergies des orbitales. Ce travail a par ailleurs été à la base du développement d’un outil, TyPol, reliant propriétés moléculaires et devenir et effets des composés organiques afin de prédire le devenir et les effets de nouveaux composés et de leurs produits de dégradation observés ou potentiels.

Le devenir des pesticides dans l’environnement est majoritairement contrôlé par leur rétention et leur dégradation dans les sols. Ainsi, un formalisme général pour décrire l’adsorption, la désorption et la dépendance temporelle de la rétention des pesticides dans les sols a été établi. Mes recherches ont également montré que lorsque les pesticides sont piégés sous forme de résidus dans les tissus végétaux (cas des herbicides foliaires en particulier), leur dégradation diminue (i.e. leur persistance dans le sol augmente) et leur disponibilité augmente, ce qui entraîne un risque accru de contamination de l’environnement.

Le devenir des pesticides dépend aussi des pratiques agricoles. Parmi ces pratiques, l’apport de produits résiduaires organiques (PRO) est très répandu pour lutter contre l’appauvrissement des sols en matières organiques. Au travers de différents projets, j’ai montré que cet apport modifie le devenir et les impacts écotoxicologiques des pesticides, en particulier via les modifications des propriétés d’adsorption, et nous avons pu modéliser le transfert des pesticides dans les sols en présence de PRO à l’aide du modèle PRZM qui décrit le devenir des pesticides dans l’environnement. D’autres pratiques agricoles, telles que la présence d’un mulch, les cultures associées, etc. se généralisent de plus en plus. Par conséquent, nous avons développé de nouvelles approches de modélisation pour (i) représenter les mulchs et leurs effets sur le bilan hydrique et le transfert des pesticides dans les modèles décrivant le devenir des pesticides dans l’environnement tels que MACRO et (ii) évaluer les flux et concentrations en pesticides appliqués dans des systèmes de culture complexes en nous basant sur l’utilisation combinée du modèle de culture STICS et du modèle MACRO (modèle STICS-MACRO).

A une échelle plus globale, nous avons évalué les risques pour l’environnement et la santé (en développant notamment une nouvelle approche de modélisation basée sur le modèle BROWSE) liés à différents types de systèmes de culture : des systèmes basés sur des cultures résistantes au glyphosate et des systèmes conçus pour réduire l’usage des pesticides basés sur différents leviers agronomiques. Les résultats ont montré que, du point de vue de la réduction de la contamination de l’environnement pas les herbicides, les cultures résistantes au glyphosate (GT) ne présentent pas d’avantages déterminants par rapport aux cultures conventionnelles. Le glyphosate associé aux cultures GT peut conduire à une contamination de l’environnement plus importante que celle qui est induite par les herbicides associés aux cultures conventionnelles non-GT selon le type de sol, de culture et d’herbicides remplacés. De plus, la persistance dans les sols de l’AMPA, principal métabolite du glyphosate, compromet la durabilité de cette innovation. Parmi les systèmes reposant sur différentes techniques agronomiques, les systèmes visant une réduction de 50 % de l’IFT par rapport aux systèmes conventionnels correspondants, basés notamment sur des rotations et non sur des monocultures, et les systèmes de culture privilégiant les techniques de désherbage mécanique permettraient de réduire de façon significative les impacts sur la santé et sur l’environnement. Inversement, les systèmes basés sur les techniques culturales sans labour présentent les risques les plus élevés de contamination des eaux souterraines par les pesticides et tendraient à augmenter les impacts potentiels sur la santé en raison de la multiplication des traitements herbicides. L’ensemble des résultats obtenu a aussi confirmé le lien direct entre usage des pesticides et impacts sur l’environnement et la santé.

Afin de mieux comprendre, prédire et prévenir les risques liés à la dissémination des substances chimiques dans l’environnement, il faut faire évoluer les approches actuelles au profit d’une vision plus intégrée en « Environnement-Santé ». Ceci implique d’aborder l’exposome et les effets multistress sur les écosystèmes et sur la population humaine. Ainsi, mes perspectives de recherche consisteront, entre autres, à approfondir la compréhension des mécanismes qui déterminent le devenir et les effets des composés organiques en se basant sur l’hypothèse avérée que leurs propriétés moléculaires sont déterminantes. Il s’agira aussi d’étudier le devenir dans les sols et les effets de pesticides appliqués en mélange ou de manière séquentielle et à élaborer un modèle permettant de décrire puis d’estimer leur devenir et leurs effets en tenant compte des interactions potentielles entre substances. A l’échelle du système de culture, deux thèmes seront plus particulièrement abordés : les effets de certaines pratiques agricoles telles que l’apport de PRO et les effets du changement climatique sur le devenir des pesticides. Enfin, des recherches portant sur le devenir et les effets des pesticides à l’échelle plus intégrée du paysage seront réalisées. L’objectif final de ces recherches est de contribuer à la maîtrise d’un environnement de qualité durable et à la protection de la santé humaine en répondant aux demandes de la société.

Mots clés : Pesticides, Contaminants organiques, Environnement, Devenir, Modélisation, Effets écotoxicologiques, Santé, Risques, Impacts.