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UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

VOLT'AIR

Un modèle de volatilisation d’ammoniac et de pesticides au champ

Volt'Air.jpg
© INRA
Volatilisation d’ammoniac et de pesticides

1)      Description brève

Le modèle Volt’Air a pour principal objectif de simuler des flux de volatilisation de  l’ammoniac après épandage sur sol nu de fertilisants organiques (lisiers) ou minéraux (ammonitrates, urée, solution azotée), ainsi que la volatilisation des produits phytosanitaires (pesticides), avec éventuellement un travail du sol et/ou une irrigation. Il est utilisé pour (i) améliorer la prise en compte des facteurs agro-environnementaux dans les inventaires nationaux d’émissions, (ii) évaluer les techniques et stratégies de réduction des pertes par volatilisation et (iii) générer des fonctions ou des modèles simples à intégrer dans des bilans environnementaux et des outils d’aide à la décision, par métamodélisation par exemple.

2)      Fiche détaillée du modèle

1. Description détaillée

Le modèle décrit deux compartiments distincts : le sol et l’atmosphère. La description des processus impliqués dans le sol (équilibres entre les différentes formes chimiques, transferts dans le sol et les puits et sources) permet de calculer la concentration en ammoniac ou en pesticide gazeux à l’interface entre le sol et l’atmosphère, et la description des mécanismes dans l’atmosphère permet, à partir de cette concentration, le calcul du flux de volatilisation. Les différents processus impliqués sont décrits de manière modulaire (Figure). Volt’Air prend en compte les principaux facteurs impliqués.

 

vol'air

Figure :Différents processus et paramètres impliqués dans le calcul du flux de volatilisation par le modèle Volt’Air

 

L’échelle spatiale est laparcelleagricole et l’échelle temporelleest de plusieurs jours à plusieurs semaines avec un pas de temps infra horaire, horaire ou pluri-horaire. C’est un modèle 1D. Le compartiment sol est divisé en plusieurs couches sur 1 mètre de profondeur environ.

Les différentes équations du modèle sont résolues de manière explicite sur un schéma itératif dont le pas de temps est adapté selon les données météorologiques d’entrée.

 

Le modèle présente les points forts suivants :

-       les données d’entrée sont constituées de variables facilement accessibles

-       il décrit les techniques culturales d’apport d’engrais et ou de pesticides, de travail du sol et des irrigations.

-       plusieurs natures de fertilisants peuvent être étudiées séparément

-       plusieurs pesticides peuvent être appliqués dans une même simulation

-       2 types de conditions peuvent être reproduits : plein champ ou tunnel de ventilation

 

2. Laboratoire de développement

INRA, AgroParisTech, UMR 1402 ECOSYS

3. Initialisation, paramètres ajustables, variables d’entrée / forçages, Bases de données (principaux groupes – non exhaustives)

Paramètres :

-          Propriétés physico-chimiques des composés (composés azotés et pesticides)

-          Propriétés hydrauliques des produits résiduaires organiques

Données d’entrée :

-          Sol : toutes les données relatives au sol (texture, propriétés analytiques, caractéristiques hydrauliques…) et initialisation de la teneur en eau

-          Techniques culturales : toute information concernant les pratiques agricoles (application, incorporation, irrigation)

-          Configuration de la parcelle : latitude, taille, albedo, rugosité

Variables d’une station météorologique classique

 

4. Variables de sortie principales (diagnostic)

Flux instantané de volatilisation et cumul des pertes (ammoniac, pesticide)

Bilan d’énergie et température de la surface du sol, paramètres de turbulence

Température, teneurs eau, teneur en azote ammoniacal, azote nitrique et uréique et teneur en pesticides des différentes couches de sol

 

5. Caractéristiques techniques

  • Logiciel pré-requis : aucun
  • Langage informatique : Volt’Air est programmé en C compilé sous Visual C/C++.
  • Système d'exploitation : Windows ou Linux
  • Nombre de lignes de codes
  • Présence d'un guide d'utilisation : en cours de rédaction

 

6. Qui sont les utilisateurs ?

Il est utilisé par différents chercheurs dans différents pays (France, Canada, Pays-Bas, Suisse…) et pour l’enseignement (Master AgroParisTech, Winter School Eclaire 2014).

7. Couplage

Avec FIDES (couplage off-line) : Volt’Air génère des émissions de composés et des données de turbulence utilisées par FIDES pour calculer la dispersion atmosphérique ainsi que les dépôts gazeux de ces composés, en aval de la parcelle émettrice sur une distance fixée par l’utilisateur (<1 km). FIDES génère des concentrations atmosphériques et des flux de dépôts.

Avec CHIMERE : un nouveau module a été développé dans CHIMERE pour l’estimation des émissions d’ammoniac provenant de la fertilisation minérale des sols agricoles. Ces émissions ont été calculées avec Volt’Air couplé avec des données spatialisées concernant les pratiques agricoles, les propriétés du sol et la météorologie.

Avec SurfAtm (fusion des codes) : un couplage est en cours pour la prise en compte du couvert végétal.

Voir aussi

Publications - Références

Garcia L., Bedos C., Génermont S., Braud I., Cellier P., 2011. Assessing the ability of mechanistic volatilization models to simulate soil surface conditions: a study with the Volt'Air model. Science of the Total Environment, 409, 19, 3980-3992. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.scitotenv.2011.05.003

Garcia L., Génermont S., Bedos C., Simon N.N., Garnier P., Loubet B., Cellier P., 2012. Accounting for surface cattle slurry in ammonia volatilization models: the case of Volt'Air. Soil Science Society of America Journal, 76, 6  2184-2194. http://dx.doi.org/doi:10.2136/sssaj2012.0067

Garcia L., Bedos C., Génermont S., Benoit P., Barriuso E., Cellier P., 2014. Modeling Pesticide Volatilization: Testing the Additional Effect of Gaseous Adsorption on Soil Solid Surfaces. Environmental Science and Technology, 48, 9, 4991-4998. http://dx.doi.org/doi:10.1021/es5000879

Génermont, S. and P. Cellier, 1997. "A mechanistic model for estimating ammonia volatilization from slurry applied to bare soil." Agricultural and Forest  Meteorology 88(1/4): 145-167.

Hamaoui-Laguel L., Meleux F., Beekmann M., Bessagnet B., Létinois L., Génermont S., Cellier P., 2014. Improving ammonia emissions in air quality modelling for France. Atmospheric Environment, 92, 584–595. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.atmosenv.2012.08.002

Le Cadre, E., 2004. Modélisation de la volatilisation d'ammoniac en interaction avec les processus chimiques et biologiques du sol, Le modèle Volt'Air. Ph.D. Thesis, Institut National Agronomique Paris-Grignon, Paris, 211 pp.

Bedos C., Génermont S., Le Cadre-Barthelemy E., Garcia L., Barriuso E., Cellier P., 2009. Modelling pesticide volatilization after soil application using the mechanistic model Volt'Air. Atmospheric Environment, 43, 22-23, 3630-3639. http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.atmosenv.2009.03.024

Loubet B., Milford C., Sutton M., Cellier P. - 2001 – Investigation of the interaction between sources and sinks of atmospheric ammonia in an upland landscape usinf a simplified dispersion-exchange model. Journal of geophysical research 106 : 24,183-24,195.