Evolution spatiale et temporelle de la mobilité des contaminants organiques et inorganiques dans des sols viticoles contrastés

Spatial et temporal evolution of organic and inorganic contaminants mobility in contrasted vineyard soils.

• Auteur / Autrice : Manon Pierdet
• Direction : Laurence Denaix, Hélène Budzinski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie et écotoxicologie
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions sol plante atmosphère (INRA Bordeaux-Aquitaine)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Baldi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Denaix, Hélène Budzinski, Isabelle Baldi, Isabelle Lamy, Damiá Barceló, Baghdad Ouddane, Francis Macary
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Lamy, Damiá Barceló, Baghdad Ouddane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vignobles

Sols -- Pollution

Pesticides -- Aspect environnemental

Mots clés libres

Pesticides

DGT

Eaux de drain

Solution de sol

Sols

Cuivre

Soil solution

Soil

Copper

Drain water

DGT

Pesticide

Résumé

Les vignes ont de tout temps été présentes en Gironde mais c’est au 19ème siècle que la viticulture voit son essor. L’apparition de la bouillie bordelaise à base de sulfate de cuivre en 1885 puis celle des premières substances organiques vers 1960 permet à la viticulture de combattre les maladies de la vigne impactant la production.Avec l’usage intensif et répété de produits phytosanitaires, les sols viticoles ont été et sont soumis à un fort apport anthropique de substances organiques et inorganiques. Le sol est le réceptacle initial des retombées, soit directes, soit indirectes, des produits phytosanitaires. Le sol étant une matrice vivante et complexe, les processus physico-chimiques et biologiques s’y produisant rendent le devenir de ces produits phytosanitaires encore mal connus en conditions in-situ et difficilement extrapolable au large panel de ces substances.L’objectif de ces travaux est de mieux comprendre la dynamique in-situ des pesticides retrouvés dans les sols viticoles soumis à des phénomènes variés pouvant entrainer leur transfert en mettant en avant trois questions :Comment expliquer la contamination en surface actuelle des sols ?Existe-t-il une migration des contaminants en profondeur et comment l’expliquer ?Existe-t’il une dynamique de dissipation des pesticides dans les sols viticoles importante et variable au cours du temps ?Ces questions ont été explorés sur un bassin versant expérimental du Blayais avec une variabilité pédologique et chimique, des sols acides à neutres propices aux transferts.Le chapitre 1 présente une caractérisation large de la contamination de surface des sols du site expérimental. Sur 205 molécules et 4 métaux recherchés, 63 molécules et le cuivre ont été retrouvés avec des concentrations variant de 0,01 ng/g à 1170 ng/g pour les organiques et allant de 6 à 197 mg/kg pour le cuivre. La mise en relation usage-présence a permis de relier la présence de chaque molécule à son utilisation passée ou présente et ainsi d’établir un indice de leur persistance dans les sols. La persistance accrue pour certaines molécules aujourd’hui interdites est également visible pour des molécules toujours utilisées.Le chapitre 2 se focalise sur la mobilité verticale de ces contaminants via un carottage d’un mètre de sol. Pour le cuivre, l’usage ancien marque fortement les sols avec une incorporation progressive jusqu’à 60 cm de profondeur avec les années d’usage viticole et un stock total pouvant atteindre 1,8 tonnes de cuivre par hectare dans les parcelles les plus anciennes. Si peu de molécules organiques dépassent les 45 cm de profondeur, certaines, actuelles ou passées, telle que des métabolites de triazines ou le fluopicolide peuvent être retrouvées jusqu’à a minima 75 cm de profondeur dans certains sols échantillonnés.Le chapitre 3 met en évidence ces phénomènes de transferts verticaux à plus faible échelle temporelle et in-situ avec le suivi sur une année des flux sortants de produits phytosanitaires via le drainage agricole fortement liés à la pluviométrie. En parallèle, une dynamique temporelle des échanges sol-solution a également été montré sur une année de culture via le suivi à la fois de la solution de sol et du sol. Par comparaison prélèvement actif-passif, l’hypothèse d’une augmentation de la fraction de cuivre disponible à la fin de l’hiver lors de la reprise de la minéralisation par les communautés microbiennes des sols est émise. Cette dynamique est également visible pour un grand nombre de molécules organiques présentes en solution tout au long de l’année et ce, même pour des métabolites de molécules non autorisées depuis 15 ans.Ces suivis in-situ ont permis d’identifier les pesticides les plus persistant mais également ceux présentant les plus forts risques de transferts soit vers les écosystèmes aquatiques, soit vers les organismes non cibles du sol, soit vers les deux, en prenant en compte la variabilité temporelle liés aux conditions environnementales réelles.

Vines have always been present in Gironde but it was in the 19th century that viticulture saw its development. The discovery of Bordeaux mixture based on copper sulphate in 1885 and then the first organic substances around 1960 enabled viticulture to fight against vine diseases affecting production.With the intensive and repeated use of phytosanitary products, wine-growing soils have been and are subject to a strong anthropogenic input of organic and inorganic substances. The soil is the initial receptacle for the fallout, either direct or indirect, of phytosanitary products. As the soil is a living and complex matrix, the physicochemical and biological processes occurring there make the fate of these phytosanitary products still poorly understood in in-situ conditions and difficult to extrapolate to the large panel of these substances.The objective of this work is to better understand the in-situ dynamic of pesticides found in wine-growing soils subject to various phenomena that can lead to their transfer by highlighting three questions:How to explain the current surface contamination of soils?Is there a deep migration of contaminants and how to explain it?Is there a significant dynamic of pesticide dissipation in wine-growing soils that varies over time?These questions were explored on an experimental watershed of Blayais with pedological and chemical variability, from acidic to neutral soils conducive to transfers.Chapter 1 presents a broad characterization of the surface contamination of the soils of the experimental site. Out of 205 molecules and 4 metals sought, 63 molecules and copper were found with concentrations varying from 0.01 ng/g to 1170 ng/g for organics and ranging from 6 to 197 mg/kg for copper. The use-presence relationship made it possible to link the presence of each molecule to its past or present use and thus to establish an index of their persistence in soils. The increased persistence for some now banned molecules is also visible for molecules still in use.Chapter 2 focuses on the vertical mobility of these contaminants via a one-meter coring of soil. For copper, old use strongly marks the soils with a gradual incorporation up to 60 cm in depth with the years of wine use and a total stock of up to 1.8 tonnes of copper per hectare in the oldest plots. While few organic molecules exceed 45 cm in depth, some, current or past, such as triazines metabolites or fluopicolide can be found up to a minimum of 75 cm in depth in some sampled soils.Chapter 3 highlights these phenomena of vertical transfers on a smaller temporal scale and in-situ with the monitoring over one year of the outgoing flows of phytosanitary products via agricultural drainage, strongly linked to rainfall. In parallel, a temporal dynamic of soil-solution exchanges was also shown over a year of cultivation via the monitoring of both the soil solution and the soil. By comparing active-passive sampling, the hypothesis of an increase in the available fraction of copper at the end of winter when the mineralization resumes by the microbial communities of the soils is put forward. This dynamic is also visible for a large number of organic molecules present in solution throughout the year, even for metabolites of molecules not authorized for 15 years.These in-situ monitoring made it possible to identify the most persistent pesticides but also those presenting the highest risk of transfers either to aquatic ecosystems, or to non-target organisms in the soil, or to both, taking into account the temporal variability related to actual environmental condition.