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Dernière mise à jour : Mai 2018

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ECOSYS Bienvenue

UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

Offre de thèse EcoSys : Pratiques Agro-écologiques et Fonctionnement Hydrique du Sol

Caractérisation des processus de rétention et d’infiltration de l’eau et de pesticides par expérimentations et modélisation

Contexte général et scientifique et cadrage de la problématique

A l’échelle d’une parcelle agricole et d’un bassin versant, l’eau se distribue dans les compartiments de l’environnement selon différents mécanismes que sont l’évaporation à partir du sol et la transpiration des végétaux, le ruissellement (potentiellement source d’érosion), la percolation permettant la recharge de la réserve en eau du sol et pouvant conduire à du drainage au travers de la zone non saturée. Les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols, sous l’influence majeure des pratiques agricoles dans les parcelles cultivées, conditionnent très fortement la répartition et la qualité de l’eau entre ces différents mécanismes. Ces propriétés présentent en général de fortes variabilités spatiale et temporelle dont l’importance dépend le plus souvent de l’échelle à laquelle elles sont observées (Horn, 2004; Starr, 1990; van Es et al., 1999), ces sources de variabilité interagissant avec les pratiques culturales (Green et al., 2003).
Au niveau des propriétés physiques des sols, il apparait que le travail du sol est une source majeure de variabilité des propriétés physiques dans l’horizon de surface, à la fois dans l’espace et dans le temps (Alletto et al., 2015; Coutadeur et al., 2002; Messing and Jarvis, 1993; Prieksat et al., 1994). En techniques de travail du sol de conservation (Hobbs et al., 2008), qui maintiennent plus de 30 % de la surface du sol couverte par des résidus de culture (Gebhardt et al., 1985), les perturbations du sol par les opérations culturales sont minimisées et toute la dynamique de l’eau s’en trouve modifiée comparativement à des sols labourés, avec notamment un renforcement d’un fonctionnement à ‘dominante verticale’ (Wahl et al., 2004). La structure de surface du sol est en effet affectée par la présence de résidus organiques qui, en augmentant la sinuosité et la rugosité, peuvent accroitre les capacités d’infiltration (Findeling et al., 2003). Les résidus de culture absorbent l’énergie de la pluie et protègent la surface du sol de la battance (Baumhardt and Jones, 2002; Baumhardt and Lascano, 1996; Blevins and Frye, 1993). L’effet « splash » de la pluie est réduit et la stabilité des agrégats est généralement améliorée notamment par l’augmentation des teneurs en carbone (jeune) dans les agrégats (Baumhardt et al., 2004; Mamedov et al., 2000; Pinheiro et al., 2004; Six et al., 2000a; Six et al., 2000b). En parallèle, l’activité biologique des sols, en particulier celle de la macrofaune, est le plus souvent accrue en agriculture de conservation. Celle-ci est à l’origine d’une bioporosité stable qui contribue également à favoriser les infiltrations verticales de l’eau (et donc à limiter le ruissellement) (Edwards et al., 1990; Edwards et al., 1992), avec parfois des risques accrus de transferts de polluants (pesticides, nitrate) (Benoit et al., 2014; Alletto et al., 2010; Locke and Bryson, 1997).
Un constat important est que très peu d’informations sont disponibles sur les effets liés aux combinaisons de pratiques sur le devenir de l’eau et des polluants. En agriculture de conservation, le couplage entre semis direct, rotation longue et diversifiée et utilisation de couverts végétaux génère probablement des modifications majeures du comportement de l’eau dans les sols qui demeurent peu documentées. Il a par exemple été observé qu’en semis direct, l’introduction d’un couvert végétal en interculture permettait de maintenir une teneur en eau plus importante dans les horizons superficiels liée à une diminution de l’évaporation non contrebalancée par une augmentation de la transpiration (Drury et al., 1999). En travail superficiel du sol (< 10 cm), la mise en place d’un couvert végétal en interculture peut aussi conduire à un assèchement des horizons plus profonds (30-60 cm) lié à une absorption d’eau par le couvert, et ainsi réduire le niveau de recharge de la réserve utile des sols au moment de la mise en place de la culture marchande (Alletto et al., 2011; Currie and Klocke, 2005; Unger and Vigil, 1998). Concernant les effets sur le devenir de polluants tels que les pesticides, les effets restent très contrastés (Alletto et al.2010) mais là-encore la plupart des travaux porte sur des comparaisons analytiques (ie en évaluant les effets séparément) et très peu d’informations sont disponibles sur les interactions et synergies entre pratiques sur les mécanismes régissant le devenir des solutés dans les sols.

Le travail de thèse proposé s’inscrit dans la volonté de poursuivre les efforts en recherche sur le front de la caractérisation et de la quantification (par expérimentation et modélisation), à l’échelle de la parcelle agricole, des impacts de différentes pratiques agro-écologiques sur le devenir de l’eau et des pesticides (impacts de pratiques agricoles sur la répartition de l’eau dans les différents processus et qualité en sortie de parcelles).

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