La prise en compte des éléments du paysage, tels que les haies, les bandes enherbées, les fossés, etc. est indispensable pour modéliser le devenir des pesticides. Leur transfert est en effet très sensible à la présence de discontinuités, qui peuvent soit l’accélérer (fossé, route), soit le ralentir et l’atténuer (bande enherbée, haie). L’équipe travaille au développement de tels modèles à l’échelle du bassin versant. En effet, s’il existe déjà des modèles de devenir des pesticides à l’échelle de la parcelle, les modèles existants à l’échelle du bassin versant ne permettent en général pas de représenter l’influence des éléments du paysage. Un tel outil est pourtant nécessaire pour la mise en place de plans d’action pertinents, et notamment l’implantation de zones tampons à l’échelle du bassin versant (telles que les bandes enherbées, haies, talus).

Deux démarches, complémentaires, sont menées en parallèle :

• Un outil de modélisation simplifiée, permettant de représenter les processus dominant le devenir des pesticides à l’échelle du bassin versant, et prenant en compte explicitement l’influence de l’organisation spatiale du paysage (Rouzies et al, 2019). C’est l’objectif du projet PESHMELBA (PESticides et Hydrologie : Modélisation à l’EcheLle du BAssin versant), mené pour l’OFB. Il s’agit de permettre, à terme, de tester différents scénarios d’aménagement en intégrant ou en déplaçant des éléments du paysage afin de quantifier l’influence de ces discontinuités et de leur emplacement sur le versant. Ce modèle s’appuie sur des modules représentant les processus principaux au sein des différents éléments du paysage, couplés dynamiquement grâce au coupleur Open Palm développé par le CERFACS.

Illustration du principe de PESHMELBA : passage d’une représentation du bassin versant en éléments du paysage, linéaires ou surfaciques, et pour lesquels les principaux processus liés à l’eau et aux solutés réactifs sont représentés.

Exemple de comparaison de scénarios avec l’outil PESHMELBA, montrant l’impact de la présence de fossés sur un versant composé de parcelles : évolution dans le temps de la masse de soluté réactif en surface des parcelles (scénario parcelles) et des parcelles + fossés (scénario parcelles=fossés).

• Une modélisation distribuée à base physique, basée sur un maillage fin et la résolution des équations classiques de transferts d’eau et de solutés réactifs, en surface et subsurface. Le modèle CATHY d’écoulement 3D variablement saturé, couplé surface-subsurface, développé à l’INRS de Québec a ainsi été adapté dans le cadre d’une thèse en cotutelle avec l’INRS pour permettre de représenter le transfert de solutés réactifs (Gatel, 2018, Gatel et al. 2019). CATHY-Pesticide a été évalué sous diverses situations :

1/ sur une maquette expérimentale crée à INRAE Antony, sur plusieurs solutés et événements de pluie :

Simulation numérique de la maquette MASHYNS avec CATHY-Pesticide : (à gauche) Illustration de la maquette MASHYNS (à droite) simulation et observations de flux de soluté sur un événement de pluie. Issu de Gatel et al. 2019

2/ sur le versant expérimental de la Morcille :

Simulation numérique du versant de la Morcille avec CATHY-Pesticide : (à gauche) représentation du maillage et des conditions limites utilisées, (à droite) évolution de la concentration en surface d’un soluté réactif lors d’un événement de pluie. Issu de la thèse de Laura Gatel (2018)

Camporese, M.; Paniconi, C.; Putti, M. & Orlandini, S. Surface-subsurface flow modeling with path-based runoff routing, boundary condition-based coupling, and assimilation of observation data, Water Resources Research, 2010, 46.