Persistance pluriannuelle et impact biologique de pesticides toxiques résiduels dans les paysages agricoles de Bretagne : quelles conséquences pour l'agriculture, l'environnement et la santé ?



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Article dans STOTEN

Anne-Antonella Serra et ses collègues d’ECOBIO (CNRS, université de Rennes 1), Anne-Kristel Bittebière, Cendrine Mony, Kahina Slimani, Frédérique Pallois, David Renault, Ivan Couée, Gwenola Gouesbet et Cécile Sulmon, publient dans la revue  Science of the Total Environment (numéro daté du 20 novembre) un article sur la dynamique, à l'échelle locale, des interactions plantes-pesticides dans un paysage agricole breton (de la Zone Atelier Armorique, ZAAr). La pollution des sols par des produits chimiques d’origine anthropique est en effet une préoccupation majeure pour la durabilité de la production agricole et des fonctions et services des écosystèmes. Mais la compréhension des effets complexes de la pollution des sols nécessite des approches à plusieurs niveaux et à plusieurs échelles. Ainsi, les communautés végétales des lisières de champs et des bandes enherbées (i.e. des bandes végétales filtrantes artificielles qui jouent un effet tampon vis-à-vis des cours d’eau notamment) sont confrontées aux xénobiotiques agricoles qui résultent des applications chimiques, par le biais de la contamination des sols, la contamination aérienne, le ruissellement et/ou le lessivage. Dans cette étude, la dynamique des pesticides dans les bandes enherbées a été étudiée à l'échelle du champ au sein de la ZAAr. Les résultats montrent que si les bandes enherbées ont effectivement permis une réduction significative des pesticides entre le champ et les compartiments riverains, il s’avère cependant que la comparaison des modalités d'utilisation des pesticides et l'analyse chimique du sol mettent en évidence la persistance significative des pesticides dans les champs et les bandes enherbées ; cette comparaison suggère aussi la contribution de sources multiples de contamination, telles que la rémanence annuelle, la persistance pluriannuelle, voire une contamination plus large à l'échelle du paysage.


 

Anne Antonella Serra STOTEN 2020 Fig2


 

L’utilisation massive d’intrants, produits phytosanitaires et fertilisants, est une caractéristique de l’intensification des pratiques agricoles, sources récurrentes de pollutions importantes de l’environnement. Les milieux aquatiques sont notamment les exutoires « naturels » de ces pollutions par les pesticides et les engrais après épandage : dissémination aérienne, transferts directs dans le sol, ruissellement et infiltration vers les aquifères. Les analyses chimiques de l’eau qui a transité par les bandes enherbées  révèlent des pesticides, des nitrates, du phosphore et d’autres contaminants qui signent ainsi leurs origines anthropiques et leurs cheminements à travers les différents compartiments des milieux naturels (air/sol/eau).

Ces pollutions peuvent avoir des impacts à la fois sur la flore et sur la faune, contribuer à l’érosion de la biodiversité, et perturber le fonctionnement des écosystèmes et des services écosystémiques associés. Les effets toxicologiques sont également visibles au niveau de la santé humaine, qui n’est pas épargnée : on soupçonne que les effets toxicologiques de ces pollutions diffuses sont à l’origine de cancers, de déficience immunitaire, de problèmes neurologiques, de malformations congénitales (i.e. «les bébés sans bras »), d’infertilité etc... Souvent présents à des niveaux résiduels, considérés comme peu toxiques, les effets sur les organismes vivants sont difficiles à caractériser. De plus, les conséquences des mélanges de polluants (i.e. « l’effet cocktail »), différentes de celles causées par les polluants pris isolément, sont souvent méconnues. Bref, la prise en compte des risques écotoxicologiques est loin d’être complète.

Pour limiter ces pollutions agricoles, des législations européennes et leurs mises en oeuvre nationales ont vu le jour : la Directive Nitrates, les Bonnes Conditions Agricoles et Environnementales (BCAE), et la loi Grenelle II, la Directive Cadre sur l’Eau (DCE), ont abouti en 2005 à la mise en place de bandes enherbées. Placées à différents endroits des bassins versants, elles sont obligatoires le long des parcelles agricoles bordant les cours d’eau : d’une largeur de 5 m minimum, exemptes d’intrant et de produit phytosanitaire, entretenues par fauchage ou broyage (selon un calendrier strict).

Les bandes enherbées ont donc pour rôle principal d’être des zones tampons entre les parcelles agricoles et les cours d’eau, en limitant le ruissellement de surface, en piégeant et dégradant les intrants en excès, non assimilés par les cultures adjacentes. Plusieurs paramètres rentrent en ligne de compte dans l’efficacité des bandes enherbées : la largeur de la bande, les propriétés physico-chimiques du sol et des polluants, les propriétés biologiques des sols, le climat (le niveau de précipitations en premier lieu), et aussi les caractéristiques de la végétation. Ainsi, le rôle des plantes dans la diminution des pollutions peut être important, et c’est l’objet précisément des recherches de l’équipe rennaise. En effet, si leurs rôles physico-chimiques dans la limitation des flux de polluants sont bien caractérisés, leurs rôles biologiques sont moins étudiés dans ce contexte de bandes enherbées. Quid du rôle des plantes dans la modulation de l’activité microbienne des micro-organismes du sol, qui sont les acteurs majeurs de la dégradation des polluants ? De plus, ces polluants peuvent également être absorbés, stockés ou dégradés directement par le compartiment végétal. L’efficacité de la bande enherbée dépend donc aussi du maintien du couvert végétal et des caractéristiques de sa composition.

Les chercheurs d’ECOBIO ont donc cherché à caractériser les relations entre les fonctions des bandes enherbées et les communautés végétales s’y développant. L’étude a été réalisée sur des bandes enherbées expérimentales situées le long de parcelles agricoles de la ZAAr, une zone étudiée depuis plus de 30 ans, qui offrent donc des analyses intégratives physico-chimiques et écophysiologiques bien définies. Les bandes enherbées expérimentales étudiées sont issues de bandes enherbées pré-existantes détruites par un labourage superficiel du sol, puis semées avec un mélange d’espèces précis, dans un travail de collaboration avec des agriculteurs volontaires. Ces bandes enherbées expérimentales ont été mises en place en 2010. Les recherches sur la problématique du rôle du compartiment végétal dans la fonction épuratrice des bandes enherbées ont débuté en 2011. Plusieurs analyses de ces bandes enherbées ont été effectuées, sur deux années consécutives : (i) la dynamique de diffusion des pesticides selon un gradient de distance parcelle agricole-cours d’eau, (ii) la dynamique de croissance et de l’état physiologique du couvert végétal des bandes enherbées, (iii) la tolérance des espèces végétales des bandes enherbées aux stress chimiques en conditions contrôlées de laboratoire, et (iv) le potentiel de rétention des pesticides du compartiment végétal, à la fois en conditions in situ au sein des bandes enherbées, et en conditions de laboratoire.


Anne Antonella Serra STOTEN 2020 Fig1 



Afin de déterminer l'impact de la persistance des divers polluants, la dynamique des plantes a été suivie dans des bandes enherbées expérimentales de composition initiale identique (Agrostis stolonifera, Anthemis tinctoria/Cota tinctoria, Centaurea cyanus, Fagopyrum esculentum, Festuca rubra, Lolium perenne, Lotus corniculatus, Phleum pratense, Trifolium pratense). Issues d'une végétation homogène, les bandes enherbées expérimentales ont cependant subi des changements rapides au cours des deux années suivantes : Agrostis stolonifera (Agrostis stolinifère), Festuca rubra (Fétuque rouge), Lolium perenne (ray-grass anglais) et Phleum pratense (Fléole des prés) sont devenues dominantes, avec l'établissement parallèle d'une végétation spontanée.

L'analyse de la co-inertie a montré que la dynamique des plantes et la persistance de pesticides résiduels dans le sol pouvaient, dans certains cas,  être corrélées de manière significative : ainsi, le fongicide époxiconazole, le fongicide prochloraze et le néonicotinoïde thiamethoxam sont apparus comme étant les principaux moteurs de cette corrélation. Cependant, cette corrélation dépend de la bande enherbée considérée, montrant ainsi que la corrélation entre la dynamique des plantes et les pesticides du sol impliquent des facteurs supplémentaires, tels que, en particulier, les propriétés physico-chimiques des sols ou  des effets de seuil des pesticides résiduels. Ces interactions complexes entre les plantes et la contamination des sols sont évaluées  par les auteurs en termes  de questions agronomiques, environnementales et sanitaires.

In fine, l’article met en évidence (1) que des cocktails de pesticides toxiques persistent de manière pluriannuelle dans les sols agricoles, (2) que, dans le contexte étudié, ces cocktails de pesticides persistants sont particulièrement riches et diversifiés par rapport à ce qui est habituellement trouvé en Europe, (3) que la persistance de ces pesticides, y compris de fongicides et d’insecticides, peut interagir avec la dynamique des plantes environnantes, (4) qu’au-delà de la focalisation sur le glyphosate, d’autres pesticides toxiques, comme les fongicides et les insecticides, constituent des risques environnementaux importants, (5) que ces différents éléments d’analyse doivent être pris en compte dans un cadre de pesticidovigilance accrue.

 

 

Référence
Anne-Antonella Serra, Anne-Kristel Bittebière, Cendrine Mony, Kahina Slimani, Frédérique Pallois, David Renault, Ivan Couée, Gwenola Gouesbet, Cécile Sulmon. (2020). Local-scale dynamics of plant-pesticide interactions in a northern Brittany agricultural landscape. Science of The Total Environment. 744. 140722. 10.1016/j.scitotenv.2020.140772




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Anne-Antonella Serra (ECOBIO, Mission pour les Initiatives transverses et interdisciplinaires du CNRS) / @
Ivan Couée (ECOBIO) / @
Alain-Hervé Le Gall (OSUR multiCOM) / @