Academic literature on the topic 'Lixiviation des nitrates'

Dans les périmètres irrigués du Maroc, la pollution nitrique diffuse des eaux souterraines augmente le risque de détérioration de la qualité des ressources hydriques et engendre un risque sanitaire pour la population rurale s'approvisionnant le plus souvent directement de l'aquifère. La présente étude, réalisée dans le périmètre du Tadla (3600 km2), située au centre du Maroc, vise à faire l'état des lieux de la contamination des eaux souterraines par les nitrates et à identifier les causes potentielles de cette pollution. Le suivi de la concentration des eaux souterraines en nitrates a été réalisé durant la période août 1996 - avril 1998 dans un réseau de cent puits. Les paramètres du milieu physique et des pratiques culturales ont été déterminés soit par des mesures au champs, des analyses au laboratoire ou par enquête auprès des agriculteurs dans un réseau de 40 sites. Les résultats sont présentés sous forme de cartes thématiques par le SIG. Le niveau actuel de la pollution nitrique des eaux souterraines dans le périmètre irrigué du Tadla commence à devenir critique. De part la pollution ponctuelle mise en évidence aux alentours de quelques agglomérations urbaines et à l'aval des sucreries, les zones dont les teneurs en nitrates des eaux souterraines dépassent 50 mg NO3- /l sont localisées en aval des Béni Amir et en aval et à l'Est des Béni Moussa Est. Béni Moussa Ouest reste en général moins polluée que Béni Moussa Est. Les apports excessifs en eau et en engrais azotés pour les cultures pratiquées (blé, betterave, cultures maraîchères, arboriculture et luzerne), sont les causes directes de la pollution diffuse. Par ailleurs, il est certain que la texture du sol (argileuse, argilo-limoneuse et limono-argileuse), la teneur en argile (29% à 55%) et tous les paramètres qui leurs sont corrélés notamment la réserve utile du sol, réduisent le risque de lixiviation des nitrates en profondeur et assurent en conséquence un contrôle naturel de la pollution nitrique des eaux souterraines. Néanmoins, tous les autres facteurs étudiés notamment le niveau des nappes faible par rapport au sol (<4m-12m), la vitesse d'infiltration du sol en milieu saturé généralement élevée (20-450 mm/h), les teneurs assez importantes du sol en matière organique (1.5%-3.5%) et en azote total (0.10%-0.15%), joueraient positivement sur la vulnérabilité de la nappe à cette pollution. De même, le pouvoir de minéralisation élevé des sols couplé aux conditions écologiques favorables à une minéralisation intense de la matière organique native du sol, assez caractéristique des régions irriguées à climat méditerranéen, seraient en partie responsable de cette pollution. Néanmoins, Aucune corrélation n'a été mise en évidence entre la teneur en nitrate des eaux souterraines et les combinaisons linéaires des variables du milieu physique. Ceci serait dû à l'homogénéité du milieu physique et à l'accumulation de la pollution suivant le sens d'écoulement des nappes de l'amont vers l'aval hydraulique. Vu le niveau d'intensification agricole que connaît cette région, la situation risquerait de s'aggraver rapidement induisant, en dehors de toute mesure de prévention, la détérioration de la qualité des eaux souterraines dans cette région.

The technology on the leaching process of sodium nitrate from nitratine was developed in this work. The effects of leaching duration, solid-to-liquid ratio on the leaching were studied. The results show that the utilizable sodium nitrate leaching ratio from the nitratine reach 90.2%, for leaching duration of 15 minute and at the solid-to-liquid ratio of 1.0 g.g-1. A new scheme of step-by-step spray is advanced, according to the result of leaching repeatedly, which increased the concentration of lixiviation up to 29.58%( 400g.L-1) at 25°C. The results reported will be useful for leaching process design and control.

Une expertise scientifique collective conduite par l’Inra (INRA 2012) pointe l’importance des flux d’azote liés aux activités d’élevage et identifie des leviers pour limiter la pression sur l’environnement. Depuis une vingtaine d’années, les pollutions azotées font l’objet de diverses législations et plans d’action dans le cadre des politiques relatives à la qualité des eaux, de l’air et des écosystèmes. La transposition de la directive «Nitrates» (12 décembre 1991) fait actuellement l’objet d’un contentieux avec la commission européenne. C’est dans ce contexte que les ministères français en charge de l’Agriculture et de l’Ecologie ont sollicité l’Inra pour dresser un bilan de l’état des connaissances scientifiques sur les flux d’azote en élevage et leur devenir. L’objectif était de mettre à disposition des décideurs et des acteurs publics et privés les connaissances scientifiques actualisées et d’identifier des options permettant de réduire les pressions de l’azote sur l’environnement. 1/LA MÉTHODE D’EXPERTISE SCIENTIFIQUE COLLECTIVELe travail d’expertise a été porté par un collectif de 22 experts. Deux tiers d’entre eux appartiennent à l’Inra, un tiers à d’autres organismes de recherche (Irstea, CNRS, universités) dont deux experts des Pays-Bas (WUR) et un du Canada (Agriculture et Agroalimentaire Canada). Les sciences sociales ont fourni un quart de l’effectif d’experts, la zootechnie et l’approche systémique des systèmes d’élevage 40% et le complément regroupe des spécialistes des cycles biogéochimiques et de l’agronomie. La méthode a consisté à dresser un état des lieux critique des connaissances scientifiques publiées. Quelque 1360 références bibliographiques (2900 auteurs) ont été sélectionnées parmi les articles les plus récents (80% des sources sont postérieures à 1998) et relatifs ou transposables au cadre géographique français. L’analyse a privilégié l’échelle de l’exploitation agricole car c’est l’unité de référence des politiques agricoles et environnementales et des actions agronomiques. Cependant les informations scientifiques portent souvent sur un niveau infra : l’animal, l’atelier d’élevage, la parcelle, le bâtiment, la zone de stockage, etc., ou sur un niveau supra : le bassin versant, le paysage, les statistiques et modélisations nationales et internationales. Ces différents niveaux d’information ont permis d’approcher les variations entre productions et celles liées aux pratiques agricoles. 2 / L’EXPERTISE A MIS EN AVANT LE RÔLE MAJEUR DE L’ÉLEVAGE DANS LES FLUX D’AZOTE ET LES IMPACTS POTENTIELS 2.1 / Les flux d’azote en élevage et les fuites vers l’environnement sont élevésL’élevage utilise plus des trois quarts des quantités d’azote entrant dans les systèmes agricoles. Mais l’efficience, c’est-à-dire le rapport entre les sorties valorisées et les entrées d’azote, calculée au niveau de l’animal est globalement faible : souvent beaucoup moins de la moitié de l’azote ingéré se retrouve sous forme de protéines consommables, lait, œufs et viande. A l’échelle de l’exploitation d’élevage, une part de l’azote excrété dans les déjections est recyclée avec les effluents mais l’efficience reste néanmoins généralement inférieure à 50%. Le reste de l’azote se disperse dans l’environnement. L’élevage contribue ainsi pour environ la moitié aux pertes nationales de nitrates vers les eaux, et pour plus des trois quarts aux émissions nationales atmosphériques azotées, notamment sous forme d’ammoniac (et jusqu’à 90% si on tient compte du fait qu’une grande partie des engrais industriels est employée sur les cultures utilisées pour produire des aliments du bétail). L’azote se trouve de ce fait à la croisée de préoccupations croissantes en termes de compétitivité des filières animales et d’impacts sur l’environnement et sur la santé humaine. Ces impacts ont été récemment décrits dans une expertise européenne (European Nitrogen Assessment 2011). Ils interviennent au niveau de l’écosystème environnant (dépôts de NH3), de la région (NH3, NO3 -) et plus globalement dans le changement climatique (émissions de N2O). 2.2 / La question de l’azote ne se réduit pas à celles du nitrate, les émissions de NH3 constituent un enjeu fort Alors qu’en France, la question du nitrate a longtemps focalisé les débats, dans certains pays d’Europe du Nord, l’ammoniacest aussi de longue date au centre des préoccupations. D’abord étudié pour son rôle dans l’acidification et l’eutrophisation des milieux, l’ammoniac est aujourd’hui examiné dans le cadre de la pollution de l’air par les particules. Au niveau national, le premier contributeur d’émissions d’ammoniac est l’élevage bovin. 2.3 / Risques et impacts dépendent aussi de la sensibilité des territoires et de leur capacité d’épurationLes teneurs en nitrate des eaux ne dépendent pas seulement du niveau de surplus des bilans azotés mais aussi du climat, des types de sol, de la topographie et des modes d’occupation des sols : densité animale, part des terres agricoles dans les utilisations totales des surfaces, importance des prairies permanentes, etc. La présence majoritaire de prairies au sein des territoires réduit les risques de fuites de nitrate et d’émissions d’ammoniac. 3/LES FLUX D’AZOTE SONT AUSSI DÉTERMINÉS PAR DES CONSIDÉRATIONS ÉCONOMIQUES ET JURIDIQUES3.1 / La concentration spatiale des élevages a un rôle déterminant dans les impacts des pollutions azotéesLes plus fortes pressions azotées se situent dans les territoires de l’Ouest qui combinent productions de ruminants et de monogastriques. Les quantités d’azote contenues dans les effluents y dépassent parfois largement les capacités d’absorption des surfaces agricoles. Les territoires d’élevage plus extensifs connaissent des pressions azotées faibles. Cette hétérogénéité s’explique par la concentration géographique des filières animales, résultant principalement de facteurs économiques dont les moteurs relèvent des économies d’échelle et des économies d’agglomération qui sont liées à l’intensification et à la spécialisation des élevages ainsi qu’à leur concentration territoriale. La littérature scientifique pointe la difficulté de sortir d’une telle trajectoire, notamment parce que le fonctionnement technique et économique des acteurs des filières (producteurs d’intrants, éleveurs, transformateurs) est étroitement dépendant. 3.2 / L’encadrement juridique n’a pas permis d’atteindre les objectifs environnementaux La réglementation française a abouti à une multiplicité de zonages auxquels sont dédiés des normes, obligations ou programmes d’action volontaire. L’architecture d’ensemble est confuse et ses résultats critiqués de longue date. Parmi les difficultés rencontrées, la littérature pointe i) le caractère diffus des pollutions, qui, à la différence d’autres pays, n’a pas incité en France àune responsabilisation individuelle des éleveurs, ii) l’intégration de préoccupations économiques et sociales dans les politiques environnementales, iii) le suivi des objectifs environnementaux confié aux acteurs du développement agricole et les échelles administratives peu pertinentes vis-à-vis du réseau hydrographique. Enfin, la multiplicité des formes de pollution azotée pose la question de la cohérence d’ensemble des politiques, notamment entre les critères de la directive «Nitrates» et ceux la Convention de Genève sur la pollution atmosphérique (1979). 4/DE NOMBREUSES PISTES DE PROGRÈS EXISTENT QUI ENGAGENT PLUS OU MOINS EXPLOITANTS AGRICO- LES, TERRITOIRES ET FILIÈRES D’ÉLEVAGE4.1 / Améliorer les pratiques à l’échelle de l’exploitationLa littérature fournit de nombreuses pistes d’actions pour limiter les pertes d’azote dans l’exploitation (figure 1). Il est encore possible d’optimiser la nutrition azotée des animaux, cependant les gains escomptés sont modestes en regard des enjeux. La maîtrise de la chaîne de gestion des effluents ouvre plus de marges de manœuvre pour préserver l’azote organique et réduire les achats d’engrais minéraux. En effet, selon les modalités de gestion des effluents, les fuites vers l’environnement varient de 30 à 75% de l’azote rejeté par les animaux. Des innovations sont déjà disponibles pour le stockage et l’épandage, même si les incertitudes sur les facteurs de variation des émissions sont encore grandes. Il est enfin démontré que développer les prairies à base de légumineuses, les cultures intermédiaires pièges à nitrate (Cipan) et ajuster les rotations réduit les risques de lixiviation du nitrate. A l’échelle des systèmes, les modes de production à bas intrants (moins de fertilisants et d’aliments riches en protéines) améliorent l’efficience de l’azote et limitent donc les pertes vers l’environnement. Les indicateurs de type bilan d’azote à l’échelle de l’exploitation et de ses sous-systèmes (troupeau, gestion des effluents, sols et cultures) sont des outils adaptés pour identifier les sources d’inefficacité et rechercher les voies d’amélioration les mieux adaptées localement. De nombreux autres indicateurs approchent les niveaux d’émissions, de pollution ou les impacts, mais ne sont pas toujours d’usage facile. pour le document complet voir le pdf https://www6.inrae.fr/productions-animales/content/download/6365/88149/version/1/file/nouvelles+de+la+recherche.pdf

Introduction: Mexico City generates an approximate volume of wastewater of 57 m3 s-1, the wastewater is conduct by the drainage network: main channel-west interceptor-central emitter, and conducted to Hidalgo State, during it course, an important volume is poured into irrigation channels and is used for crop irrigation in the Mezquital Valley.Method: in this study, nitrate (NO3-), phosphate (PO4-3) boron (B3+) and chloride (Cl-) content in 188 wastewater samples was determined. The objective was to assessment the risk of toxicity by specific ions (B3+ and Cl-) and the nutrients content (N, P, K, Ca y Mg) in wastewater used for crop irrigation.Results: the nitrate (NO3-) concentration was very heterogeneous (CV=59.83 %) and this was attributed to the lixiviation of nitrogen fertilizers. The maximum phosphate (PO4-3) value was 65.7 mg L-1, and its concentration was attributed to the discharge of household wastewater. The boron concentration (B3+) was less than 1.88 mg L-1. The risk of toxicity due to the use of wastewater in irrigation may cause a decrease the yield of sensitive crops, such as beans.Conclusion: untreated wastewater used in irrigation in Mezquital Valley, may cause toxicity problems in some crops; the nitrate and phosphate concentrations in wastewater of the Mexico City-Mezquital Valley drainage network were high, and these were attributed to the discharges of domestic and industrial wastewaters and to agricultural drainage, high concentrations of nitrate and phosphate represent a risk for aquatic organisms due to pollution and the possible eutrophication of water bodies. The risk of toxicity by B3+ and Cl-can have a negative effect on the germination and yield of bean crops.

Une méthode d’évaluation et de localisation des risques de pollution nitrique diffuse des eaux souterraines, liés à la diversité des systèmes d’élevage de ruminants et à leurs assolements caractéristiques, est mise au point et appliquée sur les 2211 exploitations présentes en 1993 dans la plaine des Vosges. Cette méthode associe des mesures des lixiviations nitriques réelles sous des parcelles agricoles, une typologie des exploitations d’élevage qui contient des informations sur les assolements et un système d’information géographique qui permet de localiser les informations au sein d’unités territoriales de gestion des ressources en eau. Les exploitations combinant des surfaces importantes en grandes cultures et un système fourrager à base de maïs génèrent actuellement les plus forts risques de pollution par les nitrates, alors que les exploitations spécialisées dans les productions de lait et/ou de viande à base d’herbe apparaissent les moins polluantes. La localisation des types d’exploitation permet d’identifier des zones géographiques exposées à un fort risque de pollution d’origine agricole, caractérisées par une combinaison des types d’exploitation d’élevage

Abstract. This study reports the very first results on high-resolution sampling of sediments and their porewaters from three thermokarst (thaw) lakes representing different stages of ecosystem development located within the Nadym-Pur interfluve of the Western Siberia plain. Up to present time, the lake sediments of this and other permafrost-affected regions remain unexplored regarding their biogeochemical behavior. The aim of this study was to (i) document the early diagenesic processes in order to assess their impact on the organic carbon stored in the underlying permafrost, and (ii) characterize the post-depositional redistribution of trace elements and their impact on the water column. The estimated organic carbon (OC) stock in thermokarst lake sediments of 14 ± 2 kg m−2 is low compared to that reported for peat soils from the same region and denotes intense organic matter (OM) mineralization. Mineralization of OM in the thermokarst lake sediments proceeds under anoxic conditions in all the three lakes. In the course of the lake development, a shift in mineralization pathways was evidenced from nitrate and sulfate to Fe- and Mn-oxyhydroxides as the main terminal electron acceptors in the early diagenetic reactions. This shift was promoted by the diagenetic consumption of nitrate and sulfate and their gradual depletion in the water column due to progressively decreasing frozen peat lixiviation occurring at the lake's borders. Trace elements were mobilized from host phases (OM and Fe- and Mn-oxyhydroxides) and partly sequestered in the sediment in the form of authigenic Fe-sulfides. Arsenic and Sb cycling was also closely linked to that of OM and Fe- and Mn-oxyhydroxides. Shallow diagenetic enrichment of particulate Sb was observed in the less mature stages. As a result of authigenic sulfide precipitation, the sediments of the early stage of ecosystem development were a sink for water column Cu, Zn, Cd, Pb and Sb. In contrast, at all stages of ecosystem development, the sediments were a source of dissolved Co, Ni and As to the water column. However, the concentrations of these trace elements remained low in the bottom waters, indicating that sorption processes on Fe-bounding particles and/or large-size organo-mineral colloids could mitigate the impact of post-depositional redistribution of toxic elements on the water column.

Abstract. This study reports the very first results on high-resolution sampling of sediments and their porewaters from three thermokarst (thaw) lakes representing different stages of ecosystem development located within the Nadym-Pur interfluve of the Western Siberia plain. Up to present time, the lake sediments of this and other permafrost-affected regions remain unexplored regarding their biogeochemical behavior. The aim of this study was to (i) document the early diagenesic processes in order to assess their impact on the organic carbon stored in the underlying permafrost, and (ii) characterize the post-depositional redistribution of trace elements and their impact on the water column. The estimated organic carbon (OC) stock in thermokarst lake sediments of 14 ± 2 kg m−2 is low compared to that reported for peat soils from the same region and denotes intense organic matter (OM) mineralization. Mineralization of OM in the thermokarst lake sediments proceeds under anoxic conditions in all the three lakes. In the course of the lake development, a shift in mineralization pathways from nitrate and sulfate to Fe- and Mn-oxyhydroxides as the main terminal electron acceptors in the early diagenetic reactions was suggested. This shift was likely promoted by the diagenetic consumption of nitrate and sulfate and their gradual depletion in the water column due to progressively decreasing frozen peat lixiviation occurring at the lake's borders. Trace elements were mobilized from host phases (OM and Fe- and Mn-oxyhydroxides) and partly sequestered in the sediment in the form of authigenic Fe-sulfides. Arsenic and Sb cycling was also closely linked to that of OM and Fe- and Mn-oxyhydroxides. Shallow diagenetic enrichment of particulate Sb was observed in the less mature stages. As a result of authigenic sulfide precipitation, the sediments of the early stage of ecosystem development were a sink for water column Cu, Zn, Cd, Pb and Sb. In contrast, at all stages of ecosystem development, the sediments were a source of dissolved Co, Ni and As to the water column. However, the concentrations of these trace elements remained low in the bottom waters, indicating that sorption processes on Fe-bounding particles and/or large-size organo-mineral colloids could mitigate the impact of post-depositional redistribution of toxic elements on the water column.

Il est désormais bien reconnu que les activités agricoles sont à l'origine d'une grande part de la pollution des nappes souterraines par les ions nitrate. Le cas des plaines alluviales est particulièrement intéressant puisqu'elles associent la présence d'un sol riche et profond, très favorable à l'agriculture, et d'une nappe alluviale peu profonde. Dans ce travail nous nous sommes intéressés à deux types de plaine alluviale. La plaine alluviale de la rivière Alegria (Pays-Basque ; Espagne) représente le cas d'une nappe alluviale avec un cours d'eau de faible importance. La recharge de l'aquifère se fait alors principalement par l'infiltration et la percolation de l'eau à travers la zone non saturée du sol. Dans une telle situation les fuites de nitrate sous les parcelles agricoles influencent donc significativement les concentrations en nitrate de la nappe. La modélisation de deux situations culturales (une culture de pommes de terre en 1993 et une culture de betteraves à sucre en 2002) avec le modèle de culture STICS a permis d'une part de confirmer que les pratiques agricoles avaient un impact significatif sur l'évolution des concentrations en nitrate de la nappe, et d'autre part d'expliquer en partie la diminution des concentrations en nitrate de la nappe qui a été observé entre les études (1993 et 2002). La plaine alluviale de la Garonne correspond à une situation ou les concentrations en solutés de la nappe sont influencées par les échanges nappe-zone non saturée mais également par les échanges nappe-rivière. Le couplage des sorties du modèle STICS (drainage et concentration en nitrate) avec le modèle hydro-biogéochimique 2SWEM a permis de rendre compte de ces deux types d'interactions, et ainsi d'une part d'expliquer la répartition spatiale des concentrations en nitrate dans la nappe alluviale, et d'autre part d'évaluer l'impact de modifications des pratiques agricoles sur ces concentrations (notamment l'effet des Cultures Intermédiaires Piège À Nitrate)
It is now, well recognized that agricultural activities are responsible for an important part of the groundwater nitrate pollution. The case of the alluvial plains is particularly interesting because they associate the presence of a rich and deep soil, very favourable to the agriculture, and shallow alluvial groundwater. In this work we are interested in two types of alluvial plain. The alluvial plain of the Alegria River (Pays-Basque, Spain) represent the case of an alluvial plain with a small river. The recharge of the aquifer is mainly made by the infiltration and the percolation of the water through the not saturated zone of the soil. In such situation the nitrate leaching under the agricultural plots influences significantly the groundwater nitrate concentrations. The modelling of two crops (a potato crop in 1993 and a sugar beet crop in 2002) with the model the STICS soil-crop allowed on one hand to confirm that the agricultural practices had a significant impact on the evolution of the groundwater nitrate concentrations, and on the other hand to explain partially the decrease of the concentrations which was observed between the studies (between 1993 and 2002). The alluvial plain of the Garonne corresponds to a situation where the groundwater solutes concentrations are influenced by the exchanges between not saturated zone and the groundwater but also by the exchanges between groundwater and river. The coupling of the STICS model outputs (drainage and concentration in nitrate) with the hydro-biogeochemical model 2SWEM allowed to simulate these two types of interactions, and so, on one hand to explain the spatial distribution of the groundwater nitrate concentrations, and on the other hand to estimate the impact of modifications of the agricultural practices on these concentrations (notably the effect of the catch crop)

Un dispositif en sol nu comprenant trois parcelles (90 m²) et six cases lysimétriques (4 m²) instrumentées a permis d’étudier l’influence d’apports répétés d’une boue de station d’épuration (BOUE) et de la même boue compostée avec des déchets verts (DVB) sur (i) les modifications des propriétés physico-chimiques et hydriques du sol ; (ii) le transport des ions bromures ; (iii) la dynamique de minéralisation du carbone et de l’azote organiques dans le sol. Finalement, le calage des paramètres hydrodynamiques et de décomposition de la matière organique dans le sol, propres à chaque horizon des profils de sols instrumentés, a permis une description satisfaisante de la dynamique hydrique et du transport des ions bromures et nitrates observés expérimentalement. Ces résultats aideront à l’adaptation de scénarios agronomiques sur le long terme pour répondre plus efficacement aux problématiques liées aux nouvelles exigences de recyclage des déchets et de protection de l’environnement
An instrumented experimental bare soil site including three plots (90 m²) and six lysimeters (4 m²) has enabled to study the influence of repeated sewage sludge (SS) applications, as well as the same sewage sludge composted with green waste (SGW), on (i) the soil physicochemical and hydric properties ; (ii) the transport of bromide ions ; (iii) the organic carbon and nitrogen mineralization dynamics in soil. Finally, fitting the governing hydraulic parameters and the organic matter decomposition parameters in each soil horizon allowed a satisfying description of the experimentally observed water and bromide and nitrate ions transport in soil. These results will help conceive long-term agronomical scenarios aimed at providing more efficient answers to the new requirements of environmental protection and waste recycling policies

En petite beauce (agriculture intensive et irrigation estivale generalisee), les caracteristiques du milieu physique (faible epaisseur de la couverture de sol, permeabilite elevee des calcaires, recharge de la nappe phreatique essentiellement dependante du bilan hydrique de la couverture de sol) conferent a cette region une sensibilite particulierement elevee a la pollution diffuse d'origine agricole. Le nitrate constitue l'un des principaux facteurs de deterioration de la qualite des eaux souterraines. Dans l'optique d'une meilleure gestion de l'interculture, l'objectif de ce travail est de contribuer a la connaissance du fonctionnement hydrique hivernal de la couverture de sol et d'analyser ses consequences a la fois sur la recharge de l'aquifere et sur le transfert de nitrate. Pour cela, nous avons developpe une approche conceptuelle, sur la base de la realisation de mesures in situ pendant trois hivers successifs: 91-92, 92-93 et 93-94. Plusieurs dispositifs d'etude des transferts d'eau (tensiometrie, humidimetrie neutronique et humidimetrie capacitive) et de solutes (plaques lysimetriques) ont ete installes durant chaque hiver. Une etude des modalites des transferts d'eau et de la composition chimique de la solution du sol sur la base d'une analyse detaillee des donnees experimentales a ainsi ete effectuee. Les flux d'eau aux principales limites pedologiques ont ete calcules. Les resultats ont ete analyses en termes de consequences sur la recharge de la nappe phreatique. Par ailleurs, une evaluation des incertitudes sur les differentes grandeurs physiques mesurees ainsi que sur les differents termes du bilan hydrique a ete effectuee. Enfin, nous avons evalue les risques de drainage et de lixiviation du nitrate grace a l'utilisation d'un modele d'infiltration base sur la resolution numerique de l'equation de richards (par la methode des elements finis). Apres une caracterisation hydrodynamique du sol et une validation du modele sur les trois annees de suivi, nous avons etabli des modeles previsionnels du risque de drainage (simulations sur des annees climatiques contrastees choisies a l'issue d'une analyse frequentielle sur la chronique 1960-1994). Enfin, un couplage flux d'eau/concentration en nitrate a permis la construction d'abaques pour la prevision de la lixiviation du nitrate sous sol nu

A partir de protocoles de terrain en mini-cases lysimétriques, nous avons estimé la contribution de l'azote engrais aux lixiviations de nitrates en sol argilo-calcaire. Il nous a été possible à partir d'un engrais marqué de mettre en évidence les cinétiques d'immobilisation et de reminéralisation au cours d'une année culturale. D'autre part sur le même sol, nous avons testé l'influence de l'enfouissement de paille à l'intersaison sur la limitation de lixiviation des nitrates. Enfin, une étude portant sur quatre sols lorrains nous a permis d'estimer au champ l'influence du pédo-climat sur la migration des nitrates en profondeur. Une étude sous paramètres contrôlés nous a permis de mettre en évidence dans les quatre sols l'influence du complexe organo-minéral sur les intensités d'immobilisation après un mois d'incubation. Par la suite sur les mêmes sols incubés après extraction de l'azote minéral, nous avons implanté de ray-grass d'Italie. Nous avons ainsi pu déterminer la biodisponibilité potentielle de l'azote et l'on constate des intensités et des cinétiques différentes de reminéralisation de l'azote engrais préalablement organisé. Une étude comparative de l'évolution des différentes fractions organiques azotées obtenues par hydrolyse acide nous a permis de déterminer l'origine de l'azote reminéralisé ; ces résultats soulignent une évolution biochimique différente des composés organiques azotés en fonction de la nature pédogénétique des sols

Second-generation biofuels could provide renewable energy while reducing the globaleconomy dependence on oil and mitigating climate change. However, their greenhouse gasemission balances, as well as their energy and environmental balances, are discussed,especially when they are produced from agricultural feedstock. The use of agriculturalfeedstock for energy purposes also raises the issue of competition with food production. Inthis context, this work contributes to the assessment of the sustainability of Miscanthus xgiganteus, a perennial C4 crop candidate to the production of second-generation ethanol. Theobjectives of this work are (i) to achieve a multicriteria evaluation of cropping systems basedon M. Giganteus using data collected in farmers’ fields and (ii) to compare these croppingsystems with cropping systems including other resources Agricultural candidates for biofuelproduction. The main contributions of this work are (i) the study of the variability of yieldsand winter nitrate losses in a network of commercial fields located in Burgundy (France), (ii)the characterization by modeling of M. giganteus long-term yield evolution and (iii) theintegration of these findings in a process of cropping systems design and assessment aimingat comparing M. giganteus with other feedstock candidate to the production of bioethanol.The study of M. giganteus in farmers’ fields shows that the high variability of yields andnitrate losses is linked to (i) crop age, (ii) soil type and (iii) the type of field (i.e. culturalhistory, size, shape, and environment). Contrasting yield scenarios, built by combining datacollected in commercial fields with a long-term yield evolution model, show that thesensitivity of assessment results regarding yields depends on the assessment field. Theinsertion of M. giganteus in a cropping system can significantly improve the greenhouse gasemission balance as well as the environmental balance, compared with a cropping systembased on a short cropping sequence. Economic results depend strongly on M. giganteus yield.Other agricultural feedstocks are also interesting, especially on soils where the yield potentialof M. giganteus is low: this is particularly the case of alfalfa stems, which can be used forsecond-generation ethanol production
Second-generation biofuels could provide renewable energy while reducing the globaleconomy dependence on oil and mitigating climate change. However, their greenhouse gasemission balances, as well as their energy and environmental balances, are discussed,especially when they are produced from agricultural feedstock. The use of agriculturalfeedstock for energy purposes also raises the issue of competition with food production. Inthis context, this work contributes to the assessment of the sustainability of Miscanthus xgiganteus, a perennial C4 crop candidate to the production of second-generation ethanol. Theobjectives of this work are (i) to achieve a multicriteria evaluation of cropping systems basedon M. Giganteus using data collected in farmers’ fields and (ii) to compare these croppingsystems with cropping systems including other resources Agricultural candidates for biofuelproduction. The main contributions of this work are (i) the study of the variability of yieldsand winter nitrate losses in a network of commercial fields located in Burgundy (France), (ii)the characterization by modeling of M. giganteus long-term yield evolution and (iii) theintegration of these findings in a process of cropping systems design and assessment aimingat comparing M. giganteus with other feedstock candidate to the production of bioethanol.The study of M. giganteus in farmers’ fields shows that the high variability of yields andnitrate losses is linked to (i) crop age, (ii) soil type and (iii) the type of field (i.e. culturalhistory, size, shape, and environment). Contrasting yield scenarios, built by combining datacollected in commercial fields with a long-term yield evolution model, show that thesensitivity of assessment results regarding yields depends on the assessment field. Theinsertion of M. giganteus in a cropping system can significantly improve the greenhouse gasemission balance as well as the environmental balance, compared with a cropping systembased on a short cropping sequence. Economic results depend strongly on M. giganteus yield.Other agricultural feedstocks are also interesting, especially on soils where the yield potentialof M. giganteus is low: this is particularly the case of alfalfa stems, which can be used forsecond-generation ethanol production

L'agroforesterie de type culture intercalaire (CI) est une pratique agricole alternative alliant rangées d'arbres et cultures conventionnelles. Supprimer la dichotomie entre agriculture et foresterie pourrait contribuer à rétablir une production domestique de bois de feuillu chancelante en plus de créer des bénéfices environnementaux. Parmi ces avantages on compte une augmentation de la qualité du sol. Cette dernière est souvent définie comme un amalgame de fertilité, biodiversité, contribution à la santé environnementale, qualité physique et absence de pathogènes. Le présent travail s'inscrit au sein de l'effort d'un collectif de chercheurs tentant d'étudier les possibles avantages de l'adoption des CI au Canada. Plus particulièrement, les pages qui suivent s'intéressent à deux aspects de la qualité du sol: la diversité microbienne et à la réduction du lessivage des nitrates dans les sols des CI. Dans le chapitre 1, l'utilisation des acides gras phospholipidiques des communautés microbiennes révèle une plus grande hétérogénéité spatiale (beta-diversité) microbienne dans une CI que dans une culture conventionnelle lorsqu'il y a une part d'argile assez importante dans le sol et/ou que les racines des arbres utilisés prolifèrent en surface. Bien que des tentatives de lier cette hétérogénéité à des propriétés physico-chimiques du sol et à une plus grande stabilité des communautés microbiennes demeurent pour l'instant infructueuses, ce travail a mis en lumière une présence accrue des mycorhizes arbusculaires dans les CI. Dans le chapitre 2, l'utilisation de lysimètres permet de détecter, pour la période de mai à mi-octobre, une diminution d'au moins 81% des nitrates lessivant dans l'eau du sol lorsque les racines des arbres d'une CI sont préservées, en comparaison avec une section où les racines sont tranchées et isolées du système. Ce travail suggère que l'adoption des CI pourrait contribuer à diminuer le lessivage de ce polluant dans les zones agricoles du Québec.

Ce travail de thèse est consacré à la caractérisation des propriétés mécaniques de l’interphase pâte de ciment-granulat au cours de l’hydratation et au cours de la dégradation chimique par lixiviation. La microstructure de l'interphase entre la pâte de ciment et les granulats est caractérisée par une porosité supérieure à celle de la pâte de ciment. Cette zone constitue un point de fragilité dans le béton et ses propriétés affectent fortement le comportement mécanique du béton à l’échelle macroscopique et à l’échelle de la structure. Dans ce travail, la résistance de l’interphase pâte de ciment-granulat est analysée expérimentalement à l'échelle locale. Des essais expérimentaux sont réalisés sur des composites constitués de granulats liés par une pâte de ciment portland préparée avec un rapport Eau/Ciment de 0,5. Des dispositifs expérimentaux dédiés ont été conçus et réalisés de manière à être adaptés à la taille et à la forme des échantillons. La forme des échantillons utilisés et les outils expérimentaux développés permettent de solliciter directement l’interphase. A différents stades de l'hydratation, des échantillons de pâte de ciment seule et des composites sont soumis à des essais de compression, de traction et de cisaillement direct. L’étude des propriétés mécaniques de l’interphase pâte de ciment-granulat révèle une faiblesse de cette zone en termes de propriétés mécaniques..Le protocole expérimental mis au point a permis d’étudier les effets du mécanisme de lixiviation du calcium au niveau de l’interphase sur les propriétés mécaniques du béton à l’échelle locale. Compte tenu du temps caractéristique long du phénomène de lixiviation, la mise en situation expérimentale au laboratoire est accélérée en remplaçant l’eau par une solution de nitrate d'ammonium. Afin de quantifier le développement et la cinétique de dégradation au niveau de la liaison cimentée, les fronts de lixiviation du béton sont caractérisés à différents degrés de dégradation en utilisant la phénolphtaléine comme traceur. Des essais mécaniques locaux (compression, traction et cisaillement) sont réalisés sur les composites et sur la pâte de ciment à différents temps de dégradation. L’étude de l’effet de la lixiviation à l’échelle locale montre le rôle important de l’interphase pâte de ciment-granulat lors du processus de dégradation chimique sur les propriétés mécaniques du composite
In this work, we presents an experimental study to characterize the mechanical properties at the local scale of the cement paste-aggregate interface during hydration and during chemical degradation by leaching.It is generally accepted that the microstructure of the interface between the aggregates and the cement paste is characterized by a higher porosity than that of cement paste. This makes this zone a weak point in the concrete. The particular properties of this zone strongly influence the mechanical behavior of concrete. In this work, the mechanical properties of the cement paste-aggregate composite, are experimentally studied. The experimental tests are performed on composites at classical aggregate scale (one centimeter of section). These composite are composed by and Portland cement paste and aggregate. The cement paste is prepared with a water/cement ratio of 0.5. The shape of the prepared composites makes them convenient for direct tensile and shear tests. At different stages of hydration, we performed direct tensile and shear tests on the composites by means of specific devices. The same tests were carried out on the cement paste in order to compare with composites results. The shape of the prepared composites makes them convenient to characterize the cement paste-aggregate interface. At different stages of hydration, the composites are subjected to compression tests, direct tensile tests or shear tests. The study of the mechanical properties of the cement-aggregates interface revealed that the cement paste-aggregate interface is the weakest zone in the composite.An experimental protocol was developed to study the effects of calcium leaching mechanism at the cement paste-aggregate interface on the mechanical properties of the concrete. As the process of leaching with the deionised water occurs very slowly, the experimental study in the laboratory is accelerated by replacing the water by ammonium nitrate solution. To quantify the development and kinetics of degradation at the cemented bond, the concrete leaching fronts are characterized at different levels of degradation by using phenolphthalein. Local mechanical tests (compression, tensile and shear) are performed on composite and cement paste at different stages of degradation. The experimental results show that there is a leaching effect on the alteration of the mechanical properties at the cement paste-aggregate interface

Les pratiques agricoles intensives de l’agriculture conventionnelle (AC) ont engendré des fuites d’azote dans l’environnement, via la lixiviation du nitrate (NO3-) et les émissions d’oxyde nitreux (N2O). Une hypothèse de ce travail était que l’agriculture biologique (AB) pouvait contribuer à réduire ces fuites. En conséquence, l’objectif principal de cette thèse a été de mesurer et de quantifier ces fuites d’azote à différentes échelles spatiales (processus, exploitation, bassin versant) et dans différentes systèmes de cultures (AB/AC) du bassin de la Seine.A l’échelle d’une exploitation, la rotation AB (7 ans) engendre 28% mois d’émission de N2O et 25% mois de lixiviation de NO3. A l’échelle du processus, la nitrification, la dénitrification et leurs émissions de N2O associées présentent, en fonction d’un gradient de températures (5-45°C), des courbes gaussiennes. De plus, à l’échelle du bassin versant de l’Orgeval, les bilans azotés ont montré que les pratiques de l’AB (mesure préventive) permettent de réduire les pollutions nitriques diffuses sans engendrer une augmentation d’émissions de N2O, ce qui n’est pas le cas lors de la création d’étangs (mesure curative). Enfin dix-huit exploitations agricoles (8 AB, 10 AC) ont été équipés en bougies poreuses dans le bassin de la Seine. A l’échelle de leurs rotations, les concentrations moyennes sont en AB de 10.1 ± 3.4 mg N l-1 et en AC de 16.6 ± 10.3 mg N l-1. Ces concentrations, converties en flux, aboutissent à des quantités d’azote lixivié en AB de 15.3 ± 9.7 kg N ha-1 et en AC de 27 ± 24.7 kg N ha-1 selon différents pôles pédoclimatiques
In the past decades, intensive conventional farming (CF) has led to nitrogen (N) losses in the environment, due to nitrate (NO3-) leaching and to nitrous oxide (N2O) emissions. We assumed that organic farming (OF) could contribute in reducing these losses. Therefore, the main aim of this PhD study is to measure and quantify N losses in different spatial scales (process, farm, catchment) and different arable cops systems (OF/CF) in the Seine basin.At the farm scale, the OF rotation reduce by 28% N2O emissions and by 25% NO3 leached. At the processes scale, nitrification, denitrification and their N2O emissions associated, according to a range of temperatures (5-45°C) showed Gaussian curves. At the Orgeval basin scale, the N balance showed OF system (a preventive measure) would allow to reduce diffused N pollution without increasing N2O emissions, differently from the implementation of ponds (a curative measure).Finally, 18 arable crop systems (8 OF, 10 CF) have been equipped with ceramic cups in the Seine basin. At the rotation scale, the sub-root concentrations means were 10.1 ± 3.4 mg N l-1 for the OF systems (with alfalfa in the head of the rotation) and 16.6 ± 10.3 mg N l-1 for the CF systems. The sub-root concentrations converted in the N flow led to 15.3 ± 9.7 kg N ha-1 in OF and 27 ± 24.7 kg N ha-1 in CF, depending on farms in different soil and climate conditions

Face à la pollution généralisée des masses d’eau souterraines par les nitrates et les pesticides, l’agriculture biologique (AB) est présentée comme un outil pertinent pour la reconquête de la qualité des eaux sur les aires d’alimentation de captage (AAC). Ce travail vise à mieux définir l’opportunité d’un développement de l’AB sur des zones à enjeu eau. L’objectif de la thèse est d’évaluer conjointement la faisabilité des conversions sur les exploitations de l’AAC et l’efficacité de ces conversions par rapport aux enjeux de reconquête de la qualité de l’eau.Etudier l’opportunité d’un développement de l’AB à l’échelle territoriale suppose d’instruire la diversité des exploitations et des profils d’agriculteurs sur la zone à enjeu eau. Pour être en mesure de tester l’opportunité des conversions, une méthode typologique permettant d’analyser conjointement la variabilité actuelle des pressions sur les zones à enjeu eau et la propension des agriculteurs conventionnels à la conversion est nécessaire.Pour produire cette typologie, nous avons développé une méthode innovante d’analyse compréhensive des pratiques, centrée sur les principes d’action à l’origine des systèmes de culture. Les principes d’action correspondent à des méta-raisonnements à l’origine de l’organisation concrète des pratiques agricoles sur le territoire d’exploitation. Par l’analyse conjointe du discours des agriculteurs et de la variabilité des règles de décision, nous avons élaboré des typologies basées sur les postures techniques des agriculteurs pour i) identifier des principes d’action associés aux pratiques à risque et ii) dégager des proximités éventuelles entre agriculteurs biologiques et agriculteurs conventionnels. La méthode a été testée sur deux territoires à enjeu eau en Rhône-Alpes, sur lesquels des entretiens semi-directifs ont été réalisés auprès d’exploitants conventionnels et biologiques.Cinq principes d’action génériques à l’origine de l’organisation de l’assolement et cinq principes d’action génériques à l’origine des pratiques culturales ont été dégagés. A partir des différents principes d’action, des typologies des postures techniques ont été produites sur les deux terrains. Les pressions à l’origine de la lixiviation des nitrates et des pesticides ont été évaluées et spatialisées via le recours à des indicateurs agro-environnementaux. Nous avons démontré que la variabilité forte des indicateurs et leur distribution spatiale sur les AAC étaient liées à la diversité des postures techniques entre agriculteurs.Nous avons comparé les principes d’action mobilisés par les agriculteurs conventionnels et les agriculteurs biologiques « références » présents sur les zones à enjeu eau. Par l’étude des spécificités des postures techniques en AB, trois critères de propension à la conversion ont été identifiés. Plusieurs degrés de propension à la conversion ont été dégagés parmi les agriculteurs conventionnels des deux territoires.L’analyse croisée des degrés de propension à la conversion et des différentiels de pressions entre systèmes conventionnels et biologiques nous a permis d’évaluer l’opportunité d’un développement de l’AB sur les deux territoires. Nos résultats ont mis en évidence des niveaux de pression limités quant à la lixiviation des nitrates sur les systèmes biologiques : un développement exhaustif de l’AB à l’échelle des deux AAC entrainerait potentiellement une réduction forte de la lixiviation des nitrates. Néanmoins, l’opportunité d’un tel développement doit être relativisée. Les agriculteurs présentant une propension réelle ou forte à la conversion sont minoritaires sur les AAC. Ensuite, le différentiel des pressions entre systèmes conventionnels et systèmes biologiques diminue à mesure que la propension à la conversion augmente. Pour envisager une diminution forte des pressions sur les zones à enjeu eau, la conversion devrait concerner des exploitants pour lesquels cette conversion est difficilement envisageable à moyen terme
Many problems with nitrate and pesticide contamination from agriculture exist in European drinking water catchments. In France, a new mitigation approach aims at preventing water quality degradation in explicitly targeting agricultural non-point source pollutions associated with leaching of nitrates and pesticides. This work aims at assessing the opportunity to develop organic farming in water catchment areas in order to reduce nitrate and pesticide leaching from root zone. The objective was to analyze both i) feasibility of conversions to organic farming on farms concerned by water preservation and ii) the potential impacts of these conversions in terms of nitrate and pesticide leaching reduction.To explore the potential contribution of organic farming in water catchment areas, we develop an innovative typology approach to characterize farmers’ conceptions and strategies related to cropping systems’ organization on the farm territory. Our method was tested in two French water catchment areas characterized by diversified production systems, where semi-structured interviews were carried out with conventional and organic farmers. Resulting typologies of farmers were used to assess leaching risks variability related with current cropping systems and to identify potential similarities between conventional and organic farmers’ conceptions. Nitrate and pesticide leaching risks for cropping systems were assessed and spatialized by using four agro-environmental indicators. Our results show major variations for all indicators at both study sites, for example N-surpluses which range from -105 to 192 kg N ha-1 year-1. These variations are deeply related with diversity of farmers’ conceptions summarized in typologies. To assess proximity of conventional farmers to organic farming, we used typologies to compare conceptions related to organization of cropping systems between conventional and organic farmers. By analyzing specificities of organic farmers’ conceptions, we determined three main criteria of proximity to organic farming; these criteria were then used to identify various degrees of proximity to organic farming among conventional farmers in the catchment areas.To assess potential contribution of organic farming to water preservation in catchment areas, we firstly compared nitrate leaching risks between conventional and organic cropping systems. Our results reveal low leaching risks from organic systems, characterized by reduced N-surpluses and lower bare soils frequencies in autumn. According to these results, massive development of organic farming should decrease nitrate leaching in our two water catchment areas. However, analysis of similarities between conventional and organic farmers’ conceptions shows that a majority of farmers are characterized by a low level of proximity to organic farming. Moreover, the farmers who show strongest similarities with organic farmers’ conceptions are already those with low leaching risks cropping systems. To significantly lower nitrate leaching risks, conversions should concern conventional farmers with low degree of proximity to organic farming