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Article technique
02. avril 2019

Résultat de l'étude NAWA SPEZ 2017

Pollution élevée des ruisseaux par les produits phytosanitaires

La contamination par les produits phytosanitaires (PPh) de cinq petits cours d'eau de zone agricole a été évaluée dans l'étude NAWA SPEZ 2017. Sur les 217 substances actives analysées, 145 ont été détectées, chaque échantillon en contenant en moyenne 34. Des dépassements des critères de qualité ‚Äď relatifs à l'écotoxicité aiguë comme chronique ‚Äď ont été constatés dans tous les cinq ruisseaux pour un total de 31 substances. Ces dépassements, d'un facteur neuf à 30, indiquent un risque élevé pour les organismes aquatiques dans tous les cours d'eau étudiés.
Simon Spycher, Tobias Doppler, Silwan Daouk, Christian Stamm, Heinz Singer, Marion Junghans, Manuel Kunz, Rebekka Teichler, Evelyne Vonwyl, Philipp Longrée, 

Les produits phytosanitaires dans les cours d'eau Suisse

Les produits phytosanitaires (PPh) d'origine agricole repr√©sentent la principale forme de micropollution des petits cours d'eau et de ceux de taille moyenne [1]. Les micropolluants d'origine urbaine jouent en effet un r√īle plut√īt subalterne dans ces milieux dans la mesure o√Ļ les stations d'√©puration rejettent en g√©n√©ral leurs effluents dans des cours d'eau de plus grande taille. Le recensement des donn√©es d'analyse de PPh dans les eaux de surface r√©v√®le que l'on dispose de beaucoup moins de donn√©es sur les petits ruisseaux que sur les rivi√®res plus importantes [2, 3, 4]. Pour pallier ce manque, plus de 200 compos√©s ont √©t√© recherch√©s √† l'aide d'un √©chantillonnage fr√©quent dans cinq petits cours d'eau de d√©but mars √† fin ao√Ľt 2015 dans le cadre de l'√©tude NAWA SPEZ 2015 (Observation nationale de la qualit√© des eaux de surface, √©tudes sp√©cifiques). Chacun des cinq ruisseaux pr√©sentait un profil de pollution particulier caract√©ris√© par une √©volution individuelle des concentrations. Tous pr√©sentaient des d√©passements des crit√®res de qualit√© √©cotoxicologiques et quatre d'entre eux subissaient une pollution prolong√©e par les PPh [5, 6].

La nouvelle étude, NAWA SPEZ 2017, présentée ici, visait à savoir si les fortes pollutions observées en 2015 se confirmaient dans d'autres petits cours d'eau et lors d’une autre année d'observation et si le spectre de polluants conduisant à des dépassements des critères de qualité écotoxicologiques s'était modifié. Pour ce faire, cinq petits cours d'eau répartis sur tout le Plateau suisse ont à nouveau été sélectionnés. Deux d'entre eux avaient déjà été étudiés en 2015, ce qui permettait d'évaluer les variations interannuelles des concentrations.

Une étude approfondie a été menée pour réévaluer les résultats des trois études de NAWA SPEZ réalisées jusqu'à présent sur les produits phytosanitaires. Elle englobait donc l'étude de 2012 menée dans des cours d'eau de taille moyenne [7, 8] et les deux études NAWA SPEZ 2015 et 2017 sur les petits cours d'eau. Ce pool de données, aussi large que détaillé, est fondamental pour l'appréciation de l'état des eaux en Suisse et sert de base de planification pour le programme de surveillance nationale des produits phytosanitaires dans les eaux de surface actuellement en cours d'élaboration. En effet :

  • La comparaison des 13 cours d'eau livre des informations sur la variabilit√© spatiale de la pollution par des produits phytosanitaires qui r√©sulte de la forte variabilit√© des surfaces relatives d√©di√©es aux diverses cultures et des diff√©rentes potentialit√©s de rejet dues aux conditions locales.
  • La densification temporelle de l'√©chantillonnage (NAWA SPEZ 2015 et 2017) permet de mieux comprendre la dynamique de la pollution et d'estimer dans quelle mesure les pics de concentration risquent d'√™tre sous-estim√©s par les strat√©gies d'√©chantillonnage bas√©es sur des pr√©l√®vements plus espac√©s dans le temps [6].
  • L'√©tendue des analyses permet d'identifier, parmi plus de 200 substances actives utilis√©es dans le domaine agricole, celles qui conduisent √† des d√©passements des crit√®res de qualit√© sur une grand partie du territoire national et celles qui ont une importance locale.

 

Méthodes appliquées dans NAWA SPEZ 2017

Sites d'étude et conditions météo

Cinq petits cours d'eau dont le bassin couvre une superficie de 0,9 √† 6,7 km2 ont √©t√© s√©lectionn√©s dans diff√©rentes r√©gions de Suisse. Leurs bassins versants ont en commun d'√™tre tr√®s agricoles et de ne recevoir aucuns rejets d'eaux us√©es provenant de stations d'√©puration ou de d√©versoirs d'orage (Fig. 1). Pris dans leur ensemble, ces bassins versants affichent une grande diversit√© de cultures: en plus des grandes cultures pr√©sentes entre 29 et 64% de la surface, des cultures plus fortement consommatrices de PPh ‚Äď comme les vergers et petits fruits (Eschelisbach), la vigne (Hoobach) et les cultures mara√ģch√®res (Weierbach) ‚Äď sont repr√©sent√©es. La part de zones urbaines est faible √† mod√©r√©e (0 - 14%), si bien qu'il est permis de consid√©rer que la charge en PPh constat√©e dans les cours d'eau est presque exclusivement d'origine agricole. Cette assomption a √©t√© v√©rifi√©e par l'analyse de traceurs typiques des eaux us√©es. La part de ces effluents d'origine urbaine a pu √™tre estim√©e √† moins de 2% sur tous les sites, ce qui est extr√™mement bas. La faible influence des eaux us√©es domestiques, suppos√©e en raison des formes dominantes d'utilisation du sol, est ainsi confirm√©e.

L'intensit√© et le volume des pr√©cipitations ont une grande influence sur l'importance des rejets de PPh dans les eaux de surface [10, 11]. En effet, les pluies importantes induisent en g√©n√©ral une augmentation de ces √©missions. Les donn√©es de la station de M√©t√©oSuisse la plus proche de chaque site ont donc √©t√© analys√©es. Il appara√ģt que, dans la p√©riode √©tudi√©e qui s'√©tendait de mars √† octobre 2017, tous les bassins versants √† l'exception de celui de l'Eschelisbach ont connu une s√©cheresse exceptionnelle. Les pr√©cipitations cumul√©es re√ßues par le Hoobach et le Chr√ľmmlisbach √©taient les plus faibles depuis 38 ans (de 1980 √† 2017). La p√©riode d'√©tude se situait en deuxi√®me position des ann√©es les plus s√®ches depuis ces 38 ans dans le bassin du Bainoz et en cinqui√®me position dans celui du Weierbach. √Ä l'inverse, les conditions enregistr√©es √† l'Eschelisbach √©taient plus humides qu'√† l'ordinaire. Les pr√©cipitations cumul√©es de mars √† octobre 2017 se situaient juste en dessous du troisi√®me quartile de la p√©riode 1980 - 2017. Il est donc raisonnable de penser que durant les ann√©es pr√©sentant des pr√©cipitations plus abondantes, la pollution par les PPh √©tait plus √©lev√©e qu'en 2017 dans 4 des 5 cours d'eau √©tudi√©s.

Stratégie d'échantillonnage

Des √©chantillons d'eau ont √©t√© pr√©lev√©s en continu de d√©but mars √† la mi-octobre 2017 dans les cinq ruisseaux √† l'aide d'√©chantillonneurs automatiques r√©frig√©r√©s √† 4¬įC (Maxx, TP5C). Pour la premi√®re fois, les rejets de PPh survenant √† l'automne ont ainsi pu √™tre pris en compte dans une √©tude NAWA SPEZ [5, 7]. Par ailleurs, le recours √† la r√©frig√©ration a √©galement permis d'am√©liorer la quantification des substances se d√©gradant rapidement.

Des √©chantillons unitaires de 35 ml ont √©t√© pr√©lev√©s toutes les 45 minutes et rassembl√©s pour former des √©chantillons composites de trois jours et demi (√©chantillons de 20 ml toutes les 15 minutes au Chr√ľmmlisbach). M√™me si cette strat√©gie d'√©chantillonnage √† intervalles de temps r√©guliers implique encore une dilution des pics de concentration les plus courts, les √©chantillons composites de 3,5 jours permettent d'obtenir les concentrations moyennes n√©cessaires √† une appr√©ciation de la pollution aigu√ę par les PPh (cf. chapitre Appr√©ciation des concentrations mesur√©es). Les √©chantillons ont √©t√© collect√©s une fois par semaine par les services cantonaux puis directement exp√©di√©s √† l'Eawag dans des conteneurs r√©frig√©r√©s. Ils ont ensuite √©t√© conserv√©s √† -20¬įC jusqu'√† leur analyse. Un flaconnage en verre a √©t√© utilis√© aussi bien pour les pr√©l√®vements que pour le transport et le stockage des √©chantillons. Au total, 313 √©chantillons ont √©t√© analys√©s, soit de 61 √† 66 par site. Gr√Ęce √† cette strat√©gie, des pr√©l√®vements ont pu √™tre effectu√©s quasiment sans interruption pendant sept mois et demi dans les cinq cours d'eau. √Ä noter, toutefois, qu'au Bainoz, au Chr√ľmmlisbach et au Weierbach, de courtes pannes des √©chantillonneurs ont conduit √† la perte de deux √† cinq √©chantillons par site.

Analyses
Méthodes d'analyse

La m√©thode utilis√©e permet de quantifier la fraction dissoute des substances actives de PPh. Une fois filtr√©s au laboratoire, les √©chantillons (20 ml) ont √©t√© concentr√©s par extraction sur phase solide automatis√©e (SPE) puis analys√©s par chromatographie liquide (LC) coupl√©e √† la spectrom√©trie de masse haute r√©solution en tandem (HRMS/MS, Orbitrap-Technologie) [12]. Les concentrations ont √©t√© d√©termin√©es gr√Ęce √† des √©talons de r√©f√©rence et √† des √©talons internes isotopiques. Dans 87% des cas, le taux de recouvrement des substances d√©tect√©es √©tait de 80 √† 120%. Pour les substances disposant de leur propre √©talon interne isotopique, un taux de recouvrement de cet ordre √©tait atteint dans 98% des cas, ce qui confirme la grande pr√©cision des mesures.

Une méthode spécifique a été utilisée pour le glyphosate: les échantillons ont été centrifugés pour se débarrasser de toute particule puis analysés par chromatographie ionique (IC) couplée à l'HRMS/MS.

Le choix des composés à analyser s'est porté sur des substances actives organiques de synthèse, compatibles avec la méthode LC-HRMS choisie. Au total, 217 PPh ont été recherchés. Par rapport à la sélection de la dernière étude NAWA SPEZ (2015), 24 nouveaux composés ont été ajoutés à la liste de substances cependant que 23 en ont été retirés parce qu'ils n'étaient plus autorisés depuis longtemps et/ou qu'ils n'avaient jamais été détectés en 2015. Par ailleurs, 9 traceurs d'eaux usées ont été également mesurés avec cette méthode afin de détecter d'éventuelles entrées d'effluents domestiques provenant des réseaux d'assainissement.

La limite de détection était inférieure au critère de qualité chronique pour 161 PPh et lui était supérieure pour six substances. Pour les 50 PPh restants, qui n'ont pas été détectés, aucune critère de qualité n'a été déterminé (voir détails dans la partie Appréciation des concentrations mesurées).

Les tests de stabilit√© ont montr√© que, pour la plupart des substances (92%), aucune d√©gradation significative ne se produisait lors du stockage √† -20¬įC et de la d√©cong√©lation des √©chantillons. Les pertes constat√©es concernaient principalement un petit nombre de substances sensibles √† l'hydrolyse.

Part étudiée des PPH homologués en Suisse

En 2017, 241 PPh organiques de synthèse étaient autorisés en Suisse de même que quatre phytoprotecteurs et un synergiste. 181 ont été analysés dans cette étude (Tab. 1). Les analyses ont par ailleurs porté sur 36 substances qui étaient autrefois homologuées mais dont l'utilisation n'était plus autorisée depuis au moins 2017 (l'atrazine et le diazinon, par exemple). L'éventail de composés recherchés couvre donc 74% des PPh organiques de synthèse autorisés en Suisse, ce qui est un taux encore inégalé par ailleurs avec les techniques d'analyse chimique.

Les 65 composés homologués n'ayant pu être détectés avec la méthode employée ici sont, dans leur grande majorité, soit très rapidement hydrolysables, soit fortement adsorbables, soit fortement polaires.

Les 22 substances actives appartenant à la première catégorie sont le plus souvent des fongicides qui s'hydrolysent avec une demi-vie de moins de deux jours, dont notamment le folpet, le captan et le mancozèbe, dont plus de 30t sont vendues chaque année [13]. Il n'aurait été possible de doser ces composés se dégradant très rapidement dans l'eau que par des mesures effectuées sur place en temps réel étant donné qu'ils se seraient déjà hydrolysés pendant l'échantillonnage et le transport.

La deuxi√®me cat√©gorie, qui regroupe les compos√©s √† forte capacit√© d'adsorption, comprend notamment des substances actives fortement apolaires (log Kow >5), le plus souvent des insecticides comme les pyr√©thrino√Įdes (8), et certains compos√©s ioniques (3) qui se lient tr√®s fortement aux particules d'argile (comme le diquat et le chlorm√©quat). Le non-dosage de ces compos√©s est particuli√®rement probl√©matique d'un point de vue √©cotoxicologique dans le cas des pyr√©thrino√Įdes, dans la mesure o√Ļ ces derniers peuvent √™tre tr√®s nuisibles aux organismes aquatiques sensibles √† des concentrations extr√™mement faibles. Des recherches ont donc √©t√© effectu√©es ces derni√®res ann√©es pour mettre au point une m√©thodologie ad√©quate. La nouvelle technique a √©t√© employ√©e pour la premi√®re fois en 2017 dans l'√©tude NAWA SPEZ avec les √©chantillons pr√©lev√©s dans le Chr√ľmmlisbach [14]. Elle est actuellement utilis√©e pour d√©terminer les concentrations de pyr√©thrino√Įdes dans des √©chantillons collect√©s en 2018 dans 6 autres petits cours d'eau. Les r√©sultats seront publi√©s s√©par√©ment dans cette revue ult√©rieurement. La lacune m√©thodologique est ainsi combl√©e.

La troisi√®me cat√©gorie regroupe 32 substances actives non mesurables avec les techniques d'analyse disponibles en raison de leur forte polarit√©. En 2016, 12 de ces substances non analysables n'ont √©t√© vendues qu'en tr√®s faibles quantit√©s. Seules six d'entre elles ont √©t√© utilis√©es dans le domaine agricole dans des quantit√©s sup√©rieures √† une¬†tonne (le chlorothalonil, par exemple). √Čtant donn√© leur faible nombre, il a √©t√© d√©cid√© de renoncer √† mettre en Ňďuvre les m√©thodes sp√©cifiques qui auraient √©t√© n√©cessaires √† leur Analyse.

Appréciation des concentrations mesurées

L'annexe 2 de l'Ordonnance sur la protection des eaux (OEaux) [15] formule les exigences du droit fédéral pour la qualité de l'eau dans les milieux aquatiques. Ainsi, cette qualité doit être telle que les substances aboutissant dans les eaux superficielles suite aux activités humaines n'entravent ni la reproduction, ni le développement ni la santé des plantes, animaux et micro-organismes sensibles. Pour les pesticides organiques (PPh et biocides), l'ordonnance ne formule cependant actuellement (en février 2019) qu'une exigence chiffrée unique de 100 ng/l qui s'applique indifféremment à tous les composés et ne tient pas compte de leurs effets écotoxicologiques.

Pour juger du danger que repr√©sentent les concentrations de PPh mesur√©es pour les organismes aquatiques, elles ont √©t√© compar√©es √† des crit√®res de qualit√© environnementale (CQE) d√©termin√©s sur des bases √©cotoxicologiques pour les expositions aigu√ęs et chroniques. Pour ce faire, un quotient de risque (QR) a √©t√© calcul√© pour chaque substance en faisant le rapport de la concentration mesur√©e et du crit√®re de qualit√© environnementale (aigu ou chronique) qui lui est sp√©cifique. Il est ainsi d√©fini que des effets n√©gatifs sur la vie aquatique ne peuvent √™tre exclus s'il est sup√©rieur √† 1. Dans la strat√©gie d'√©valuation pour les micropolluants de sources non ponctuelles, plusieurs classes d'√©tat ont √©t√© d√©finies en fonction de la valeur du quotient de risque. Pour QR¬†>¬†1, ce sont les suivantes¬†: moyen (1 < QR ‚ȧ 2), m√©diocre (2 < QR ‚ȧ 10), mauvais (QR > 10) [11].

Les critères de qualité utilisés pour cette analyse ont été obtenus de la façon suivante: pour 43 substances, des CQE ont été déterminés par le Centre Ecotox selon la méthode prescrite pour l'application de la directive cadre sur l'eau de l'UE [16]. Pour 48 composés pour lesquels aucun critère de qualité n'a encore été proposé par le Centre Ecotox sur son site [17], les critères de qualité déterminés par d'autres pays selon la méthode de l'UE ont été utilisés. Dans 76 cas, aucun critère de qualité adéquat n'a pu être obtenu et un seuil ad hoc a été déterminé, quand cela a été possible, à partir des données du dossier d’autorisation de mise sur le marché. Aucun critère de qualité n'a été déterminé pour 50 substances n'ayant pas été détectées.

Les critères de qualité chroniques (CQC) ont été comparés aux concentrations moyennes pondérées dans le temps calculées sur 14 jours, correspondant respectivement à la concentration moyenne obtenue à partir de quatre échantillons composites de 3,5 jours consécutifs. Cette durée de 14 jours correspond à la durée moyenne des tests de toxicité chronique [6, 11]. Les critères de qualité aigus (CQA) ont été directement comparés aux concentrations mesurées dans les échantillons moyennés sur 3,5 jours. Les méthodes et résultats écotoxicologiques font l'objet d'une discussion approfondie dans l'article de Junghans et al. [18].

 

 

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Résultats

Les données complètes de l'étude NAWA SPEZ 2017 sont disponibles ici.

Une grande variété de substances

Au total, 145 substances actives de produits phytosanitaires ont été détectées dans les cinq ruisseaux (Tab. 2), dont 14 figuraient parmi les 24 composés nouvellement intégrés au programme d'analyses. Le nombre de substances détectées était de 71 à 89 par site. Parmi les substances détectées au moins une fois, les herbicides étaient les plus fréquents sur quatre sites tandis que les fongicides et les herbicides dominaient à quasi-égalité dans le bassin fortement viticole (Hoobach; Fig. 2).

Le nombre m√©dian de substances d√©tect√©es par √©chantillon variait de 23 dans le Hoobach √† 42 dans le Chr√ľmmlisbach (Tab. 2). Sur l'ensemble des sites, la m√©diane √©tait de 35 PPh par √©chantillon et √©tait quasiment identique √† la moyenne (34). Si l'on consid√®re le nombre de d√©tections par groupe de PPh (une mesure = une d√©tection), le constat est sensiblement le m√™me qu'avec toutes les d√©tections. Dans l'ensemble, les substances le plus souvent d√©tect√©es √©taient des herbicides (50%), suivies par les fongicides (40%). La part de ces derniers √©tait particuli√®rement √©lev√©e dans le Hoobach (61%) qui se distinguait en cela des autres sites.

Des concentrations élevées en automne

Gr√Ęce √† sa dur√©e plus longue que les pr√©c√©dentes, cette √©tude a pu montrer que, dans tous les cours d'eau, la concentration cumul√©e moyenne calcul√©e pour la p√©riode suivant le 1er septembre repr√©sentait encore au moins 45% de la concentration cumul√©e moyenne calcul√©e sur les mois pr√©c√©dents. Dans l'Eschelisbach, la moyenne obtenue apr√®s le 1er septembre √©tait plus √©lev√©e que celle des 6 mois pr√©c√©dents. Dans ce ruisseau, la concentration cumul√©e la plus √©lev√©e a √©t√© constat√©e dans les premi√®res semaines d'octobre. Elle √©tait de 72'000 ng/l. Comme cela est expliqu√© plus loin dans cet article, la pollution enregistr√©e en fin d'√©t√© et √† l'automne a √©galement une incidence √©cotoxicologique significative.

De fortes concentrations pour les substances nouvellement mesurées

Les quatre substances le plus souvent détectées étaient l'azoxystrobine (fréquence de détection de 100%), l'atrazine (97,5%), le métolachlore (92,4%) et la terbuthylazine (88%), ce qui correspond aux observations des études précédentes. Les concentrations moyennes les plus élevées (moyenne des cinq sites) ont été obtenues pour les cinq substances suivantes: le fluopyram (210 ng/l), le glyphosate (160 ng/l), le métaldéhyde (140 ng/l), le mécoprop (140 ng/l) et l'azoxystrobine (110 ng/l). Deux de ces composés, le glyphosate et le métaldéhyde, figurent pour la première fois dans la liste des substances recherchées.

Quinze des 36 PPh recherch√©s parmi ceux qui n'√©taient plus homologu√©s en 2017 ont √©t√© d√©tect√©s. Les concentrations maximales de ces 15 substances √©taient g√©n√©ralement basses ‚Äď elles √©taient inf√©rieures √† 10 ng/l pour 8 d'entre elles. Ces faibles teneurs, qui se maintiennent le plus souvent pendant toute la saison de v√©g√©tation, sont dues √† l'entrainement de r√©sidus par le lessivage des sols. Ceci n'est cependant pas valable pour la terbutryne. Cette substance active, proscrite en tant que PPh depuis 2012 mais encore homologu√©e en tant que biocide, a √©t√© d√©tect√©e dans le Bainoz √† une concentration maximale de 450 ng/l. La raison de ce pic de concentration est obscure: il pourrait √©galement provenir d'une activit√© non-agricole.

Dépassement des critères de qualité sur tous les sites

Des d√©passements ont √©t√© constat√©s dans tous les cinq cours d'eau aussi bien pour les crit√®res de qualit√© aigus que pour les crit√®res de qualit√© chroniques (Tab. 2). Dans l'ensemble, un non-respect d'au moins l'un des deux CQE a √©t√© observ√© pour 31 substances, 16 pr√©sentant un d√©passement du CQA et 29 un du CQC. Pour une substance et un cours d'eau donn√©s, les d√©passements √©taient en g√©n√©ral assez brefs (la m√©diane est de 2 √©chantillons pour le CQA et d'un √©chantillon moyenn√© sur deux semaines pour le CQC). Suite √† la diversit√© de substances pr√©sentes, pour lesquelles des d√©passements se sont produit alternativement (voire simultan√©ment), les ruisseaux ont toutefois connu des p√©riodes assez longues pendant lesquelles les organismes aquatiques √©taient expos√©s √† un risque √©cotoxicologique. La dur√©e de d√©passement du CQA √©tait ainsi de 14 √† 74 jours selon les cours d'eau (Tab. 2 et Fig. 3). Le QR aigu le plus √©lev√© a √©t√© enregistr√© dans l'Eschelisbach d√©but juillet: dans un √©chantillon, la concentration de thiaclopride √©tait 10,5 fois sup√©rieure au CQA, attestant d'un ¬ęmauvais √©tat¬Ľ du milieu [11]. Sur tous les autres sites, un QR aigu indiquant un √©tat m√©diocre (2 ‚ȧ QR < 10) ou moyen (1 ‚ȧ QR < 2) a √©galement √©t√© enregistr√© dans certains √©chantillons (Fig. 3).

Un ou plusieurs crit√®res de qualit√© chroniques ont √©t√© d√©pass√©s pendant 3,5 √† 6,5 mois selon les sites (Tab. 2 et Fig. 4), soit sur 50 √† 83% de la dur√©e de l'√©tude, ce qui signifie que, dans tous les ruisseaux, les organismes aquatiques ont √©t√© expos√©s √† un risque chronique d√Ľ aux PPh pendant au moins trois mois. Des quotients de risque chronique de plus de 10 ont √©t√© enregistr√©s dans tous les cours d'eau √† l'exception du Bainoz (QR maximal de 9) et un ¬ę√©tat m√©diocre¬Ľ a √©t√© fr√©quemment observ√© sur tous les sites (Fig. 4).

La période fin d'été - début à mi-automne, qui n'était pas encore intégrée dans les autres études NAWA SPEZ, ne présentait pas moins de dépassements que le printemps et le début d'été, souvent considérés comme les principales périodes d'application (Fig. 3 et Fig. 4).

Il arrivait fréquemment que les CQE soient dépassés pour plusieurs PPh à la fois: jusqu'à 3 pour le CQA (Fig. 3) et jusqu'à 5 pour le CQC (Fig. 4).

Des dépassements de longue durée ont systématiquement été observés pour un certain nombre de substances et ce, sur plusieurs sites. Tous ruisseaux confondus, des concentrations supérieures au critère de qualité chronique ont été mesurées le plus longtemps pour le métazachlore (13 échantillons moyennés sur deux semaines), suivi par le thiaclopride (9), l'azoxystrobine (8), le chlorpyrifos (7), le diméthachlore (6), la métribuzine (5) et la diméthénamide (5). Ces 7 composés étaient à eux seuls responsables de 55% des 96 dépassements du CQC constatés.

En l'absence d'√©tudes syst√©matiques √† ce sujet, la nature des cultures pour lesquelles ils ont √©t√© employ√©s n'est pas connue avec pr√©cision. Plusieurs √©tudes ont cependant d√©j√† montr√© qu'en dehors des grandes cultures qui occupent la majorit√© des terres, les cultures sp√©ciales jouent un r√īle important dans la pollution des eaux (ainsi, les charges √©lev√©es en m√©tazachlore mesur√©es au printemps et en d√©but d'√©t√© dans cette √©tude viennent tr√®s certainement des cultures mara√ģch√®res) [19].

Sept substances ont montré un quotient de risque chronique supérieur à 10, indiqué par une couleur rouge dans la Fig. 4: le chlorpyrifos, le chlorpyrifos-méthyle, le diméthachlore, le fenpropimorphe, le métazachlore, le nicosulfuron et le thiaclopride.

Le seuil de 100 ng/l en vigueur selon l'ordonnance sur la protection des eaux est dépassé pour un nombre de substances allant de 18 (Hoobach) à 55 (Eschelisbach) selon les sites (Tab. 2). En moyenne, ce seuil est dépassé pour une ou plusieurs substances pendant 72% de la durée de l'étude, soit à peu près le même temps que la durée moyenne de dépassement du CQC (66%).

La comparaison des concentrations mesurées et des critères de qualité écotoxicologiques indique que, dans les cours d'eau étudiés, des produits phytosanitaires portent atteinte à la reproduction, au développement et à la santé des végétaux, des animaux et des micro-organismes sensibles. Une analyse plus approfondie de la situation écotoxicologique est présentée pour les différents groupes d'organismes dans l'article de Junghans et al. [18].

Implication des résultats pour d'autres bassins versants

Les bassins versants des cours d'eau √©tudi√©s font tous l'objet d'une utilisation intensive pour l'agriculture. Comme le montre l'analyse de l'utilisation du sol qui suit, ils n'ont en cela rien d'exceptionnel √† l'√©chelle de la Suisse. Les statistiques d'Agroscope montrent que l'emploi des PPh se concentre sur les terres arables (sans les prairies temporaires mais avec les surface mara√ģch√®res), les vergers et les vignobles [20]. Si on consid√®re la distribution spatiale des surfaces agricoles, il appara√ģt que pr√®s d'un quart du lin√©aire de cours d'eau de la Suisse (15'500 km) se situe dans des bassins versants comportant plus de 2% de terres d√©di√©es aux grandes cultures, aux cultures fruiti√®res ou √† la vigne et se trouve donc potentiellement expos√© √† un impact d√Ľ √† l'utilisation de produits phytosanitaires.

Dans les cas étudiés ici, la surface totale des champs, vergers et vignobles couvre entre 34% (Eschelisbach) et 57% (Hoobach) de la superficie du bassin versant. Dans l'ensemble de la Suisse, 2720 km de cours d'eau drainent des bassins versants présentant une part agricole plus élevée que l'Eschelisbach et 500 km plus élevée que le Hoobach. Les bassins versants étudiés présentent donc une intensité d'utilisation agricole nettement supérieure à la moyenne suisse. Si l'on considère la part de linéaire influencée par les PPh, ils sont représentatifs des 20% les plus exploités.

En ce qui concerne les pratiques culturales, les bassins versants √©tudi√©s sont en revanche tout √† fait repr√©sentatifs de leur r√©gion et des cultures dominantes. Les processus conduisant au rejet de PPh dans les cours d'eau sont les m√™mes dans les zones d'agriculture moins intensive que dans ces bassins et le niveau de pollution des eaux peut donc √™tre estim√© ‚Äď en premi√®re approximation ‚Äď √† partir de la proportion de cultures n√©cessitant l'emploi de PPh. Dans quatre des cinq cours d'eau √©tudi√©s (le Bainoz faisant exception), m√™me une charge dix fois plus faible conduirait √† un d√©passement des crit√®res de qualit√© chroniques pendant deux (Hoobach) √† huit semaines (Eschelisbach). Or respectivement 14'114 km et 12'550 km de cours d'eau drainent des bassins versants pr√©sentant plus du dixi√®me des surfaces occup√©es par les cultures accompagn√©es de traitements phytosanitaires dans celui de l'Eschelisbach (soit 3,4%) et du Hoobach (5,7%). Plus de 80% des km de cours d'eau de la Suisse sont donc influenc√©s par l'emploi des PPh. Toutefois, l'utilisation du sol ne d√©termine pas √† elle seule l'importance de la pollution des eaux. D'autres facteurs jouent √©galement un r√īle d√©cisif, comme les pr√©cipitations, la topographie, les connexions entre les terres agricoles et le cours d'eau ou les propri√©t√©s du sol. Selon leur influence, la pollution peut √™tre localement plus forte ou plus faible que dans les estimations. Dans l'ensemble, cependant, il para√ģt plus que vraisemblable qu'une grande partie des cours d'eau du Plateau subisse des d√©passements des crit√®res de qualit√© pour les produits phytosanitaires

Variabilité dans le temps

L'Eschelisbach et le Weierbach avaient déjà été sélectionnés pour l'étude NAWA SPEZ 2015. On dispose ainsi pour ces deux cours d'eau d'une quantité importante de données pour deux années différentes, ce qui permet d'en savoir plus sur les variations de la pollution par les PPh dans le temps. Les campagnes de prélèvements des deux études diffèrent sur certains points techniques (stratégie d'échantillonnage et réfrigération des échantillons) mais demeurent comparables avec certaines restrictions pour les 187 composés communs.

Dans l'Eschelisbach, la concentration cumulée moyenne et le nombre de dépassements du CQA étaient plus élevés en 2017 qu'en 2015 mais le nombre de dépassements du CQC était sensiblement le même (Fig. 5). Dans le Weierbach, la pollution était plus faible en 2017 qu'en 2015, ce qui s'exprimait aussi au niveau de la moyenne des concentrations cumulées que des dépassements du CQA et du CQC (Fig. 5). Il convient cependant de noter que les données de l'étude NAWA SPEZ 2017 comprennent des analyses relatives à la période de septembre à la mi-octobre qui n'était pas prise en compte en 2015. Les différences observées au niveau de la pollution demeurent même si l'on tient compte de la différence de durée de l'étude.

Le nombre de substances actives de PPh pour lesquelles un d√©passement du CQC a √©t√© constat√© dans l'Eschelisbach √©tait de 12 en 2015 et de 10 en 2017, ce qui est similaire. Il est cependant int√©ressant de constater que seuls cinq de ces compos√©s provoquaient des d√©passements en 2015 et en 2017 tandis que les autres ne pr√©sentaient des concentrations sup√©rieures au CQC que l'une des deux ann√©es (Fig. 5). Trois d'entre eux n'√©taient m√™me pas d√©tectables l'ann√©e o√Ļ aucun d√©passement n'√©tait enregistr√© (le m√©thomyl, le fenoxycarbe et le dim√©thachlore), ce qui montre bien la forte variabilit√© des substances conduisant √† des d√©passements d'une ann√©e √† une autre.

Dans le Weierbach, des dépassements du CQC ont été observés pour 19 substances en 2015 et pour seulement 9 en 2017. Seules quatre substances ont conduit à des dépassements les deux années à la fois (Fig. 5). Le nombre de substances non détectées l'année sans dépassement était même de 8 dans ce cours d'eau (diflubenzuron, diflufénican, fénoxycarbe, fipronil, fluoxastrobine, MCPB, rimsulfuron, thiaclopride).

Plusieurs facteurs pourraient expliquer les variations interannuelles de la pollution dans les deux ruisseaux. Pour toutes les voies de rejet liées à la pluie, c'est-à-dire le ruissellement, le lessivage et le drainage des sols, la fréquence et l'intensité des précipitations sont déterminantes [10, 11]. Toutefois, l'analyse comparative des précipitations cumulées sur la période de prélèvements ne montre pas de différences significatives. En effet, dans le Weierbach, la période de mai à octobre a été relativement sèche aussi bien en 2015 qu'en 2017 (la période 2015 était au quatrième rang et la période 2017 au cinquième rang des périodes les plus sèches des 38 dernières années); dans l'Eschelisbach, les deux années se situaient entre le premier et le troisième quartile, 2017 étant cependant plus humide que 2015. Il semble donc, au moins au Weierbach, que les différences soient dues à d'autres facteurs ou à une combinaison de facteurs tels que:

  1. le moment des pluies par rapport aux applications de PPh
  2. la rotation des cultures sur les surfaces connectées avec le cours d'eau
  3. des modifications du spectre de substances actives utilisées
  4. des modifications au niveau de la manipulation des produits

Il est également possible qu'au Weierbach, le projet Ressources Leimental lancé en 2016 ait contribué à une réduction de la pollution, en intervenant notamment au niveau du point 4. Pour comprendre dans le détail les raisons des différences entre 2015 et 2017, il faudrait disposer des données complètes sur les substances employées (carnet des champs) et d'un dépouillement détaillé, spécifique à chaque substance. Par ailleurs, pour les raisons exposées plus haut, il est inévitable que les concentrations des différentes substances évoluent différemment au cours de deux années distinctes. Pour pouvoir identifier une tendance évolutive à long terme face à une telle variabilité, il faut disposer de longues séries de données ou avoir affaire à des modifications substantielles des rejets

Comparaison des substances analysées avec celles des monitorings en cours ou prévus

La grande quantit√© de donn√©es de la pr√©sente √©tude constitue une base tr√®s int√©ressante pour √©valuer les programmes de surveillance en cours ou pr√©vus. La Conf√©d√©ration et les cantons exploitent ensemble le r√©seau du programme d'observation nationale de la qualit√© des eaux de surface (NAWA). ¬†Le sous-programme NAWA TREND vise √† identifier les √©volutions √† long terme de la pollution. Depuis 2018, un dosage de micropolluants (comprenant des pesticides) est √©galement effectu√© au niveau de certaines stations (NAWA TREND MP). Pour le suivi des effets du plan d'action visant √† la r√©duction des risques et √† l'utilisation durable des produits phytosanitaires (PA-PPh), il a √©t√© d√©cid√© d'√©tendre ces analyses sur certains sites du r√©seau de NAWA TREND MP. √Ä partir de 2019, 11 PPh s'ajoutent ainsi aux 35 d√©j√† consid√©r√©s¬†: le chlorpyrifos, le chlorpyrifos-m√©thyle, la clothianidine, le difluf√©nican, le dim√©thachlore, la dim√©th√©namide, le fluf√©nacet, le foramsulfuron, le m√©thomyl, la propyzamide, la spiroxamine et deux pyr√©thrino√Įdes non inclus dans la pr√©sente √©tude. Cette s√©lection s'est faite sur la base de consid√©rations th√©oriques et de donn√©es existantes mais sans disposer des r√©sultats de l'√©tude pr√©sent√©e ici.

La figure 6 montre que les 35 composés imposés de NAWA TREND MP sont responsables d'un cinquième (Hoobach) à quatre cinquièmes (Eschelisbach) des concentrations critiques. Avec les 11 composés proposés pour les compléter, ils couvrent entre les deux tiers (Hoobach) et la totalité des dépassements (Eschelisbach). En moyenne, les 46 composés couvrent donc 75% des dépassements.

Ce taux √©lev√© s'explique par le fait que les d√©passements sont souvent dus √† certaines substances actives tr√®s r√©pandues. Dans l'Eschelisbach, l'azoxystrobine et le thiaclopride, deux compos√©s impos√©s de NAWA TREND MP, pr√©sentent des concentrations sup√©rieures au CQC dans huit √©chantillons moyenn√©s sur deux semaines chacun, ce qui correspond √† 60% des d√©passements dans ce cours d'eau. Comme le montre l'analyse group√©e des trois √©tudes NAWA SPEZ (voir encadr√© en bas), un petit groupe de substances se r√©v√®le √™tre responsable d'une grande partie des d√©passements. Mais par ailleurs, la plupart des cours d'eau connaissent √† chaque saison des d√©passements particuliers dus √† un petit nombre de compos√©s tr√®s sp√©cifiques. Si l'on souhaite accro√ģtre le taux de recouvrement des programmes de surveillance, l'effort analytique augmentera donc n√©cessairement en raison des sp√©cificit√©s de tels Compos√©s.

Conclusions

Cette étude NAWA SPEZ, appuyée par les deux précédentes, confirme le caractère répandu du problème de la pollution par les produits phytosanitaires dans les cours d'eau au bassin versant fortement agricole. Englobant 145 substances actives, elle a à nouveau conduit à la détection d'une grande diversité de composés à des fréquences et à des concentrations extrêmement variables.

Des dépassements ont été observés dans les cinq cours d'eau étudiés, tant pour les critères de qualité aigus que chroniques. Les dépassements maximaux sont élevés sur tous les sites, le quotient de risque aigu variant entre 2 et 10 et le quotient de risque chronique de 9 à 30. Le nombre médian de substances s'accompagnant d'un dépassement du CQC est de neuf par site. En conséquence, les ruisseaux sont soumis à une pollution chronique de longue durée: sur tous les sites, des concentrations supérieures au CQC étaient enregistrées pour au moins une substance pendant plus de la moitié de la durée de l'étude. Dans quatre des cinq ruisseaux, il est fort probable que des niveaux de pollution encore plus élevés qu'en 2017 soient atteints les années riches en précipitations.

L'√©tude NAWA SPEZ 2017 apporte les preuves scientifiques de la forte pollution des ruisseaux par les PPh avant la mise en Ňďuvre du plan d'action national visant √† la r√©duction des risques et √† l'utilisation durable des produits phytosanitaires. Ses r√©sultats montrent clairement que des efforts importants doivent √™tre fournis dans de nombreux bassins versants pour que les objectifs du plan d'action puissent √™tre atteints. Pour ce faire, des mesures doivent √™tre prises tant au niveau de la r√©duction des applications de PPh et de la substitution des compos√©s critiques, que de la r√©duction des √©missions ponctuelles et de la r√©duction des pertes √† partir des surfaces de production agricole.

Synthese des études NAWA SPEZ 2012, 2015 et 2017

Les trois études NAWA SPEZ permettent d'évaluer les données de 15 séries d'analyses sur 13 sites différents. L'étude de terrain de 2012 différait des campagnes de 2015 et 2017 aussi bien au niveau de la taille des cours d'eau concernés que de la stratégie d'échantillonnage. En 2012, cinq cours d'eau de taille moyenne ont été étudiés à partir d'échantillons moyennés sur deux semaines. Pour pouvoir comparer les trois études, la présente analyse se limite donc aux critères de qualité chronique.

Dans la totalité des trois études, des dépassements du CQC ont été observés pour 46 substances actives de produits phytosanitaires différentes (Tab. 3).

Un sixième des substances (les 8 premières dans le Tab. 3) sont responsables de dépassements dans cinq cours d'eau ou plus (5 herbicides et 3 insecticides) et cumulent ainsi ensemble près de la moitié des dépassements.

Des dépassements du CQC sont observés pour un tiers des substances (16 sur 46) sur deux à quatre sites. La majorité d'entre elles sont également détectées sur d'autres sites, quatre l'étant même dans la totalité des cours d'eau, quoique à des concentrations et à des fréquences très variables. Parmi ces 16 substances, deux ne sont plus homologuées depuis plusieurs années: le carbofuran et le diazinon. En 2017, ces composés n'étaient plus accompagnés de dépassements.

Pour pr√®s de la moiti√© des substances (les 22 derni√®res du Tab. 3), le CQC n'√©tait d√©pass√© que sur un site (pendant une dur√©e tr√®s variable de 2 √† 14 semaines). √Ä une exception pr√®s, ces d√©passements ont √©t√© observ√©s dans les petits cours d'eau √©tudi√©s en 2015 et 2017. Comme le montre le Tab. 3, beaucoup de ces substances √©taient rarement d√©tect√©es, quatre d'entre elles ne l'√©tant m√™me que sur un seul site o√Ļ leurs teneurs d√©passaient alors le CQC (le chlorpyrifos-m√©thyle, le diflubenzuron, le m√©tosulam et le spinosad). Parmi les substances occasionnant un d√©passement du CQC, la terbutylazine √©tait d√©tect√©e le plus fr√©quemment, tous sites confondus, (dans 73% des √©chantillons). Parmi les substances plus rarement d√©tect√©es, il est √† noter que le chlorpyrifos (6%) n'avait pas encore √©t√© mesur√© en 2012 et que la m√©thode d'analyse employ√©e jusqu'ici pr√©sente un seuil de d√©tection √©lev√© par rapport au CQC. Avec la m√©thode sp√©ciale qui sera utilis√©e √† partir de 2019 dans les campagnes NAWA TREND MP (m√™me m√©thode que pour les pyr√©thrino√Įdes), des seuils de d√©tection beaucoup plus faibles pourront √™tre atteints.

En résumé, les conclusions suivantes peuvent être tirées des trois études:

  1. Des concentrations et des risques écotoxicologiques élevés dus aux PPh ont été mis en évidence de façon fréquente et prolongée dans tous les 13 cours d'eau étudiés jusqu'à présent. Il s'agit donc d'un problème de qualité de l'eau de grande étendue.
  2. L'évaluation des risques écotoxicologiques dus aux mélanges montre clairement à quel danger les organismes aquatiques sont Exposés [18, 21]. Les organismes aquatiques sont exposés à un risque chronique jusqu'à 90% de la durée de l'étude et n'ont donc pas la possibilité de se régénérer. Il est donc fort probable que les animaux, végétaux et micro-organismes sensibles subissent des dommages du fait des PPh.
  3. Les ruisseaux et rivières dont les bassins versants sont fortement influencés par l'agriculture subissent une contamination typique par des dizaines de PPh. Les substances actives détectées varient selon les cultures et selon les années. Les programmes de surveillance doivent être à la hauteur de cette variabilité.
  4. L'idée selon laquelle les fortes pollutions n'apparaissent qu'au printemps et en été n'a pas été confirmée. Dans le cas des PPh, les dépassements des critères de qualité se poursuivent jusqu'en automne. Cet aspect doit impérativement être pris en compte pour les futures études concernant ces composés.
  5. Le seuil de 100 ng/l a √©t√© d√©pass√© pour 96 substances. Si on consid√®re la moyenne des concentrations mesur√©es dans les trois √©tudes pendant deux semaines, soit la dur√©e prise en compte dans les contr√īles de routine des monitorings, leur nombre est encore de 68. ¬†√Ä titre de comparaison, le nombre de compos√©s pour lesquels un d√©passement du CQC a √©t√© observ√© une ou plusieurs fois est de 46 (Tab. 3) et celui de compos√©s pour lesquels le CQC ou le CQA a √©t√© d√©pass√© de 48.
  6. Au total, 18 substances ont pr√©sent√© des d√©passements du CQC alors que leur concentration dans les √©chantillons moyenn√©s sur deux semaines n'exc√©dait jamais 100 ng/l (10 insecticides, 3 fongicides et 5 herbicides). Les pyr√©thrinio√Įdes, qui ne sont pas encore consid√©r√©s, feraient augmenter le nombre de substances dans ce cas. L'exigence num√©rique actuelle de l'ordonnance sur la protection des eaux n'assure donc pas une protection suffisante des organismes aquatiques.
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Remerciements

Les auteurs remercient vivement toutes les personnes qui ont particip√© √† l'√©tude au sein des laboratoires et services cantonaux de la protection des eaux et en particulier Claudia Minkowski, Matthias Ruff (Berne), Thomas Amiet, Xenia Ehrensperger, Marin Huser, Nadine Konz (B√Ęle-Campagne), Dominique Folly, Jacques Grandjean (Fribourg), Christoph Moschet, Raffael Fehlman, Mareike B√∂hler (Schaffhouse), Heinz Ehmann et Margie D. Koster (Thurgovie). Un grand merci √©galement √† Yves Bourdilloud (STEP ERES) pour les pr√©l√®vements dans le Bainoz et √† Simon Mangold, Birgit Beck et Simon Dicht pour leur aide pr√©cieuse au laboratoire et lors des pr√©l√®vements. Nous souhaitons par ailleurs remercier Rik Eggen, Juliane Hollender, Christian Leu et Nicole Munz pour leurs commentaires avis√©s ainsi que Laurence Frauenlob (Waldkirch/D) pour la traduction en fran√ßais.

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