Une problématique Nitrate au niveau de captages d’Eau de Paris

Eau de Paris, entreprise publique en charge de la production, du transport et de la distribution de l’eau à la ville de Paris, se doit de délivrer une eau dont la teneur en nitrate est inférieure à la norme de potabilité fixée à 50 mg.L^-1. Le service Protection de la ressource et biodiversité intervient sur plusieurs AAC (figure 1) :

• sources de la Voulzie, du Durteint et du Dragon en centre Seine-et-Marne,
• sources de la Joie-Chaintréauville, Villeron et Villemer au sud Seine-et-Marne,
• sources de la Vigne et captages de Vert-en-Drouais à l’ouest de Dreux,
• sources de la Vallée de la Vanne à l’est de Sens.

Plusieurs captages présentent en effet des concentrations en nitrate supérieures à la limite de qualité. La diversité du schéma d’approvisionnement permet jusqu’à maintenant de respecter cette norme sans avoir eu besoin de traitements de dénitrification en usine ; les eaux les plus concentrées en nitrate sont mélangées avec des eaux souterraines d’autres captages dont la teneur en nitrate est plus faible.

Afin d’améliorer la qualité des eaux brutes et ainsi de sécuriser l’approvisionnement sur le long terme, Eau de Paris s’appuie sur une stratégie de protection de la ressource en eau : sur chaque AAC, un accompagnement technique et financier est proposé aux agriculteurs pour construire des systèmes agricoles limitant les pertes de nitrate et pesticides vers les eaux souterraines.

Accompagner les agriculteurs dans leur transition vers des systèmes qui protègent l’eau

Eau de Paris a mis en œuvre, dès les années 1990, des actions avec les agriculteurs : amélioration de la gestion de la fertilisation (dispositif FertiMieux), réduction des doses apportées (Mesures Agri-Environnementales), tout en effectuant des suivis du reliquat azoté dans le sol en entrée et sortie d’hiver sur un réseau de parcelles. Les suivis ont permis de mettre en évidence le fait que certains agriculteurs ont des pratiques engendrant de faibles pertes de nitrate hivernales, donc compatibles avec la protection de l’eau. Ce suivi a également mis en évidence que les obligations de moyens ciblant la gestion de la fertilisation ne sont pas en soi une garantie de faibles pertes de nitrate.

Depuis 2020, Eau de Paris propose un nouveau système d’appui financier aux agriculteurs actif dans les AAC qu’elle gère. Ce dispositif est financé à hauteur de 80 % par l’Agence de l’Eau Seine Normandie, et à hauteur de 20 % par Eau de Paris. Il s’agit d’un PSE qui s’intègre à l’échelle de chaque territoire, dans une démarche globale d’accompagnement des agriculteurs vers un changement de pratiques agricoles favorable à la qualité de l’eau (conseil individuel, mise en réseau avec d’autres agriculteurs, appui au développement de filières, etc.). Quatre types de mesures sont proposées aux agriculteurs :

• Mesure 1 (M01) : Système grandes cultures économe en intrants
• Mesure 2 (M02) : Système de polyculture-élevage maximisant l’herbe
• Mesure 3 (M03) : Eau & Bio grandes cultures et élevage
• Mesure 4 (M04) : Eau & Zones sensibles (à combiner avec une des autres mesures)

Les principaux engagements du cahier des charges de ces mesures sont détaillés dans le tableau suivant (tableau 1).

Le PSE est proposé sur les zones d’action pilotes d’Eau de Paris (sud et centre Seine-et-Marne, Vallée de la Vanne en Bourgogne, sources de la Vigne en Normandie et Eure-et-Loir), soit environ 87 000 ha de surfaces agricoles (figure 1). Les systèmes agricoles majoritaires de ces territoires sont de type grandes cultures (blé (Triticum aestivum), orge (Hordeum vulgare), colza (Brassica napus L.), betterave (Beta vulgaris)), et polyculture-élevage bovin principalement en Normandie (tableau 2).

Tableau 1 : Contenu des cahiers des charges des mesures du PSE Eau de Paris.

Tableau 2 : Contexte agro-pédo-climatique des différentes aires d’alimentation de captages

Un bonus financier pour inciter les agriculteurs à réduire les valeurs de REH

Pour inciter les agriculteurs à travailler sur la réduction des pertes hivernales de nitrate dans leurs parcelles, Eau de Paris a choisi de se baser sur un indicateur de résultat, le REH défini comme la teneur en azote minéral^[1] du sol au moment où la réserve utile en eau des sols est pleine, juste avant le début de la période de drainage.

Pour limiter la teneur en nitrate aux sources, Eau de Paris a fixé comme objectif de ne pas dépasser 50 mg.L^-1 de nitrate dans l’eau qui s’infiltre sous les parcelles agricoles. Sur la base du modèle de Burns, des données climatiques moyennes entre 2007 et 2017 (pluie et évapotranspiration réelle) et de données pédologiques disponibles, cet objectif de concentration en nitrate a pu être traduit en différentes valeurs objectifs de REH sur chaque territoire (calcul sur la base d’un sol « moyen » représentatif du territoire). Les valeurs de REH « objectif » obtenues étant toutes comprises entre 40 et 55 kg N_min.ha^-1, il a été décidé de fixer un seul objectif de 50 kg N_min.ha^-1 (REH_obj) pour tous les territoires, par souci de simplification et de lisibilité auprès des agriculteurs.

Chaque année, des prélèvements sont réalisés sur des parcelles représentatives des différentes successions de culture de chaque exploitation (culture précédente – interculture – culture suivante). Ensuite, un calcul du reliquat moyen de chaque exploitation, pondéré par la surface de chaque culture, est effectué et comparé au REH_obj. Le but est d’évaluer l’impact moyen de chaque exploitation en termes de risque de pertes de nitrate sur l’AAC.

Les agriculteurs engagés dans les mesures d’aide M01 et M02 (tableau 1) reçoivent un « bonus » financier de 40 €.ha^-1 pour les parcelles engagées dans l’AAC si leur REH est inférieur ou égal au REH_obj. Ce montant a été jugé suffisamment attrayant pour motiver des changements de pratiques tels que l’implantation plus massive de couverts en interculture. Ce montant a aussi été fixé de manière à conserver une cohérence entre les différentes mesures d’aides  : les montants sont de plus en plus incitatifs en fonction du niveau d’ambition de la mesure.

Fixer un bonus en fonction d’un objectif de résultat permet de laisser les agriculteurs libres des moyens/techniques à mettre en œuvre sur leur exploitation pour faire diminuer les REH.

Ce bonus ne concerne pas la mesure d’aide dédiée à l’agriculture biologique, mais la valeur objectif est reprise dans le cadre d’un accompagnement spécifique azote obligatoire. Les agriculteurs concernés sont ainsi incités à trouver des solutions agronomiques permettant de réduire leur REH. Pour les y aider, Eau de Paris s’appuie sur les échanges entre agriculteurs et sur l’accompagnement par des conseillers agricoles locaux financés dans le cadre du régime d’aide.

Méthodologie des campagnes de mesures du REH

Chaque année, durant l’été, les chargés de mission Agriculture et Territoire d’Eau de Paris choisissent les parcelles sur lesquelles seront réalisés des prélèvements de sol, sur base des successions de culture sur chaque parcelle (culture récoltée et culture à venir). Les points de prélèvement dans chaque parcelle sont géoréférencés sur une carte et validés avec chaque agriculteur pour que le point choisi corresponde à une zone représentative de la parcelle.

Une attention particulière est portée sur les conditions de réalisation des prélèvements. Il est en effet essentiel que les agriculteurs aient confiance dans le dispositif de mesure, d’autant plus quand les résultats ont des implications financières.

Dans le cadre de leur prestation avec Eau de Paris, les préleveurs sont tenus de réaliser au moins 12 prélèvements de sol dans un cercle autour du point GPS fixé au préalable par Eau de Paris. Ces prélèvements doivent être réalisés avant que la période de drainage n’ait commencé et sur une période limitée afin qu’il n’y ait pas trop d’écart de dates entre le premier et dernier prélèvement. En pratique, les dates de déclenchement des prélèvements sont fixées à partir :

• du suivi de la pluviométrie,
• des échanges avec des partenaires de Eau de Paris compétents dans le suivi du remplissage des réserves utiles en eau des sols et
• du suivi sur le terrain de l’humidité du sol dans quelques parcelles à partir de mi-septembre.

Dans les cas où un résultat d’analyse présente un taux d’azote ammoniacal particulièrement élevé (susceptible d’indiquer une mauvaise conservation de l’échantillon ou la présence de matière organique fraîche sur le sol lors de l’échantillonnage), un nouveau prélèvement est effectué dans la parcelle concernée. En fonction des résultats, soit la mesure initiale soit la contre-mesure est conservée pour le calcul du reliquat moyen de l’exploitation.

Résultats des trois premières campagnes de mesures du REH

Une première campagne de mesures de REH a été réalisée en novembre 2019, uniquement sur les AAC de la Vanne et du Lunain, pour tester cette méthodologie. Des prélèvements ont été effectués dans 92 parcelles.

En novembre 2020, 279 parcelles ont été suivies dans 45 exploitations agricoles réparties sur l’ensemble des territoires où un PSE était proposé.

En novembre 2021, des mesures de REH ont été réalisées dans 477 parcelles, chez 75 agriculteurs. Il s’agit principalement d’agriculteurs engagés en PSE mais aussi d’agriculteurs non encore engagés et intéressés par la question des pertes de nitrate.

En 2021, hormis quelques prélèvements plus tardifs sur des parcelles de maïs (Zea mays), les prélèvements de terre ont été réalisés la première semaine de novembre au cours d’une période restreinte (entre 4 et 7 jours selon les territoires), avec peu de pluie, ce qui a permis de limiter les biais liés aux écarts de dates de prélèvement.

Les quatre territoires suivis présentent des différences importantes en termes de climat, sol et systèmes de culture (tableau 1), qui se reflètent dans les résultats de REH mesurés ces trois dernières années. Comme le met en évidence la figure 2, l’AAC de la Vallée de la Vanne est le territoire dont les valeurs de REH sont les plus basses et l’AAC de la Vigne est celui dont elles sont les plus élevées.

Les résultats REH peuvent être interprétés sous l’angle des successions de culture (couple culture précédente – interculture – culture suivante). En 2021, les valeurs obtenues pour les différentes successions de cultures (figure 3) confirment des tendances déjà étayées par la bibliographie (Beillouin, 2017 ; Comifer, 2002) :

• la culture du colza valorise bien l’azote, quelle que soit la culture précédente, ce qui permet d’obtenir des REH faibles. Ce constat est toutefois plus nuancé sur l’AAC de la Vigne où les REH sont relativement élevées (échecs de levées de colza sur certaines parcelles ayant entraîné de très forts REH) ;
• la betterave est un précédent qui laisse peu d’azote minéral dans le sol à l’automne ;
• la succession légumineuses ou prairies ⇒ culture d’hiver (hors colza) est la plus problématique en termes de REH ;
• un précédent maïs avant une céréale d’hiver conduit à des REH généralement importants ;
• les successions de deux céréales d’hiver conduisent à des REH généralement élevés ;
• les prairies ou légumineuses en place depuis un an ou deux conduisent à des REH relativement élevés et plus particulièrement sur l’AAC de la Vigne.

En 2020 et 2021, des pesées de biomasse de couverts d’interculture ont été réalisées dans une vingtaine de parcelles fin octobre, sur les territoires Voulzie-Durteint-Dragon et Vallée du Lunain. La quantité d’azote piégée par les couverts a été estimée via la méthode MERCI^[2]. Comme le montre la figure 4, la majorité des parcelles présentant des REH élevés en 2021 coïncide avec une faible absorption d’azote par les couverts. La figure 4 illustre aussi qu’un faible développement des couverts n’est pas forcément synonyme de REH élevés : dans ces cas, c’est peut-être une faible disponibilité en azote qui explique le faible développement des couverts.

Afin d’évaluer l’effet « agriculteur » sur les résultats REH, il est intéressant de se pencher sur les valeurs de reliquats moyens de chaque exploitation pondérés par la surface de chaque culture (figure 5).

En 2021, très peu d’agriculteurs ont obtenu un REH moyen inférieur au REH_obj fixé à 50 kg N_min.ha^-1. Par ailleurs, comme l’illustre la figure 5, il existe de très forts écarts entre exploitations.

L’étude menée par Benoit M. (2014) avait mis en évidence, pour le groupe d’exploitations étudié, la bonne performance des systèmes en agriculture biologique (par rapport à l’agriculture dite conventionnelle) vis-à-vis des pertes de nitrate : la concentration sous-racinaire est en moyenne inférieure de 29 %. Dans le cadre des suivis REH menés par Eau de Paris, une très grande variabilité de résultats a été constatée au sein des exploitations en agriculture biologique, probablement liée aux différences pédologiques et à la diversité des pratiques observées :

• apports ou non de matières organiques,
• présence ou non de couverts d’interculture,
• fréquence de retour des légumineuses,
• travail du sol plus ou moins fréquent,
• part de cultures laissant de forts REH.

Avec « seulement » trois années de recul, il est prématuré de juger de la performance (en terme de limitation des pertes de nitrate) des différents systèmes de culture dans les AAC suivies. Dans un premier temps, des facteurs d’explication des résultats sont recherchés au cours d’échanges individuels avec chaque agriculteur. Ceux-ci participent volontiers à ces échanges et manifestent une curiosité pour interpréter les résultats. Généralement, les REH élevés sont expliqués par un mauvais rendement de la culture récoltée, une absence de couvert d’interculture, une culture précédente de type légumineuse, etc. Il reste néanmoins de nombreuses inconnues et certains résultats demeurent surprenants. Beaucoup d’agriculteurs sont encore sceptiques quant à la fiabilité des mesures de REH et peu convaincus de l’impact de leurs pratiques sur le REH, au regard de l’effet du climat et des caractéristiques intrinsèques de leurs sols.

Par conséquent, même si c’est l’objet de l’accompagnement technique individuel des agriculteurs (réalisé par des conseillers de structures prestataires ou partenaires financées par Eau de Paris), il n’est pas toujours aisé de définir avec les agriculteurs des axes d’actions permettant de réduire les valeurs de REH. En outre, certaines actions préconisées telles que l’implantation de couverts végétaux peuvent se trouver en contradiction avec des actions nécessaires à la maîtrise des adventices (faux-semis notamment).

Des modifications de pratiques sont néanmoins observées chez certains agriculteurs engagés dans le PSE : utilisation de la méthode APPI-N^[3], réduction des doses d’engrais apportées, avancement de la période de semis des couverts en interculture. Il semble que la majorité des agriculteurs nouvellement engagés dans nos PSE se soient focalisés en premier lieu sur la gestion des herbicides, qui constitue pour eux la principale difficulté du cahier des charges (tableau 1). L’espoir de voir se matérialiser plus de modifications des pratiques agricoles pour répondre à l’enjeu nitrate est attendu dans les prochaines campagnes de mesures REH, l’accompagnement technique mis en place commençant à porter ses fruits. En outre, Eau de Paris envisage des adaptations du bonus Nitrate (montant, objectif) afin de le rendre plus efficace.

Perspectives

Au cours de l’année 2022, il est prévu de modéliser les pertes d’azote à l’aide du modèle Syst’N® (Parnaudeau et. al., 2012), dans différents systèmes de culture associés à différents contextes pédoclimatiques rencontrés sur les AAC d’Eau de Paris. Les objectifs de ce travail sont de :

• mieux hiérarchiser les différents facteurs influençant la teneur en azote minéral dans le sol ;
• distinguer l’effet des contextes pédoclimatiques et des pratiques agricoles et
• estimer les concentrations en nitrate de l’eau lixiviée sous chaque système de culture.

Les REH mesurés dans les parcelles seront utilisés pour caler ce modèle. Une fois les systèmes de culture paramétrés, différentes simulations de changements de pratiques seront effectuées, en associant au maximum les agriculteurs concernés.

Bibliographie

Benoit M., 2014. Les fuites d’azote en grandes cultures céréalières : lixiviation et émissions atmosphériques dans des systèmes biologiques et conventionnels du bassin de la Seine (France). France, Paris VI: Université Pierre et Marie Curie.

Beillouin D., Schneider A., Carrouée B., Flenet F., Champolivier L., Cohan J.-P., Jeuffroy M.-H., 2017. Risques de pertes de nitrate par lixiviation à court et moyen terme dans les rotations céréalières incluant du pois ou du colza. Innovations Agronomiques, 60 1‑18. https://doi.org/10.15454/1.513851030858317E12.

Comifer, Groupe Azote. 2002. Lessivage des nitrates en systèmes de cultures annuelles. Diagnostic du risque et propositions de gestion de l’interculture. Comifer. https://comifer.asso.fr/images/fichiers/Comifer_2002_interculture.pdf

Parnaudeau V., Reau R., Dubrulle P. 2012. Un outil d’évaluation des fuites d’azote vers l’environnement à l’échelle du système de culture : le logiciel Syst’N. Innovations Agronomiques, 21, 59-70.