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Modélisation intégrée du devenir des pesticides dans le paysage rural : application à la viticulture
UMR LISAH, INRA, Montpellier/ UMR ITAP, IRSTEA, Montpellier/ UMR ECOSYS, INRA, Grignon

Contexte
La contamination des écosystèmes par les pesticides utilisés en agriculture concerne l'ensemble des compartiments écologiques (atmosphère, sol, aquifères, masses d'eau) (Aubertot et al., 2005). Elle a des conséquences avérées et suspectées en termes de santé publique (INSERM, 2013) et de préservation de la qualité des écosystèmes et de la biodiversité (Hallman et al., 2017). L'identification des voies de dispersion, de leurs déterminismes et de leurs contributions relatives, en fonction des caractéristiques de milieu, des pratiques culturales et d'application et des propriétés des molécules, est un préalable au diagnostic des risques de contamination et d'exposition et à la recherche de démarches de réduction de la contamination.
Si les voies de contamination potentielles sont assez bien connues, leurs importances relatives ne le sont que très partiellement. Leur diversité (lessivage, lixiviation, ruissellement, dérive atmosphérique, volatilisation, dépôts gazeux atmosphériques...), leurs interactions complexes et le fait qu'elles interviennent pendant et après l'épandage des molécules concernées sur le sol ou la végétation a conduit jusqu'à présent à sérier les travaux de recherche, par voie de contamination ou par principaux compartiments environnementaux (air, eau, sol). Enfin, la dispersion atmosphérique n'a fait l'objet d'études que très récemment en lien avec une préoccupation grandissante sur les expositions des populations par voie aérienne, comme en témoigne la saisine ANSES (2013) et celle de 2017 sur la stratégie de surveillance dans l'atmosphère des pesticides afin d'évaluer l'exposition de la population générale à ces composés (Anses, 2017) ou le projet européen BROWSE portant sur l'exposition des riverains et passants aux pesticides appliqués localement (Butler Ellis et al. 2017).
Pourtant, une bonne compréhension des processus et une évaluation des risques d'exposition requiert d'appréhender l'ensemble des voies de transfert et leurs interactions en même temps et l'échelle du paysage devient l'échelle pertinente (Boivin et Poulsen, 2017 ; Topping et al., 2015). C'est en effet à cette échelle que convergent les différentes voies de transfert, hydrologiques et atmosphériques. C'est aussi à cette échelle qu'il est possible et souhaitable i) d'estimer les impacts écotoxicologiques et toxicologiques des pesticides, ii) d'évaluer les impacts positifs escomptés de nouveaux systèmes de culture et de leur répartition spatiale et temporelle, afin de limiter l'utilisation des pesticides ou leur dispersion, iii) d'étudier l'intérêt des infrastructures écologiques (réseaux de fossés ou de haies, zones humides, zones de non traitement, bandes enherbées) afin d'atténuer la dispersion des pesticides. L'organisation du paysage constitue ainsi un nouveau levier d'action mobilisable en plus des leviers à l'échelle de la parcelle.
Pour se faire, les modèles simulant le devenir des pesticides à l'échelle de la parcelle agricole (e.g. PRZM, MACRO, Pearl cités dans EC, 2014), ceux constitués à l'échelle du bassin versant (Mottes et al. (2014)) ou les modèles décrivant différents types de transferts et de dépôts atmosphériques (Guiral et al., 2016; Scholtz et al., 2002 ; Bedos et al. 2009, 2013) fournissent les premières briques d'une modélisation à l'échelle du paysage. Cependant, aucune modélisation systémique n'est disponible à ce jour pour représenter à l'échelle du paysage les risques de contamination des écosystèmes dans les compartiments air, sol et eau, liés à la conjonction des voies de transfert hydrologique et atmosphérique. Le besoin de développement de ce type d'outils de modélisation à des échelles territoriales a été clairement identifié par les travaux de l'Anses (2017) pour la composante atmosphérique. Il correspond à un verrou scientifique reconnu du fait de la complexité à représenter l'interaction temporelle et spatiale des mécanismes impliqués.

Objectifs de la thèse
Le projet de thèse vise ainsi le développement et l'évaluation d'une modélisation intégrée du devenir des pesticides à l'échelle du paysage en vue de pouvoir :

  1. identifier et hiérarchiser les processus majeurs contribuant à la contamination des différents compartiments environnementaux selon les systèmes paysagers étudiés (organisation des pratiques culturales et des systèmes de cultures, caractéristiques des milieux, aménagements paysagers et infrastructures écologiques),
  2. simuler l'influence de nouvelles stratégies de protection phytosanitaire à l'échelle d'un paysage, et
  3. contribuer à évaluer les niveaux d'exposition des organismes dans les compartiments environnementaux et des populations riveraines des espaces agricoles.

La modélisation développée sera mise en oeuvre, testée et évaluée dans le cadre de cette thèse, sur un paysage viticole méditerranéen typique.

Organisation et déroulement de la thèse
Le projet de thèse doit se dérouler sur 3 ans et s'intègre dans un projet collaboratif financé par Montpellier Université d'excellence. Il s'appuie sur l'observatoire de Recherche en Environnement OMERE, comprenant le bassin versant viticole de Roujan, sur la plateforme OpenFLUID de modélisation des flux paysagers, gérés par le LISAH, sur la plateforme de Recherche Technologique ReducPol de l'UMR ITAP et sur un ensemble de modèles de processus et bases de données d'émission en post-application déjà constitués (émission par volatilisation (Garcia et al., 2014 ; Lichiheb et al., 2016) ; dispersion atmosphérique / modèle FIDES (Bedos et al., 2013) ; flux hydrologiques / modèle MHYDAS (Bouvet et al., 2011) au sein du consortium de chercheurs du projet.

Les tâches suivantes sont prévues :

  • Mise en oeuvre, à partir d'un schéma conceptuel proposé par les laboratoires partenaires, du modèle intégré sur une plateforme de modélisation dédiée;
  • Contribution au développement d'une base de données ad hoc sur les dynamiques de contamination de l'air, du sol et de l'eau dans un paysage viticole méditerranéen ;
  • Analyse de sensibilité, calibration et confrontation de la modélisation aux situations expérimentales test ;
  • Evaluation des contributions relatives des différentes voies de transfert à la contamination des ressources en sols et en eau de surface et à l'exposition des riverains dans le cas d'un paysage viticole test.

Conditions d'emploi :
Le doctorant aura son hébergement principal au sein de l'UMR LISAH à Montpellier en collaboration avec les UMR ITAP et ECOSYS, et effectuera des séjours à l'UMR Ecosys en région parisienne. Il aura en charge les travaux de modélisation et contribuera aux expérimentations de terrain menées par les 3 laboratoires concernés par le projet de thèse.

Poste à pourvoir à partir de septembre ou octobre 2018 pour une durée de 3 ans.
Salaire brut mensuel : 1580 EUR


Profil attendu du candidat :
Master 2 ou ingénieur spécialisé en sciences de l'environnement avec une formation de préférence dans au moins dans deux des 3 thématiques suivantes : hydrologie-hydrodynamique des sols, processus atmosphériques, géochimie des pesticides. Nous recherchons en particulier un(e) doctorant(e) ayant des capacités en modélisation numérique des transferts hydrologiques et/ou atmosphériques de composés polluants ainsi qu'une aptitude à travailler en équipe et avec rigueur. Des compétences en programmation sont souhaitées et des capacités de communication et de rédaction en anglais sont indispensables.

Contacts :
Marc Voltz, UMR LISAH INRA place Viala 34060 Montpellier : marc.voltz@inra.fr / tél : 04 99 61 23 40
Carole Bedos, UMR ECOSYS INRA 78850 Thiverval-Grignon : carole.bedos@inra.fr /tél: 01 30 81 55 36
Jean-Paul Douzals, UMR ITAP IRSTEA 361 rue Jean-François Breton BP 5095 34196 Montpellier cedex 5 : jean-paul.douzals@irstea.fr

Candidature :
Merci d'envoyer à marc.voltz@inra.fr un CV détaillé, une lettre de motivation, un relevé de notes des 2 dernières années du diplôme préparé (Master ou Ingénieur), une copie du rapport de master (si disponible) de préférence avant le 2 juillet. Une audition est programmée en juillet 2018 pour les candidats retenus suite à la phase d'examen des dossiers.

Références bibliographiques
ANSES 2013, Saisine « demande d'appui scientifique pour réévaluer le dispositif réglementaire destiné à protéger les riverains des zones traitées avec des produits phytosanitaires ».
ANSES (2016). Expositions professionnelles aux pesticides en agriculture. (avis n°2011-SA-0192).
ANSES (2017). Proposition de modalités pour une surveillance des pesticides dans l'air ambiant. Saisine « n° 2014-SA-0200 » « Pesticides et Air ambiant » RAPPORT d'expertise collective, 257p
Aubertot, J.N., Barbier, J.M., Carpentier, A., Gril, J.J., Guichard, L., Lucas, P., Savary, S., Savini, I., Voltz, M. 2005. Pesticides, agriculture et environnement. Réduire l'utilisation des pesticides et limiter leurs impacts environnementaux. Expertise scientifique collective, synthèse du rapport, INRA et Cemagref (France), 64 pages.
Bedos, C., S. Génermont, E. Le Cadre, L. Garcia, E. Barriuso, and P. Cellier. 2009. "Modelling pesticide volatilization after soil application using the mechanistic model Volt'Air." Atmospheric Environment 43:3630-3669.
Bedos C., Loubet B., Barriuso E., 2013. Gaseous deposition contributes to the contamination of surface waters by pesticides close to treated fields. A process-based model study. Environmental Science and Technology, 47, 24, 14250-14257. DOI
Boivin, A., Poulsen, V., 2017. Environmental risk assessment of pesticides: state of the art and prospective improvement from science. Environ Sci Pollut Res, 24:6889-6894. DOI 10.1007/s11356-016-8289-2
Bouvet, L., Louchart, X., Bares, M., Lalauze, S., Voltz, M. 2011. Modélisation intégrée des flux d'eau et de pesticides dans les agro-hydrosystèmes avec MHYDAS : exemple des herbicides en milieu viticole méditerranéen. 40ème colloque du GFP, Pau, France, 21-24 novembre 2011
Butler Ellis, M. C., J. C. van de Zande, F. van den Berg, M. C. Kennedy, C. M. O'Sullivan, C. M. Jacobs, G. Fragkoulis, P. Spanoghe, R. Gerritsen-Ebben, L. J. Frewer, and et al. 2017. "The BROWSE Model for Predicting Exposures of Residents and Bystanders to Agricultural Use of Plant Protection Products: An Overview." Biosystems Engineering 154:92-104.
European Commission, 2014. Assessing Potential for Movement of Active Substances and their Metabolites to Ground Water in the EU". Report of the FOCUS Ground Water Work Group, EC Document Reference Sanco/13144/2010 version 3, 613 pp.
Garcia L., Bedos C., Génermont S., Benoit P., Barriuso E., Cellier P., 2014. Modeling Pesticide Volatilization: Testing the Additional Effect of Gaseous Adsorption on Soil Solid Surfaces. Environmental Science and Technology, 48, 9, 4991-4998.
Guiral C, Bedos C, Ruelle B, Basset-Mens C, Douzals JP, Cellier P ,Barriuso E  2016. Synthèse bibliographique sur les émissions de produits phytopharmaceutiques dans l'air. Etude ADEME juillet 2016, 228p
INSERM, 2013. Expertise collective Pesticides et Santé, Effets sur la santé. Synthèse et recommandations. 134 pages + annexes, Edition Inserm, Paris.
Hallmann CA, Sorg M, Jongejans E, Siepel H, Hofland N, Schwan H, et al. (2017) More than 75 percent decline over 27 years in total flying insect biomass in protected areas. PLoS ONE 12 (10): e0185809.
Lichiheb, N.; Personne, E.; Bedos, C.; Van den Berg, F.; Barriuso, E. 2016. Implementation of the Effects of Physicochemical Properties on the Foliar Penetration of Pesticides and Its Potential for Estimating Pesticide Volatilization from Plants. Science of The Total Environment, 550, 1022-1031.
Mottes, C., Lesueur-Jannoyer, M., Le Bail, M., Malezieux, E., 2014. Pesticide transfer models in crop and watershed systems: a review. Agron. Sustain. Dev., 34, 229-250.
Scholtz, M.T., Voldner, E., McMillan, A.C., Van Heyst, B.J., 2002. A pesticide emission model (PEM) Part I: model development. Atmospheric Environment 36, 5005-5013.
Topping CJ, Craig PS, de Jong F, Klein M, Laskowski R, Manachini B, Pieper S, Smith R, Sousa JP, Streissl F, Swarowsky K, Tiktak A, van der Linden T., 2015. Towards a landscape scale management of pesticides: ERA using changes in modelled occupancy and abun- dance to assess long-term population impacts of pesticides. Sci Total Environ 537(2015):159-169.