La pollution diffuse provenant des milieux agricoles a une influence majeure sur la qualité de l’eau. Le transport de sédiments et de nutriments, tels que le phosphore et l’azote, est particulièrement préoccupant. Les changements climatiques anticipés modifieront le régime hydrologique des rivières, ce qui entraînera des conséquences difficiles à anticiper, notamment sur la qualité de l’eau. Le site à l’étude est le bassin versant de la rivière Tomifobia, situé au sud-ouest du Québec, qui possède une superficie de 436 km² et qui comporte une forte activité agricole. Il a un impact important sur la qualité de l’eau du lac Massawippi puisqu’il draine 70% de son bassin versant. Le modèle hydrologique spatialisé Soil and Water Assessment Tool (SWAT) a été utilisé pour effectuer l’évaluation quantitative et qualitative de l’apport en eau à la rivière. Les activités agricoles ont été représentées dans le modèle selon un calendrier typique pour chacune des différentes cultures. Le calage et la validation du modèle pour le débit de la rivière Tomifobia ont été effectués à l’aide de la reconstitution des apports au lac Massawippi. Pour la qualité de l’eau, les données provenant de l’Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA), du Comité de gestion du bassin versant de la rivière Saint-François (COGESAF) et la campagne d’échantillonnage du Groupe de recherche sur l’eau de l’Université de Sherbrooke (GREAUS) ont été utilisées. Les éléments analysés par rapport à la qualité de l’eau sont les sédiments, le phosphore et les nitrates. Différentes projections climatiques ont été entrées dans le modèle dans le but de déterminer les tendances hydrologiques futures. L’impact des changements climatiques sur le régime hydrologique se traduit principalement par une augmentation des débits hivernaux et une diminution des débits printaniers. Aucune tendance statistiquement significative n’a été observée pour la période estivale et automnale. L’effet des changements climatiques sur les exportations de nitrates est similaire à celui sur le débit. Pour les exportations de sédiments et de phosphore, on note une hausse à l’hiver, une baisse au printemps et une hausse pour l’été et l’automne.

La pollution diffuse des nappes phréatiques par les pesticides pose un problème environnemental critique. Les approches visant à moduler spatialement la dose de pesticide apportée en fonction des risques de transfert des molécules phytosanitaires à travers le sol sont a priori une solution séduisante. Dans un cadre de recherche, ces approches requièrent une connaissance spatialisée des caractéristiques hydropédologiques du sol, de l'adsorption et de la dégradation des molécules phytosanitaires, afin de pouvoir modéliser le comportement des molécules. Le travail de thèse présenté ici porte sur la première étape d'une telle démarche, la caractérisation des propriétés du sol et d'une molécule herbicide - l'isoproturon - à l'échelle d'un secteur agricole de 2600 ha de Beauce chartraine. Les objectifs de la thèse se décomposent en 3 parties : [i] Caractériser la variabilité spatiale des propriétés pédologiques, physico-chimiques et hydriques du sol (rétention en eau, conductivité hydraulique KSAT, fraction d'eau immobile fIMM), ainsi que les propriétés d'adsorption (KD) et de dégradation (DT50) de l'isoproturon dans l'horizon de surface du secteur agricole étudié ; [ii] Identifier les déterminismes agronomiques et/ou pédologiques des propriétés importantes pour le comportement des pesticides dans les sols ; [iii] Établir et tester des classes et des fonctions de pédotransfert permettant de prédire ces propriétés déterminantes à partir de propriétés agronomiques ou pédologiques plus simples. Les sols de ce secteur sont des sols moyennement épais développés dans un limon éolien reposant sur un calcaire gélifracté et cryoturbé. L'horizon de surface de 34 sites a été caractérisé, avec une détermination systématique des propriétés du lit de semence, et une détermination partielle du reste de l'horizon travaillé. Sur les 50 couches / échantillons de sol caractérisés, un tiers se trouvent dans des parcelles en travail simplifié (sans labour). À l'exception de la masse volumique apparente, les propriétés physico-chimiques du sol sont peu variables (teneur en argile et en CaCO3 notamment). Si les propriétés de rétention en eau et le KD de l'isoproturon sont, elles aussi, modérément contrastées, la fIMM, la KSAT, et la DT50 de l'isoproturon sont très variables. Un

La contamination des eaux marines par les apports terrigènes induit de nombreuses perturbations biogéochimiques. La conséquence la plus marquante de ces apports est très certainement le phénomène d'eutrophisation des masses d'eau côtières résultant de l'apport excessif de nutriments et accentuant les efflorescences algales. Néanmoins, la contribution des bassins versants ainsi que l'origine des polluants incriminés restent généralement difficiles à évaluer finement à partir des mesures intermittentes ponctuelles issues des réseaux de surveillance, particulièrement dans le cas d'émissions diffuses. Dans ce cadre, le recours à la modélisation des bassins versants apparaît comme une solution complémentaire pertinente en termes de gestion, notamment de par les possibilités de scénarisation qu'elle offre. En s'appuyant sur un site d'étude localisé en Bretagne Sud, constituant le principal hydrosystème à alimenter le Golfe du Morbihan, le modèle Soil and Water Assessment Tool a été mis en oeuvre sur une période de six ans. Dans une optique opérationnelle, des protocoles de paramétrage ont été établis à partir de référentiels de données courants et différents utilitaires ont été développés afin de favoriser l'exploitation autonome de cet outil par les gestionnaires en charge du suivi et de la gestion des eaux littorales. Cette implémentation a notamment permis de quantifier de manière continue les apports nutritifs terrigènes et d'en déterminer les principales origines. Ainsi, l'identification des bassins versants élémentaires les plus contributeurs, peut constituer un appui pour la désignation de secteurs d'intervention prioritaires pour les actions de reconquête de la qualité des masses d'eau de l'hydrosystème alréen.

Pour de nombreux pays, la sécurité alimentaire est le défi majeur que l’agriculture doit relever, tout en assurant la durabilité environnementale. L’intensification durable de la production et la prévention des pertes de récoltes sont des éléments clés pour augmenter les productions et garantir leur régularité, l’utilisation massive d’intrants (Engrais, pesticides) est le plus souvent la solution la plus facile et la sure à court terme. Ces pratiques d’intensification entrainant des consommations parfois excessives d’engrais et de produits phytosanitaires ont un impact négatif sur l’environnement et la santé, ce qui pose aujourd’hui le problème de la durabilité de ces modes de production. Assurer la sécurité alimentaire par des processus d’intensification et la durabilité environnementale semblent être alors en opposition. Les conséquences sur l’environnement et la santé humaine de l’intensification des pratiques agricoles avec l’utilisation croissante de produits chimiques ont amené la société civile, et les pouvoirs publics à s’interroger sur la pérennité de ce système de développement et à interroger le monde scientifique pour proposer d’autres modes de production permettant un développement durable. Comment mettre en place des systèmes de production agricole durables dans les territoires, tout en répondant aux objectifs d’accroissement de la production pour assurer un niveau acceptable de sécurité alimentaire. Cette question aujourd’hui, s’inscrivant dans un contexte de changement climatique est devenue centrale pour les responsables des politiques. L’agriculture est associée à la notion de territoire, la durabilité environnementale à une problématique collective, ce qui modifie les paramètres de formulation des actions de politiques publiques. Il faut aujourd’hui construire des démarches de gestion intégrées et collectives de l’agriculture dans ses territoires, en prenant en compte les acteurs locaux et les potentialités et les spécificités de l’environnement physique. Pour construire un projet collectif, il est donc nécessaire de comprendre les représentations que les usagers et parties prenantes dans la gestion et l’utilisation de l’écosystème se font de sa dynamique et des interactions entre règles d’usages et comportements des acteurs locaux. Quels outils et méthodes doivent mettre en place les décideurs dans les territoires pour répondre à ces objectifs ? Le cadre de travail se situe à l’interface de différents champs scientifiques ; agronomie, géographie et économie. Une modélisation du fonctionnement du territoire comme instrument de support au dialogue semble être appropriée pour une telle démarche ; devant permettre de simuler différentes alternatives et de permettre des regards croisés. La première partie de la thèse va s’attacher à une revue de littérature des instruments et méthodes existant dans ce domaine, notamment en termes d’indicateurs de caractérisation et de solutions alternatives en terme de production. Le choix en terme de méthode générique s’oriente pour l’instant vers l’élaboration d’outils de simulation spatialisés, collectifs et interactifs. L’objectif est de pouvoir construire une méthode d’élaboration de plans stratégiques agricoles permettant de poser les fondements d’une politique publique territorialisée. Le terrain d’application sera la région de la Bekaa au Liban , qui est une zone d’intensification agricole au Liban, et contribuant de manière très importante à la production agricole du Liban. / For many countries, food security is the biggest challenge facing agriculture, while ensuring environmental sustainability. Sustainable intensification of production and preventing crop losses are key element to increase production and ensure their consistency, massive inputs (fertilizers, pesticides) use is most often the easiest and the safe solution in the short term. These intensification practices resulting sometimes in increasing excessive consumption of fertilizers and pesticides have a negative impact in both environment and human health, which today pose the problem of the sustainability of these production methods. Ensuring food security through process intensification and environmental sustainability seem to be in opposition. The impact on the environment and human health from the intensification of agricultural practices with the increase in using chemicals has carry civil society and governments to query the sustainability of this development system and to question the scientific community to provide other types of production for sustainable development. How to build sustainable systems of agricultural production in the territories, while responding to the objectives of increased production to ensure an acceptable level of food security. This question as part of climate change today has become central to policy makers. Agriculture is associated to the concept of territory, environmental sustainability to a collective problem; modify the parameters for the formulation of public policy actions. We must now build integrated management approaches and collective agriculture in these territories, taking into consideration the local stakeholders, the potentialities and the specifications of the physical environment. To build a collective project, it is crucial to understand the representations that users and stakeholders in the management and the ecosystem uses should be done in dynamics and interactions between rules of practice and behavior of local actors. What tools and methods must implement policy-makers in the territories to meet these goals? The framework is at the interface of different scientific fields; agronomy, geography and economics. A model of the operation planning as an instrument of support for the dialogue seems to be appropriate for such approach; possible to simulate different alternatives and allow viewpoints. The first part of the thesis will focus on a literature review of existing instruments and methods in this area, particularly in terms of indicators of characterization and alternative solutions in terms of production. The choice in terms of generic method is oriented on elaborating of tools in spatially, collective and interactive simulation. The goal is to build a method for developing an agricultural strategic planning to allow the basis of a territorial public policy. The field of application will be the Bekaa region in Lebanon, which is an intensive farming area in Lebanon, and contributing very significantly to agricultural production in Lebanon.

L?utilisation de produits phytosanitaires est à l?origine d?un problème majeur à l?interface de l?agriculture et de la préservation des ressources en eau. Dans ce contexte, les effets de différents métaux (Cu, Zn), métalloïdes (As) et pesticides (Azimsulfuron, Oxadiazon, Prétilachlore, Fipronil et Alphacyperméthrine) ont été étudiés en terme de biodisponibilité voire de toxicité sur des algues d?eaux douces (Pseudokirchneriella subcapitata et Chlorella sp.) sensibles aux pollutions diffuses d?origine agricole, en prenant en compte l?influence des ligands naturels et l?impact d?une multipollution. L?étude de la relation potentielle entre spéciation, biodisponibilité et toxicité a été menée, sur trois sites d?étude associés à une pollution d'origine agricole. Des échantillons d'eaux, collectés dans des canaux de drainage et des rizières (pollution organique), de drainage prélevés sur des parcelles soumises ou non à des épandages de lisiers de porcs (Cu, Zn) et de ruissellement issus de parcelles viticoles (multipollution) ont été caractérisés et analysés. Les résultats de toxicité ont été confrontés avec ceux mesurés sur des solutions standards en conditions contrôlées et les résultats analytiques ; dosage de résidus de pesticides et des métaux et métalloïdes traces. L?analyse d?échantillons non toxiques menée conjointement, après additions de Cu, par biotests et DPASV a permis d?approfondir les relations entre la toxicité et les espèces électrochimiquement labiles détectées. Elle a souligné la présence de complexes labiles du cuivre (CuL), responsables de la toxicité. Les études de laboratoire et de terrain illustrent de la complexité de l'évaluation de l'exposition dans des contextes de multipollution, chaque molécule nécessitant une évaluation spécifique de son comportement et de ses effets dans un milieu donné. Par ailleurs, les divers produits phytosanitaires présents sont susceptibles d'interagir entre-eux (toxicité de mélanges complexes) et avec les ligands naturels (complexation).

Les pollutions diffuses d'origine agricole dues aux produits phytosanitaires sont souvent mises en cause dans la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines. En viticulture, le cuivre est encore largement utilisé comme fongicide, associé à des pesticides organiques.<br />Le climat méditerranéen favorise un ruissellement et une érosion des sols viticoles, les rendant très propices aux transferts des polluants vers les eaux de surface. Des eaux de ruissellement de parcelles viticoles ont été prélevées et analysées pour l'étude de la spéciation,<br />la biodisponibilité et la toxicité du cuivre. La méthodologie adoptée a eu pour but de caractériser l'exposition au cuivre par rapport aux autres produits phytosanitaires issus du traitement des vignes. L'effet toxique in vitro du cuivre en conditions contrôlées et dans les eaux de ruissellement a été évalué sur des organismes aquatiques (bactérie Vibrio fischeri, algue Pseudokirchneriella subcapitata) et a permis de valider les effets observés par rapport aux concentrations en ion libre calculé. Les producteurs primaires étant une cible privilégiée dans le cadre de la contamination par le cuivre, l'effet sur Pseudokirchneriella subcapitata a<br />été évalué à différents niveaux (croissance, intégrité membranaire, activité photosynthétique, activité estérasique) afin de mieux comprendre les mécanismes de toxicité mis en jeu, et a montré que la croissance est l'indicateur le plus sensible vis à vis de la toxicité du cuivre. Les effets observés ont été interprétés en fonction de la spéciation chimique du cuivre dans les<br />eaux : caractérisation physico-chimique et fractionnement par taille (matières en suspension,<br />colloïdes), modélisation de la spéciation (MINEQL+), évaluation du potentiel de mobilisation du cuivre de la fraction particulaire vers la fraction dissoute. Enfin, l'effet toxique des complexes métalliques lipophiles, qui constitue une exception au modèle de biodisponibilité<br />de l'ion libre, a été étudié en conditions contrôlées. Cette double approche (caractérisations physico-chimiques et influence de la spéciation des polluants sur la toxicité in vitro) a permis de déterminer les paramètres influents dans le transfert du cuivre et la toxicité dans les eaux<br />de ruissellement : le type de sol des parcelles, les caractéristiques de la pluie et les types d'apports de produits phytosanitaires (cuivre, arsenic, Diuron).

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3632. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 160-175.

L'objectif du travail de thèse a été de tester en laboratoire l'efficacité de deux variantes de taxe ambiante (Taxe Pigouvienne Moyenne et Taxe Ambiante Plafonnée) qui présentent l'avantage de réduire les charges en cas de taxation mais dont l'efficacité nécessite que les pollueurs coordonnent leurs efforts. Pour permettre cette coordination, trois formes de communication (communication gratuite ou " cheap talk ", communication coûteuse endogène et exogène) ont été testées. Les résultats montrent que le sucker's payoff et la taille des groupes sont déterminants dans le potentiel du cheap talk à induire de la coopération. Lorsque la communication est coûteuse et exogène, l'impact positif de la communication est limité dans le temps. Cependant lorsque la décision de communiquer moyennant un coût revient aux joueurs, ceux-ci choisissent de ne pas communiquer. Nous avons aussi montré que le cheap talk facilite la coordination vers l'équilibre Pareto-dominant et rend ainsi la Taxe Ambiante Plafonnée efficace.

L’objectif du travail de thèse a été de tester en laboratoire l’efficacité de deux variantes de taxe ambiante (Taxe Pigouvienne Moyenne et Taxe Ambiante Plafonnée) qui présentent l’avantage de réduire les charges en cas de taxation mais dont l’efficacité nécessite que les pollueurs coordonnent leurs efforts. Pour permettre cette coordination, trois formes de communication (communication gratuite ou « cheap talk », communication coûteuse endogène et exogène) ont été testées. Les résultats montrent que le sucker’s payoff et la taille des groupes sont déterminants dans le potentiel du cheap talk à induire de la coopération. Lorsque la communication est coûteuse et exogène, l’impact positif de la communication est limité dans le temps. Cependant lorsque la décision de communiquer moyennant un coût revient aux joueurs, ceux-ci choisissent de ne pas communiquer. Nous avons aussi montré que le cheap talk facilite la coordination vers l’équilibre Pareto-dominant et rend ainsi la Taxe Ambiante Plafonnée efficace. / The purpose of this thesis was to test in laboratory the efficiency of two variants of the ambient tax (Average Pigovian Tax and Capped Ambient Tax) that present the advantage of reducing the financial burden imposed through taxation but whose efficiency requires that polluters coordinate their efforts. To enable this coordination, three types of communication (“cheap talk” or costless communication, exogenous costly communication and endogenous costly communication) are tested.The results show that the sucker’s payoff and the size of the groups are crucial in the potential of cheap talk to induce cooperation. When the communication is costly and exogenous, cooperation is limited in time. However when the decision to communicate for a price is up to the players, they decide not to communicate. We’ve also shown that cheap talk facilitates coordination towards the Pareto-dominant equilibrium and makes the Capped Ambient Tax efficient.

L'objectif général de cette thèse est axé sur l’amélioration de modèles agro-hydrologique spatialement distribués pour l’analyse d'agro-hydrosystèmes, sous contrainte de changements climatiques et anthropiques. Cette thèse est structurée autour de trois questions de recherche liées à : i) la représentation de la dynamique spatio-temporelle des systèmes de cultures pour leur utilisation en entrée de modèles agro-hydrologiques distribués ; ii) la représentation du niveau exploitation agricole et des décisions des agriculteurs dans les modèles agro-hydrologiques distribués ; iii) la capacité de ces modèles à simuler des changements climatiques et anthropiquesDes éléments de réponse à ces questions sont apportés par des approches de modélisation réalisées dans différents contextes et à différentes échelles d’espace et de temps. Ces différentes approches sont discutées en les comparant notamment avec d’autres travaux réalisés. Ces différentes études soulèvent la nécessité de développer des méthodologies permettant i) d’une part l’acquisition de données et leur intégration dans les modèles agro-hydrologiques distribués ii) et d’autre part l’amélioration de l’exploitation des simulations, notamment pour les transformer en informations pertinentes et accessibles pour les parties prenantes au niveau d’un territoire. Des perspectives, portant à la fois sur la prise en compte des incertitudes des simulations des modèles agro-hydrologiques et l’analyse de la robustesse de ces modèles, sont également considérées. / The general objective of this thesis is to improve spatially distributed agro-hydrological models for agro-hydrosystems analysis, under climatic and anthropogenic changes, in order to contribute to the identification of levers of action to mitigate effects of non-point source agricultural pollution. This thesis is structured around three research questions related to: i) the representation of spatio-temporal dynamics of cropping systems for their use as input in distributed agro-hydrological models; ii) the representation of farm level and decisions of farmers in distributed agro-hydrological models; and iii) the ability of these models to simulate climate and anthropogenic changes.Elements of response to these questions are provided by modeling approaches carried out in different contexts and at different scales of space and time. These approaches are discussed by comparing them with other works carried out. These different studies raise the need to develop methodologies allowing (i) the acquisition of data and their integration in distributed agro-hydrological models (ii) and, the improvement of the use of simulations results, in particular to transform them into relevant and accessible information for stakeholders at territorial level. Perspectives, covering both uncertainties of the simulations of the agro-hydrological models and the analysis of the robustness of these models, are also considered