Modelling

Modélisation des cycles des substances dans le sol: détection précoce, prévisions et analyse des causes

Les éléments nutritifs et les polluants s’accumulent à long terme dans le sol. Mais ces processus sont difficiles à suivre. Le bilan des substances permet de détecter rapidement les évolutions indésirables dans le sol et d’établir des pronostics et des scénarios. Cet instrument de modélisation contribue à la protection préventive du sol.

La modélisation des bilans de substances a pour but d’analyser les causes de changements mesurés dans le sol et de prévoir des mesures adaptées à une utilisation durable du sol. L’influence à long terme de l’exploitation agricole sur la qualité et les fonctions du sol et sur les menaces pour le sol peut être mise en évidence au moyen de bilans superficiels simplifiés ou de modélisations plus complexes de processus dans le sol. Ces dernières peuvent être utilisées pour effectuer des analyses et des prévisions à l’échelle régionale ou locale en vue de vérifier les modifications du sol en relation avec le mode d’exploitation, le travail du sol et les caractéristiques du site et du sol.

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Figure: Le bilan des substances permet d’établir une corrélation entre conditions du site et conditions environnementales ainsi qu’entre l’exploitation agricole et les cycles des substances dans le sol (source : Maharens, Umweltbundesamt Dessau).

Le type de modélisation dépend des questions étudiées et porte sur une durée et une région spécifiques : l’analyse peut ainsi se référer à une parcelle, à une exploitation ou à une région agricole, s’étendre sur un jour, un mois ou une année, et adopter une approche rétrospective ou prospective. Dans le cadre du NABO, des bilans de substances sont calculés aussi bien pour les éléments nutritifs (azote, phosphore, potassium) que pour les polluants inorganiques (cadmium, cuivre, zinc, uranium) et organiques (produits phytosanitaires).

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Modelling_02Nbilanz

Bilans à long terme des éléments nutritifs et des polluants dans les parcelles du NABO

Des bilans superficiels simplifiés sont effectués sur une base annuelle pour les éléments nutritifs (N, P, K), les métaux lourds (Cd, Cu, Zn, U) et certains produits phytosanitaires. Les données d’exploitation sont prises en compte afin que les bilans soient comparables avec les changements mesurés dans le sol. Ces résultats permettent de développer des indicateurs et de formuler des recommandations concrètes en faveur d’une utilisation durable du sol.

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Applications de produits phytosanitaires (PPh) sur des parcelles du NABO

Jusqu’à présent, les atteintes à long terme portées aux sols par les résidus de produits phytosanitaires (PPh) n’ont pratiquement pas été étudiées. Les informations sur l’ampleur de la pollution des sols de Suisse par des matières actives de PPh et sur la persistance de ces substances dans le sol sont encore très lacunaires. L’Observatoire national des sols NABO relève les applications de PPh effectuées au fil des années sur les parcelles d’essai. Ces données permettront à l’avenir d’analyser de manière ciblée les résidus possibles de certaines matières actives de PPh.

NABO-Bewirtschaftungsdaten

Relevé des données sur l’exploitation et l’utilisation des parcelles du NABO

Les informations relatives aux pratiques agricoles sont une base importante pour interpréter l’évolution de la qualité des sols. C’est ainsi que les données d’exploitation et d’utilisation de près de 50 parcelles agricoles du NABO sont systématiquement relevées chaque année.

Modelling_DynamikStoffkreisläufe

Comprendre la dynamique des cycles des substances dans le sol – modélisation de processus pédologiques

Les apports à long terme de substances ne conduisent pas forcément à une accumulation dans le sol. Outre les pratiques culturales, divers processus et propriétés du sol influencent les cycles des substances. La modélisation de processus pédologiques permettra de mieux étudier ces corrélations.

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Monitoring agro-environnemental : des bilans de métaux lourds comme indicateur

L’Office fédéral de l’agriculture effectue un monitoring sur la base d’indicateurs agro-environnementaux (IAE) afin d’évaluer l’influence de l’agriculture sur la qualité de l’environnement. L’Observatoire national des sols calcule les bilans annuels du cuivre et du zinc des entreprises IAE et en déduit des indicateurs. Ces données sont publiées dans le rapport agricole.

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Méthode isotopique pour l’analyse des sources de métaux dans les sols

Le projet PNR69 « Isotopes métalliques stables comme nouvel outil pour améliorer la durabilité des systèmes de production agricole MISOTRAG » vise à étudier dans quelle mesure le cadmium, le cuivre et le zinc s’accumulent dans les sols et à déterminer quelles parts sont assimilables par les plantes.

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Outil régional de monitoring des sols pour des cycles de vie des matières durables

Le projet du PNR68 iMSoil (« Regional soil monitoring tool for sustainable element cycles on agricultural soils ») consiste à développer un instrument pour la protection des sols. Un outil régional de monitoring des sols permettra de repérer rapidement les apports accrus de substances, de vérifier l’efficacité de mesures adéquates sur des sols menacés, et de développer des indicateurs appropriés.

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Étude des teneurs en cadmium et en uranium de sols arables du Plateau

Les sols fertilisés avec des engrais minéraux présentent-ils des concentrations plus élevées de polluants ? Et quelles charges en polluants parviennent ainsi dans les sols par la fumure ? L’utilisation d’engrais minéraux dans la production agricole peut effectivement entraîner une accumulation de métaux potentiellement toxiques dans les sols. Un screening de sols arables a été effectué pour évaluer le risque d’accumulation de l’arsenic (As), du plomb (Pb), du cadmium (Cd) et de l’uranium (U) lié aux apports d’engrais minéraux phosphatés.

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Cycles des matières dans les sols agricoles du Plateau suisse

Le projet « Modèle d’exploitation du sol sur le Plateau suisse » du PNR68 vise à développer pour le Plateau suisse un modèle permettant de calculer de manière explicite les cycles des substances sur une zone géographique donnée. Ce modèle permettra ainsi d’évaluer l’influence des stratégies régionales d'exploitation et des outils de pilotage nationaux sur le cycle des éléments nutritifs et des polluants dans les sols cultivés et les herbages. L’un des grands avantages de ce modèle est qu'il facilite le repérage des zones dans lesquelles des changements ont été opérés en matière d'utilisation et d'exploitation des sols au fil des années. Il permet en outre de mieux déceler les évolutions à venir dans le cycle des matières.