Simulation de l’effet de changements de pratiques agricoles sur la qualité des eaux avec le modèle SWAT The effectiveness of changes in agricultural practices on water quality as simulated by the SWAT model

Résumé

La lutte contre la pollution des eaux par l’agriculture nécessite des changements de pratiques agricoles. Les actions proposées par les gestionnaires des territoires ont des effets variables sur la qualité des eaux selon la nature du milieu et des activités agricoles existantes. La modélisation agro-hydrologique constitue une voie pour évaluer les impacts de pratiques agricoles sur la qualité des eaux à l’échelle de bassins versants. Elle offre ainsi un support d’aide à la décision face à une multiplicité d’actions alternatives et permet de rationaliser les choix en termes d’efficacité environnementale.

Dans cet article, nous présentons la mise en oeuvre et les résultats d’une simulation d’un changement de pratiques agricoles sur un bassin versant de 385 km² dans l’ouest de la France. Ce projet a été réalisé en partenariat avec les gestionnaires locaux afin d’évaluer les évolutions possibles de la qualité des eaux à moyen terme. Les données mobilisées sont des chroniques quotidiennes de précipitations et de température, un modèle numérique de terrain, une carte des sols, une carte des successions culturales sur deux ans résultant d’un traitement d’images satellitaires et des pratiques agricoles issues d’enquêtes.

Le modèle offre une calibration hydrologique satisfaisante avec un indice de Nash de 0,81 obtenu sur la période 2000‑2001; la dynamique des transferts de nitrates et de phosphore est également reproduite, mais les résultats sont à nuancer par la fréquence insuffisante des données de validation. Après le calage du modèle, l’efficacité relative de deux changements de pratiques agricoles est estimée : a) à l’implantation d’une culture intermédiaire piège à nitrates (moutarde) et b) au passage au semis direct sous couvert végétal. Finalement, la technique du semis direct apparaît comme la pratique la plus efficace pour réduire les transferts de phosphore qui représentent la pollution principale sur l’espace étudié.

Mots clés:

• pratiques agricoles,
• sol,
• modélisation,
• qualité des eaux,
• nitrate,
• phosphore,
• semis direct,
• CIPAN,
• SWAT

Summary

Reducing the negative impact of agriculture on water quality requires changes in agricultural practices. The actions proposed by local stakeholders have variable effects on water quality depending on the kind of environment and existing agricultural activities. In this context, agro-hydrological modelling constitutes an approach for assessing the impacts of agricultural practices on water quality at the watershed level, offering valuable decision-making support regarding a range of policy alternatives. More specifically, modelling provides a means for evaluating policy choices in terms of environmental efficiency.

In this article, we present the implementation and results of a simulation involving new agricultural practices on a 385 km² watershed in western France. This project involved a partnership with local planners in order to evaluate possible changes of water quality over the mid-term. The data used are a daily series of precipitation and temperature measurements, a Digital Elevation Model, a soil map, a crop rotation map for two successive years resulting from satellite imagery, and information concerning agricultural practices based on field surveys.

For the 2000-2001 calibration period, the model provided good hydrological results with a 0.81 Nash index between simulated and observed flows. The dynamics of nitrogen and phosphorus fluxes in the river were also well represented by the model, although the insufficient frequency of validation data should be kept in mind when interpreting these results. After the retrospective calibration of the model, the efficiency of two changes in agricultural practices was evaluated: i) the introduction of a winter crop cover (mustard); and ii) no tillage. The no-tillage method appeared to be the most effective in reducing phosphorus fluxes, which represent the major source of pollution in the study area.

Key-words:

• agricultural practices,
• soil,
• modelling,
• water quality,
• nitrate,
• phosphorus,
• no-till,
• winter crop cover,
• SWAT