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Eau et agriculture : contribution á l'analyse d'une relation décisive mais difficile Pierre STROSSER (DG XI), Maria PAU VALL, Eva PLötscher (Eurostat) Une publication sur les relations entre agriculture et environnement devait contenir un chapitre sur la relation décisive entre activité agricole et eau, aussi bien sur les aspects de qualité comme de quantité. La gestion de leau est une pratique traditionnelle dans de nombreuses régions, dans le sud de lEurope avec lirrigation et dans le Nord avec le drainage des zones humides. L'accroissement des superficies irriguées ou drainées depuis la deuxième guerre mondiale pose cependant des problèmes environnementaux de plus en plus importants. Et une gestion raisonnée des ressources en eau est un élément incontournable de toute stratégie de développement durable et de maintien de la biodiversité. Les problèmes analysés dans ce chapitre incluent des problèmes de rareté de la ressource et des problèmes de qualité de leau liées à la pollution par les nitrates, les phosphates et les pesticides. Les problèmes qualitatifs de la relation agriculture-eau sont illustrés à laide de lexemple du bassin du Rhin. L'eau douce renouvelable, élément constitutif du cycle de leau est une ressource indispensable à la vie. Depuis toujours, sa disponibilité a guidé lapparition et le développement dorganismes vivants sur la Planète. Elle a également conditionné, et conditionne sans doute encore, la présence et les activités humaines. Aujourd'hui, le développement économique va de pair avec l'augmentation de sa consommation et l'apparition de problèmes de disponibilité ou de qualité. La relation eau-agriculture est une relation très ancienne, lutilisation de l'eau à des fins agricoles ayant été pratiquée depuis plusieurs millénaires par des civilisations successives dans les régions méditerranéennes. Les politiques agricoles nationales et communautaires récentes ont cependant modifié une situation déquilibre dans ces pays. Cette intensification a entraîné une augmentation significative des prélèvements en eau conduisant à lapparition de problèmes environnementaux croissants. Citons, par exemple : (i) les impacts directs de prélèvements conduisant à des abaissements de nappes souterraines ou à des réductions de débits dans les rivières ; (ii) les impacts secondaires plus difficilement mesurables tels la disparition de zones humides (également liée à la mise en place de systèmes de drainage), lapparition de déficits doxygène dans les rivières pouvant conduire à lextinction de telle ou telle espèce végétale ou animale ou la salinisation progressive de nappes souterraines proches des zones côtières ; (iii) les problèmes environnementaux associés à la construction de barrages et au détournement de cours d'eau pour lirrigation ; (iv) les impacts liés à lutilisation de leau au niveau de la parcelle agricole entraînant un lessivage plus important de nitrates ou de pesticides et une pollution des nappes souterraines et des rivières. Les politiques dintensification ont également conduit à une extension géographique importante de lirrigation en Europe du Nord, et plus particulièrement en France, en Belgique, au Royaume Uni et aux Pays-Bas. A titre dexemple, les surfaces irrigables représentaient en 1995 environ 29% de la Surface Agricole Utile (SAU) aux Pays-Bas. De ce fait, les problèmes environnementaux liés à lutilisation de leau par lagriculture concernent aujourdhui une part relativement importante de la SAU en Europe, les aspects quantitatifs prédominant dans les pays du Sud de lEurope alors que les régions du Nord sont surtout confrontées à des problèmes de qualité et de pollution des eaux. Il est clair que lagriculture nest pas le seul acteur perturbant le cycle de leau. L'urbanisation des zones à risques d'inondations, le tourisme ou la construction de routes ou canaux bloquant les chemins naturels d'évacuations des eaux ont également un impact environnemental certain. A cela s'ajoute la consommation humaine en eau, celle des animaux, la demande industrielle, en particulier en eau de refroidissement, son utilisation comme moyen de transport ou comme solvant, les rejets humains, animaux et industriels. Dans de nombreux cas, les différents secteurs en compétition sont à la fois cause et victime de la détérioration de la sécurité de l'approvisionnement et de la qualité de l'eau. Ce chapitre analyse les principaux éléments de la relation eau-agriculture. Lobjectif nest pas de faire une étude exhaustive au niveau européen de cette relation, mais plutôt dapporter une contribution à un débat nécessaire mais déjà largement engagé. Analyser cette relation est une tâche difficile, rendue dautant plus ardue par une littérature scientifique foisonnante sur ce sujet, les nombreuses études de cas disponibles mais souvent peu comparables, et les carences de l'information statistique disponible pour les différentes variables clés de la gestion des ressources en eau (encadré 1). Les aspects quantitatifs Quelques éléments chiffrés A l'échelle de l'Union Européenne, les disponibilités annuelles moyennes en eau interne sont de lordre de 1.212 km3, équivalentes à 3.326 m3 par personne et par an (Eurostat). Si on y ajoute l'apport en eau provenant des pays voisins qui partagent certains bassins hydrographiques, les disponibilités en eau totales sélèvent à respectivement 1.303 km3 et 3.740 m3 par personne et par an. De grandes différences existent cependant entre Etats Membres, aussi bien sur le volume total disponible que sur l'importance relative des apports d'eau des Etats voisins. Les Pays-Bas, par exemple, représentent un cas extrême où 88% des ressources en eau disponibles proviennent des pays voisins. Les apports externes sont également importants au Portugal, au Luxembourg et en Allemagne où ils représentent plus de 40% de l'eau disponible. Leur importance souligne la nécessité dune gestion des ressources en eau au niveau des bassins versants comme le propose la nouvelle Directive Cadre Eau discutée à léchelle européenne, et non au niveau des structures administratives régionales ou nationales existantes. Globalement, et même si des différences importantes existent entre pays, les ressources renouvelables au niveau européen sont suffisantes comme le souligne la différence entre ressources renouvelables et ressources prélevées (cf. Figure 1). Mais ces statistiques globales ne prennent pas en compte la très forte variabilité spatiale et temporelle des deux variables considérées et ne permettent pas de comprendre les problèmes de rareté de la ressource qui existent dans de nombreuses régions en Europe. La répartition de la consommation d'eau entre les différents secteurs de léconomie varie considérablement d'une région à l'autre, en fonction des conditions naturelles et de la structure économique et démographique (cf. Figure 2).
Les centrales électriques ont les prélèvements deau les plus importants pour le refroidissement. Viennent ensuite l'agriculture pour lirrigation, l'industrie, et la distribution deau potable. Mais, la notion de "prélèvements en eau" ne traduit que partiellement limpact des différents secteurs sur la ressource. L'analyse de l'eau consommée, i.e. leau prélevée non rejetée, reflète une réalité bien différente. Ainsi, les centrales hydrauliques rejettent pratiquement toute l'eau qu'elles prélèvent une fois passée par les turbines. Les autres centrales électriques ne consomment quune très faible partie car la plupart de leau de refroidissement est rejetée immédiatement sans être polluée. Dans le cas de lirrigation, une part plus ou moins importante de leau prélevée rejoint les nappes souterraines ou les cours deau, soit par ruissellement soit par infiltration. Lefficacité de lirrigation (définie comme le rapport entre leau prélevée et leau effectivement consommée par la plante) varie en fonction des caractéristiques des sols, du dénivelé, des pratiques dirrigation et des techniques dirrigation (en planche, à la raie, au goutte-à-goutte) et de distribution (gravitaire, sous pression) de leau. Par exemple, cette efficacité varie entre 50 et 70% dans les systèmes gravitaires du Bassin de lEbro en Espagne, mais elle peut sélever à plus de 95% dans des systèmes modernes de goutte-à-goutte (EC/IPTS). Cependant, cette eau « perdue » pour lirrigant et le système irrigué nest pas forcément perdue au niveau du bassin versant. En effet, ces pertes rejoignant des cours deau ou nappes souterraines peuvent être réutilisées par dautres usagers situés plus en aval du cours deau ou pompant de leau dans ces nappes. Mais il existe peu de bilans hydriques au niveau des bassins versants permettant dévaluer les pertes réelles (i.e. les quantités deau retournant à la mer en excédent des quantités nécessaires au bon fonctionnement des écosystèmes et aux activités économiques) liées à une irrigation peu efficace. Comme le souligne lintroduction, des prélèvements excessifs réduisent la disponibilité en eau. Les conséquences en sont un abaissement du niveau de la nappe phréatique, des cours deau ou des volumes contenus par les différents barrages. Dans certaines zones, lagriculture est le principal responsable de tels abaissements des nappes. Cest le cas par exemple de la nappe de la Beauce (France), des "acuiferos 23 et 24" situées sous la région de Castilla-La Mancha (Espagne), ou du "Campo de Dalias" en Almérie (Espagne). Dans certaines régions, des actions importantes impliquant la profession agricole ont été entreprises pour réduire la pression de lagriculture sur lenvironnement et rétablir le niveau des nappes. Cest le cas par exemple de la région de Castilla-La Mancha où a été développé le premier et principal programme agri-environnemental espagnol dans le but de sauvegarder les ressources en eau et protéger les écosystèmes associés (Encadré 2). Eau de surface et eaux souterraines L'eau de surface est la principale source d'eau prélevée dans la plupart des pays (Figure 3), représentant plus de 80% des prélèvements en Finlande, aux Pays-Bas, au Royaume-Uni, en Belgique, en France, en Allemagne et en Espagne. Seuls le Danemark, le Luxembourg et lAutriche prélèvent majoritairement de leau souterraine. Ces résultats sont cependant à relativiser. En effet, le Luxembourg achète son électricité aux pays voisins et ne possède aucune centrale électrique (grosses consommatrices deau de surface pour le refroidissement). Et les données du Danemark se réfèrent uniquement à lapprovisionnement public et sont donc non comparables à celles des autres pays. Leau souterraine est généralement de bien meilleure qualité que l'eau de surface, le sol représentant un filtre naturel pour l'eau qui le traverse. La majorité des prélèvements en eau potable sont effectués dans les eaux souterraines, de sorte qu'une attention particulière doit être portée à leur protection. Des actions spécifiques de protection des eaux et des zones de captages sont par exemple prévues dans le cadre de différentes directives européennes de leau (eau potable, nitrates). Alors quen Irlande, en Allemagne, en France, en Espagne et en Grèce, lirrigation se fait essentiellement à partir des eaux de surface, leau souterraine est la source prépondérante deau dirrigation au Danemark, en Suède, aux Pays-Bas, en Autriche et au Portugal (Figure 4). Evolution des superficies irriguées Les données statistiques publiées par la FAO montrent une nette tendance à l'augmentation des superficies irrigables dans les pays membres de l'Union Européenne même si cette tendance sest sensiblement ralentie au cours des dernières années. En ce qui concerne l'Union Européenne à 15, l'augmentation des surfaces irrigables a été de +152.000 ha/an entre 1961 et 1980, de +146.000 ha/an entre 1980 et 1996 et de +123.000 ha/an dans les années 1990. Ainsi, les surfaces irrigables de l'Union Européenne sont passées de 6.5 millions dhectares en 1961 à 11.6 millions dhectares en 1996 (cf. Figure 5), soit un doublement des surfaces irrigables. Les tendances sont cependant très contrastées entre Etats Membres :
Vu les températures élevées et la forte évapotranspiration, la consommation moyenne en eau par hectare est plus élevée dans les pays méditerranéens comme lItalie, le Portugal, lEspagne, et la Grèce. Elle atteint un maximum de 1.282m3/ha en Italie (Figure 6). Aux Pays-Bas, elle est élevée comparativement aux autres pays non-méditerranéens en raison du poids de lagriculture intensive dans ce pays. La quantité d'eau utilisée pour l'irrigation dépend de différents facteurs, tels le climat comme le souligne les chiffres présentés en Figure 6, mais également le type de culture (encadré 3), les caractéristiques du sol, de la qualité de l'eau, des itinéraires techniques, de l'état des installations et de la méthode d'irrigation. Lapplication et le développement de techniques telles que le goutte-à-goutte augmente lefficacité de lirrigation qui peut alors atteindre 96%. Ces techniques permettent de réduire les quantités deau prélevées par lirrigation et donc de limiter les investissements en infrastructure de stockage et de capture de ressources deau nouvelles. Elles permettent également de limiter les problèmes liés à l'érosion des sols ainsi que la salinisation des nappes souterraines dans les zones côtières. Sous certaines conditions de salinité élevée des sols ou deau dirrigation dorigine souterraine chargées en sels, les apports deau limités de ces techniques ne permettent cependant pas de restaurer la qualités des sols et/ou de lessiver lexcès de sels. Lagriculture, source diffuse de pollution Limpact des polluants de leau sur lenvironnement dépend bien sûr de la quantité rejetée et de leurs caractéristiques physico-chimiques (Encadré 4). On différencie les sources de pollution ponctuelles des sources diffuses. Alors que les premières sont des sources fixes et généralement démissions polluantes importantes, les sources diffuses se caractérisent par des apports de substances émises par des sources mobiles, des sources couvrant de larges étendues ou un grand nombre de sources de pollution démission faible. Par exemple, les rejets deaux usées par des complexes industriels sont des sources ponctuelles dazote, alors que lagriculture est une source diffuse de pollution dazote et de pesticides. Les pollutions par des sources ponctuelles sont souvent plus faciles à traiter (en installant par exemple un filtre au niveau du tuyau par lequel les produits polluants sont rejetés dans le milieu naturel), alors que les émissions polluantes provenant de sources diffuses sont difficiles à recenser, à mesurer et donc à contrôler. Lagriculture, principale source dazote dans leau Lazote dans leau sous forme de nitrates est un polluant car il favorise leutrophisation et peut affecter la santé humaine. Il existe des valeurs limites de concentration en nitrates admissibles dans leau potable. La Directive sur la qualité de leau potable 98/83/CE définit une valeur limite obligatoire fixée à 50 mg/litre, ce qui correspond à la valeur recommandée par lOrganisation Mondiale de la Santé. La contamination de leau par les nitrates est un des principaux problèmes liés aux activités agricoles. Cela sexplique entre autre par le fait que les nitrates sont très solubles, et migrent facilement à travers les sols vers la nappe. Il est pourtant difficile de faire le lien entre lapport en azote et la pollution de leau. Le lessivage des nitrates dépend aussi de facteurs géologiques, climatiques et biologiques. Il est favorisé dans des aquifères de roche poreuse et sous un climat humide. Les nitrates peuvent cependant être dénitrifiés par des microbes. Malgré ces phénomènes, un fort excès dapplication de fertilisants se traduit toujours par une augmentation de nitrates dans leau. Les nitrates et lammonium sont les formes dazote les plus présentes dans les rivières, les nitrates à eux seuls représentant plus de 80% de lazote total. Pour la période 1992-1996, plus de 65% des rivières dans lUnion Européenne avaient des concentrations annuelles moyennes en nitrates supérieures à 1 mgN/litre. Au cours de cette même période, des concentrations de plus de 7,5 mgN/l étaient également mesurées dans environ 15% des cas. Les concentrations les plus fortes se trouvent dans la partie Ouest de lEurope du Nord ou lagriculture est conduite de manière particulièrement intensive (Europes Environment : The Second Assessment). Il est clair que lazote présent dans leau ne provient pas uniquement de lagriculture, même si celle-ci reste la source dazote la plus importante (encadré 5). Les eaux usées industrielles contiennent également de lazote, notamment les eaux rejetées par les fabricants dengrais ou dexplosifs, les industries de traitements des métaux et les industries agro-alimentaires. Les rejets domestiques, principale source de phosphore Le phosphore, élément limitant de la croissance des plantes, est le principal facteur de leutrophisation et de la détérioration de la qualité des eaux. De très faibles teneurs en phosphore (quelques dizaines de m g/l) peuvent constituer un polluant dangereux. Ainsi, daprès la classification de leau de surface ECE (Commission Economique pour lEurope des Nations-Unies), leau est considérée comme moyennement eutrophisée à partir de 25 m g/l. Le phosphore est analysé comme phosphate soluble et comme phosphore total. Il évolue rapidement vers des formes peu solubles comme les apatites. Une partie considérable du phosphore est adsorbé aux particules et à la matière en suspension. De ce fait, le sol joue un rôle de réservoir à phosphore et limite limpact dapports excédentaires. Le phosphore est apporté par lagriculture sous forme deffluents délevage et dengrais minéraux (phosphates calciques ou ammoniques). Lusage de phosphore dans lagriculture (voir article sur le bilan dazote), lié à lutilisation dengrais, contribue ainsi à la pollution des eaux superficielles. Pourtant, la principale source de phosphore en Europe nest pas lagriculture, mais les eaux usées domestiques et lindustrie. En France, par exemple, lapport de phosphore par lagriculture ne représente que 23% du total (Figure 7). La majeure partie des réductions de rejets de phosphore observée ces dernières années sont à mettre au bénéfice des actions importantes de traitement des eaux usées domestiques et de réduction des rejets du secteur industriel. Le secteur agricole, quant à lui, nest quau début dune politique rigoureuse de contrôle de ses rejets phosphoriques, avec par exemple des actions damélioration de stockage des éjections animales et la mise en place de pratiques et itinéraires culturaux plus soucieux de lenvironnement. Les pesticides Lutilisation de produits phytosanitaires peut avoir des effets secondaires indésirables pour lhomme et lenvironnement. Tandis que la toxicité pour lhomme et la faune des différents pesticides est relativement bien connue, les effets négatifs pour lenvironnement, sont souvent peu étudiés. Des résidus de pesticides (insecticides, herbicides, fongicides etc.) sont présents dans leau, le sol, lair et les aliments. Leur propagation dans les différents compartiments environnementaux dépend du type de produit, de son mode dapplication, et de ses caractéristiques physico-chimiques. La haute solubilité des pesticides favorise leur transport par ruissellement et par leau de drainage ou leur infiltration vers la nappe phréatique. Un suivi efficace des résidus de pesticides dans leau serait complexe et coûteux. Labsence danalyses appropriées ne permet pas actuellement de connaître la présence et limportance de résidus de nombreux pesticides susceptibles davoir des impacts négatifs sur la santé. Une étude dans quatre pays de lUnion Européenne (Isenbeck-Scröter et al. 1997) montre que les pesticides les plus fréquemment détectés par des analyses de leau sont latrazine, la simazine, et le bentazone, ces trois substances étant des herbicides à large spectre utilisés en agriculture mais également par lindustrie et pour les usages domestiques. En effet, une partie non négligeable des résidus de produits phytosanitaires provient de la production industrielle de produits phytosanitaires et de lutilisation de pesticides par les sociétés de chemins de fer, les services dentretien des routes, les particuliers et les collectivités. Un nombre limité de pesticides est à ce jour sous surveillance. Dans de nombreux Etats Membres, le niveau de pollution en pesticides de leau souterraine et de leau de surface est souvent inconnu. La Directive sur la qualité de leau potable 98/83/CE du 3 Novembre 1998 a fixé les concentrations maximales admissibles de chaque substance à 0,1 µg/l, et la concentration total de tous les pesticides à 0,5 µg/l. En plus, la Directive fixe des valeurs seuils à 0,03 µg/l pour les substances les plus toxiques, par exemple laldrine, le dieldrine, lheptachlore et lheptachlore époxyde. LOrganisation Mondiale de la Santé publie également des valeurs seuils pour les concentrations en pesticides dans leau potable. Ces valeurs se basent sur des considérations toxicologiques, et sont moins strictes que les concentrations maximales admissibles par lUnion Européenne. Ainsi, par exemple, la valeur seuil proposé par lOrganisation Mondiale de la Santé pour latrazine est de 2 µg/l. Latrazine est un des herbicides les plus utilisés pour la culture du maïs. Suite à des pollutions généralisées des nappes phréatiques et des eaux potables dans certaines régions, cest également lune des molécules les mieux surveillées. Une étude de cas : la qualité de leau dans le bassin du Rhin Le bassin du Rhin est un des plus grands bassins dEurope. Ses affluents traversent la Suisse, lAutriche, le Liechtenstein, lItalie, la France, lAllemagne, le Luxembourg, la Belgique et les Pays-Bas. Les affluents, les flux deau souterraine et les rejets deau usée apportent au Rhin un grand nombre de substances et ce fleuve joue le rôle de bassin daccumulation pour des polluants de toutes sortes. De 1981 à 1995, la teneur en nitrates dans le Rhin a oscillé entre 1,3 mg/l et 4,3 mg/l, atteignant son maximum au milieu des années 1980. Les phosphates atteignent également leur maximum avec 4 mg/l pour cette même période. La concentration en nutriments augmente de lamont vers laval, soulignant les limites de la capacité dauto-épuration du Rhin en ce qui concerne l'azote et le phosphate (carte 1). Depuis 1985, la concentration en nitrates est restée relativement stable, une légère baisse de cette concentration étant enregistrée seulement à la frontière germano-néerlandaise (Bimmen/Lobith), montrant les limites des politiques actuelles de contrôle de la pollution par les nitrates. Par rapport à une valeur seuil de concentration de nitrates dans leau potable de 25 mg/l, il est clair que les concentrations moyennes en nitrates dans le Rhin qui se situent entre 1 et 2 mg/l sont absolument sans risque du point de vue de la potabilité des eaux de ce fleuve. Dun point de vue écologique cependant, la qualité de leau du Rhin nest pas excellente. La concentration totale en azote de 2 mg/l et en phosphore de 60 m g/l correspond à une eau fortement eutrophisée et polluée (ECE Classification sur la qualité de leau douce pour le maintien de la vie aquatique). Par contre, la teneur en phosphate a considérablement diminuée dans le bassin aval. Elle y etait inférieure à 1 mg/l en 1995. Cette diminution est due à la combinaison de plusieurs facteurs :
Les pesticides restent, quant à eux, un problème. Les concentrations en atrazine dans le fleuve se situaient entre 0.01 m g/l et 0.34 m g/l en 1995 (carte 2). Pour chacune des quatre stations déchantillonnage, la valeur seuil de 0.1 m g/l était ainsi dépassée. Les concentrations en atrazine restent cependant en dessous des valeurs seuils proposées par lOrganisation Mondiale de la Santé. Il est intéressant de noter la grande variabilité temporelle de la concentration en atrazine, qui traduit fidèlement les périodes dapplication de ce produit en agriculture. Du fait de sa grande capacité dinfiltration, les pics en concentration datrazine apparaissent principalement davril à juin. Des efforts restent donc à faire pour limiter lutilisation de pesticides et ainsi ramener les concentrations en atrazine sous la barre des 0.1 µg/l. Quelques perspectives Les problèmes soulignés dans ce chapitre, aussi bien sur le plan quantitatif que sur le plan qualitatif, restent un défi important pour lagriculture et le monde agricole. De nombreuses actions ont déjà été mises en place pour réduire la pression de lagriculture sur les ressources en eau. Par exemple, 20% des terres agricoles participent à des actions volontaires agri-environnementales, et plus de 2 millions d hectares sont consacrés à lagriculture biologique. Mais ces actions devront être amplifiées et renforcées pour aboutir à une gestion raisonnée des ressources en eau aboutissant à une meilleure protection des ressources en eau. Les actions possibles sont nombreuses et certaines ont déjà été initiées ou sont en phase de discussion et de négociation. Citons parmi dautres :
Il est clair cependant que ces actions devront être adaptées à un niveau local et tenir compte à la fois des caractéristiques physiques et hydrologiques du milieu naturel et des caractéristiques socio-économiques du monde agricole.
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