Processus hydrodynamiques et de rétention dans le transfert des pesticides dans la zone non saturée : Epérimentations et modélisations avec le glyphosate, le S-métolachlore et leurs métabolites dans les solides fluvio-glaciaires de l'Est lyonnais

Abstract

Vadose zone play a key role in pesticides transfer and groundwater quality. Knowledge’s about leaching and retention processes in the vadose zone below the shallow soil zone are still poorly understood. Transfer of glyphosate, S-metolachlor (SMOC), and their metabolites AMPA, ESA-metolachlor (MESA) and OXA-metolachlor (MOXA) is studied in unsaturated columns filled with two glaciofluvial materials collected in the East of Lyon: a sand, S-x, and a bimodal gravel, Gcm,b. Experiments show water fractionation into mobile and immobile compartments with variable importance according to material column. SMOC outflow is delayed compared to the conservative tracer. SMOC mass balance is in deficit revealing retention in columns. At the opposite, complete mass elution associated with retardation factors close to unity shows that there is no adsorption of MESA and MOXA in either lithofacies. Glyphosate and AMPA mobility is very low in the one Gcm,b column studied with amounts in leachates inferior to 1% of applied. Modelling show pesticides and metabolites transfer is affected by both flow regionalisation and non-equilibrium sorption. Chemical kinetic of sorption mechanisms is studied with complementary batch experiments. The high glaciofluvial materials reactivity, in some cases upper than soil reactivity from the study site, could be attributed to oxides and clay minerals.La zone non saturée joue un rôle clé sur le transfert des pesticides et la qualité des eaux souterraines. Les connaissances sur les processus d’écoulement et de rétention dans les matériaux géologiques de la zone non saturée au-delà des sols sont toutefois parcellaires. Le transfert du glyphosate et du S-métolachlore (SMOC), et de leurs métabolites AMPA, ESA-métolachlore (MESA) et OXA-métolachlore (MOXA) est étudié en colonne pour deux matériaux fluvio-glaciaires issus d’un aquifère de l’Est lyonnais : un sable, S-x, et un mélange bimodal de graviers et de sables, Gcm,b. Pour des conditions de non-saturation en eau, l’écoulement dans les colonnes est fractionné en deux zones, eau mobile et eau immobile, d’importance variable suivant le solide. La sortie du SMOC est retardée par rapport au traceur de l’eau ; son bilan de masse déficitaire traduit une rétention de la molécule lors de son transfert. A l’inverse, le MESA et le MOXA se comportent comme le traceur de l’eau. Le glyphosate et l’AMPA sont très peu mobiles dans la colonne de Gcm,b (seul matériau étudié) avec des quantités éluées inférieures à 1% de la quantité appliquée. La modélisation montre que le transfert des molécules est affecté de manière variable suivant le matériau par la cinétique physique d’échange entre les zones d’eau mobile et immobile et par la cinétique chimique des molécules. Cette cinétique chimique est décrite par des expérimentations complémentaires de sorption en batch. La caractérisation des matériaux révèle la présence d’oxydes et de minéraux argileux qui pourrait expliquer leur forte réactivité, qui s’avère parfois supérieure à celle des sols de la zone d’étude