Scénario 8. Impact de l'agriculture (cultures / pâturage)
et du mode d'agriculture (intensif / extensif) (bassins 2 et 3)

Contexte

Les scénarios 4 à 7 analysent l’impact des différentes formes de pâturage d’une part (bassin 2) et de culture d’autre part (bassin 3) sur la qualité des cours d’eau.

Ce scénario est plus complexe : il vise à comparer entre eux les bassins 2 et 3, pour voir si culture et pâturage entraînent des pollutions différentes et le cas échéant, pour quelles raisons.

Pour cette comparaison, on choisit d’occuper toute la surface disponible par des pâtures ou des cultures intensives ou extensives. Le seul point d’étude de la qualité des eaux est situé à l’exutoire donc le plus en aval soit S2 pour le bassin 2 et S3 pour le bassin 3.

Une étude de la qualité de l'eau peut suivre deux approches différentes. Soit on analyse directement la chimie de l’eau (par exemple la matière organique, les nitrates, les phosphates, l’ammonium). Si l’analyse chimique permet d’identifier et de quantifier les polluants en présence, elle est cependant très variable suivant le moment où on fait le prélèvement et suivant par exemple l’importance des pluies qui peuvent diluer les amendements. La deuxième approche, adoptée ici, est celle des bio-indicateurs. Le principe est d’utiliser comme indicateurs de pollution les communautés vivantes qui enregistrent en permanence les variations des conditions du milieu. Parmi ces indicateurs, on utilise surtout des algues microscopiques du groupe des diatomées qui présentent trois avantages: on les récolte facilement en brossant quelques pierres immergées dans le courant; elles intègrent les variations chimiques, spécialement les éléments qui nous intéressent (matières organiques, nitrates, phosphates); enfin, on connaît bien les exigences de chaque espèce vis à vis de ces éléments. Ces algues appartiennent à la famille des algues brun-jaune, unicellulaires qui fabriquent un squelette externe d’opale (SiO4) dont la morphologie (taille, ornementation, symétrie) sert à identifier les espèces du relevé (voir : les diatomées)

Chaque fois que vous cliquez sur un point de prélèvement, un champ de diatomées apparaît. En cliquant sur chaque diatomée, on est dirigé vers une clé d’identification. Quand toutes les espèces sont identifiées, on obtient l’indice de qualité qui varie de 5 (pollution nulle) à 1 (pollution très forte) (voir: clé d'interprétation des couleurs). Une fois compris les critères qui permettent de reconnaître les espèces, on pourra activer l’option de détermination automatique (voir: procédure de détermination). Les deux procédures aboutissent au même résultat: un indice de qualité et un champ microscopique colorisé en fonction de la sensibilité des espèces à la pollution (voir: clé d'interprétation des couleurs).

 

Déroulement résumé de l’activité

Pour différents degrés d'intensité des cultures (aucune - intensives - extensives) sur le bassin 2
                   Pour 2 points de prélèvement (référence et aval du bassin)
                         - Observation d’un champ microscopique et détermination des diatomées (avec la clé ou automatiquement)                          - Obtention d’un histogramme de fréquences et d’un indice global de qualité
Pour différents degrés d'intensité de l'élevage (aucun - intensif - extensif) sur le bassin 3
                   Pour 2 points de prélèvement (référence et aval du bassin)
                         - Observation d’un champ microscopique et détermination des diatomées (avec la clé ou automatiquement)
                         - Obtention d’un histogramme de fréquences et d’un indice global de qualité
Comparaison des indices en fonction du type d'agriculture (cultures / élevage)
Comparaison des indices en fonction du mode d'agriculture (intensif / extensif)

 

Fiches de rapport d’activité pour les élèves

L'une de ces fiches (que l'enseignant peut adapter à ses objectifs) peut être distribuée avant de commencer l'activité.
Les élèves peuvent y consigner leurs observations et l'utiliser pour interpréter leurs résultats.

>>> Voir Variante 1: synthétique (fichier Word)
>>> Voir Variante 2 : détaillée (fichier Word)

Déroulement détaillé de l’activité

1. Ouverture du logiciel.

Lancer l’application Virtval selon la procédure décrite dans le paragraphe "Démarrage du logiciel".

2. Choix du bassin versant 2 : roches siliceuses, sols acides, eaux mésotrophes

Cliquer une fois sur le bassin choisi pour le faire apparaître en détail.

3. Etablissement de l'indice de référence (en l’absence de toute activité humaine)

N.B. Si le scénario 0 (ou le scénario 4) a été réalisé au préalable, cette étape peut être supprimée, et l'indice repris directement de cette activité précédente. On peut alors passer au point 4.

3.1. Prélèvement de diatomées au point S2

Cliquer une fois sur le point S2 pour faire apparaître un champ microscopique. Ce champ comprend 20 diatomées dont l’assemblage est caractéristique du type d’eau prélevé.

NB. La disposition des diatomées dans le champ est produite de façon aléatoire par le logiciel. Le champ que vous obtiendrez aura donc une apparence différente de l’exemple ci-dessus.

3.2. Détermination des diatomées

Deux options sont offertes : la détermination à l’aide de la clé ou la détermination automatique, qui peut être activée dans les options du menu [Fichier]. La procédure détaillée est décrite dans le paragraphe "Procédure de détermination".
N.B. Pour obtenir un champ colorisé de diatomées en mode automatique: cliquer sur [T] pour afficher la liste des taxons, puis fermer cette fenêtre. Les diatomées du champ apparaissent alors colorées selon leur groupe écologique (cf. clé d'interprétation des couleurs).

3.3. Obtention de l’histogramme de fréquences des groupes

Le pourcentage des diatomées appartenant à chacun des 5 groupes écologiques (cf. clé d'interprétation des couleurs) est représenté sous la forme d’un histogramme de fréquences. Ce graphique se construit progressivement lorsqu’on détermine les diatomées à l’aide de la clé. Il peut être consulté à tout moment en cliquant sur le bouton [Histogramme] sous le champ microscopique. En mode de détermination automatique, l’histogramme complet est directement accessible via ce même bouton. Cette fenêtre indique, en outre, la valeur de l’indice diatomique.
Dès que l’histogramme complet a été consulté, la valeur de l’indice apparaît à côté du point de prélèvement sur le bassin versant, avec la couleur correspondante.

4. Implantation d’un élevage intensif sur toute la superficie disponible

Dans la barre de menu, cliquer sur [Aménagements à tester]  >>> [Pâturer toute la surface disponible] (sous "Élevage intensif avec amendements").

Toute la surface, à l'exception de la réserve forestière, apparaît pâturée intensivement.

4.1. Détermination de l’indice de qualité au point S2

N.B. Nous supposerons que la clé de détermination a déjà été explorée lors des étapes précédentes et que la suite du scénario se fera sur la base de la détermination automatique. Pour rappel, celle-ci peut être activée à tout moment à partir de la barre de menu : [Fichier] >>> [Options], cocher la case "Permettre la détermination automatique", puis cliquer sur [OK].

Cliquer une fois sur le point S2 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité.

5. Implantation d’un élevage extensif sur toute la superficie disponible

Dans la barre de menu, cliquer sur [Aménagements à tester] >>> [Pâturer toute la surface disponible]. Le logiciel vous demande d'abord d'annuler l'action précédente (supprimer la  pâture intensive). Cliquer sur [Oui], puis cliquer à nouveau sur [Aménagements à tester] >>> [Pâturer toute la surface disponible] (sous "Élevage extensif 'bio'").
Toute la surface, à l'exception de la réserve forestière, apparaît pâturée extensivement.

5.1. Détermination de l’indice de qualité au point S2

6. Choix du bassin versant 3 : roches calcaires, sols basiques, eaux eutrophes.

Dans la barre de menu, cliquer sur [Terminer] pour retourner à la carte générale des 3 bassins versants. Cliquer une fois sur le bassin choisi pour le faire apparaître en détail.

7. Etablissement de l'indice de référence (en l’absence de toute activité humaine)

N.B. Si le scénario 0 (ou le scénario 6) a été réalisé au préalable, cette étape peut être supprimée, et l’indice repris directement de cette activité précédente. On peut alors passer au point 8.

7.1. Détermination de l’indice de qualité au point S3

Cliquer une fois sur le point S3 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité.

8. Implantation de cultures intensives sur toute la superficie disponible

Dans la barre de menu, cliquer sur [Aménagements à tester] >>> [Cultiver toute la surface disponible] (sous "Cultures intensives avec amendements").

Toute la surface, à l'exception de la réserve forestière, apparaît cultivée intensivement.

8.1. Détermination de l’indice de qualité au point S3

Cliquer une fois sur le point S3 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité.

9. Implantation de cultures extensives sur toute la superficie disponible.

Dans la barre de menu, cliquer sur [Aménagements à tester] >>> [Cultiver toute la surface disponible]. Le logiciel vous demande d'abord d'annuler l'action précédente (supprimer la  culture intensive). Cliquer sur [Oui], puis cliquer à nouveau sur [Aménagements à tester] >>> [Cultiver toute la surface disponible] (sous "Cultures extensives 'bio').
Toute la surface, à l'exception de la réserve forestière, apparaît cultivée extensivement.

9.1. Détermination de l’indice de qualité au point S3

Cliquer une fois sur le point S3 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité.

10. Comparaison des indices en fonction du type d'agriculture (cultures / pâtures) et en fonction du mode d'agriculture (intensif / extensif)

On compare ici le point le plus à l'aval de chaque bassin (S2 pour le bassin 2, S3 pour le bassin 3)

	Pâturage	Cultures
référence (sans agriculture)
mode intensif
mode extensif

	Pâturage	Cultures
référence (sans agriculture)
mode intensif
mode extensif

Dans des conditions équivalentes (intensif sur toute la surface disponible du bassin versant), le pâturage est moins polluant que la culture parce qu’il est l’objet de moins d’épandages d’azote et de phosphore organiques et minéraux. L’indice diatomique est donc de 3,2 dans le premier cas (pollution modérée, en jaune) et de 2,9 (pollution forte, en orange) dans le second. Les diatomées très résistantes (en rouge) et résistantes (en orange) sont plus abondantes dans le second cas, preuve qu’un excédent organique arrive au cours d’eau sans avoir eu le temps de se minéraliser.

La même comparaison peut être faite pour le mode extensif. On obtient alors un indice de 3,7 pour les pâtures et de 3,6 pour les cultures (pollution faible, en vert, dans les deux cas). Les amendements étant dans les deux cas calculés au plus juste en fonction des besoins des plantes, une part bien plus faible arrive au cours d’eau. La conséquence est la présence de beaucoup plus de diatomées sensibles (en vert) et très sensibles (en bleu) en extensif. Soit 60 % et 65 % en extensif contre 25 et 15 % en intensif.

L’altération est due surtout aux formes minérales (nitrates et phosphates) comme le montrent les diatomées d’eau eutrophisée (en jaune) : 45 % en intensif et 25 et 20 % en extensif. Par ruissellement sur et dans le sol, une part importante de la fraction organique est minéralisée et s’ajoute aux engrais minéraux.

Exercice

Une étude canadienne a modélisé le rejet du phosphore, élément hautement eutrophisant, vers un cours d’eau. Cette étude établit qu’un hectare de prairie apporte chaque année au cours d’eau 0,39 kg de phosphore alors qu’un hectare de culture de maïs en apporte 2,47 kilos et un hectare de forêt 0,02 kg.

Sachant qu’un habitant rejette 3,5 g de phosphore par jour, pouvez-vous calculer à combien d’habitants correspond l’apport au cours d’eau de 100 ha de forêt, de prairie et de culture de maïs?

Solutions :
Forêt : 20 g/ha/an * 100 ha / 365 j / 3,5 g/hab/j = 1,6 habitants/j
Prairies : 390 g * 100 ha / 365 j / 3,5 g/hab/j = 30 habitants/j
Culture de maïs : 2470 g * 100 ha / 365 j / 3,5 g/hab/j = 193 habitants/j

Evidemment la pollution venant de l’agriculture est diffuse alors que le rejet d’un village est plus localisé. Ainsi un village de 193 habitants détériorera plus fortement la rivière qu’un hectare de maïs…

Ce calcul montre aussi pourquoi les cours d’eau en forêt sont actuellement les seules bonnes références, tout le reste du territoire étant plus ou moins occupé par l’homme.

11. Sortie du scénario

Dans la barre de menu, cliquer sur [Terminer]. Le logiciel affiche la carte générale des 3 bassins versants. Un autre scénario peut être entrepris.

Fiches de rapport d’activité avec réponses-types

>>> Voir Variante 1: synthétique
>>> Voir Variante 2 : détaillée

[SOMMAIRE]