Les pesticides et métabolites

Les pesticides, aussi appelés produits de protection des plantes, recouvrent les substances actives (SA) chimiques contenues dans les produits phytopharmaceutiques et les biocides exerçant une activité générale ou spécifique sur les organismes dits nuisibles.

• Les produits phytopharmaceutiques aussi appelés phytosanitaires (herbicides, fongicides, insecticides) sont essentiellement utilisés par l’agriculture, l’industrie, pour l’entretien des voiries, des voies de chemin de fer, des espaces verts et des jardins privatifs.

Exemples d'usages de produits phytosanitaires

phytosanitaires-agri  /	Phytosanitaires-domestiq  /	Phytosanitaires-voirie  /
Usage agricole	Usage domestique	Usage voirie

• Les produits biocides (désinfectants, rodenticides, produits de protection du bois, insecticides à usage domestique, etc.) sont généralement utilisés à domicile.

Exemples d'usages de produits biocides

Insecticide  /	raticide  /
Insecticide domestique	Raticide

Ces nombreux usages conduisent à des rejets chroniques et diffus vers les milieux naturels.

S’il est reconnu que l’usage agricole correspond à la source la plus importante de pollution, cela n’exclut pas la responsabilité d’autres acteurs comme les jardiniers amateurs, les gestionnaires de voies de communication, de parcs et jardins ou de golfs.

Trois principaux compartiments de l’environnement sont touchés par la pollution liée aux pesticides :

• les eaux (de surface ESU, souterraines ESO),
• l’air,
• les sols et sous-sols.

Schéma du circuit des pesticides dans l’environnement

lien horticole

^{Schéma du circuit des pesticides dans l'environnement (source : lien horticole)}

 Pour ce qui concerne l’impact sur les eaux souterraines, les « pollutions diffuses d’origine agricole » dépendent naturellement de facteurs comme la nature des sols (certains permettent plus que d’autres le transfert des pesticides), la profondeur des nappes (les plus profondes sont peu ou pas encore touchées), l’intensité des activités agricoles ou encore le climat.

Ainsi, le transfert des substances actives du sol vers les eaux souterraines peut varier de quelques heures à plusieurs dizaines d’années selon la nature des molécules et selon la nature du sous-sol (cf. illustration ci-dessous).

Transfert des pesticides dans les eaux souterraines

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^{Transfert des pesticides dans les eaux souterraines}

L’illustration suivante représente de manière plus schématique le transport de phytosanitaires dans le continuum sol - zone non saturée - zone saturée (ou nappe ). Source : Enjeux des géosciences, https://www.brgm.fr/publication-presse/pesticides-eaux-souterraines.

Schéma du transport des phytosanitaires (détail)

BRGM

Schéma du transport des phytosanitaires (détail)

Les eaux souterraines sont en général moins polluées en pesticides que les eaux de surface car elles sont naturellement protégées par les couches géologiques. Ainsi en 2012, sur les 197 entités hydrogéologiques faisant l’objet d’un suivi, 40 ne présentaient pas de pesticides (Lopez and Laurent, 2013). Dans la plupart des autres entités, la somme des concentrations totales en pesticides ne dépassait pas la norme de 0,5 μg L-1 fixée par la directive -cadre sur l’eau.

Les substances actives peuvent être dégradées en métabolites par les micro-organismes présents. Cette biodégradation par les micro-organismes présents est considérée comme la voie de dégradation des pesticides la plus importante (Nowak et al., 2011) et entraine souvent une forte dominance, en nombre de molécules et en concentration, des métabolites dans les eaux souterraines par rapport à la substance active initiale.

Ainsi, pesticides et métabolites persistent dans les milieux à des concentrations souvent faibles mais détectables et peuvent avoir un effet écotoxique pour l’environnement (Nowak et al., 2011).

Les métabolites, qui possèdent des propriétés physico-chimiques distinctes de celles de leur molécule mère car ils ont une structure chimique différente, peuvent se comporter très différemment dans l’environnement.

De plus, certaines de ces molécules, substances actives ou métabolites, présentes dans les eaux souterraines et de surface, ne sont pas éliminées par les traitements conventionnels et peuvent ainsi être quantifiées dans les eaux distribuées au robinet.

Leur suivi revêt donc un intérêt majeur pour l’exploitation de la ressource en eau et l’évaluation du bon état des masses d’eau. La découverte de concentrations extrêmement élevées dans les eaux souterraines des métabolites de l’atrazine et, très récemment, de la chloridazone (herbicide jadis utilisé pour la culture de betteraves et interdit depuis 2018) illustre cet intérêt.

Le phénomène de biodégradation est conditionné par la biodisponibilité du pesticide (par exemple, un pesticide fortement adsorbé sera moins biodisponible). Elle est favorisée par la présence d’eau et ralentie aux basses températures. Les métabolites primaires peuvent être dégradés à leur tour si les bactéries possèdent les enzymes adéquates. À défaut, la dégradation peut s’arrêter et les métabolites s’accumuler.

Le stade ultime de la dégradation est la minéralisation (dégradation du pesticide en CO₂ et en H2O). Par exemple, dans le sol, l’atrazine se biodégrade en conditions aérobies principalement en déséthyl-atrazine (DEA) et déisopropyl-atrazine (DIA) puis en déséthyl-déisopropyl-atrazine (DEDIA). Certaines souches bactériennes isolées du sol sont capables de minéraliser totalement l’atrazine en présence d’oxygène (Amalric et al., 2003). Bien que biodégradables, les DEA et DIA sont retrouvées dans les eaux souterraines en quantités plus importantes que l’atrazine elle-même. Ce phénomène traduit une plus grande mobilité qui pourrait s’expliquer par le fait qu’elles sont plus polaires et solubles dans l’eau que l’atrazine. De plus, dans les couches profondes du sol, l’oxygène vient à manquer ce qui réduit leur vitesse de biodégradation.

Certains métabolites peuvent avoir d’autres origines que la dégradation des pesticides. On en trouve notamment dans les rejets de stations d’épuration. À titre d’exemple, la dégradation des phosphonates des lessives conduit à la formation d’acide amino-méthyl-phosphonique (AMPA) qui est également identifié comme un métabolite du glyphosate (Grandcoin et al., 2017).

L’usage des pesticides et leur présence dans l’environnement sont encadrés par plusieurs réglementations européennes et nationales ⁽¹⁾.

La directive européenne 98/83/CE du 3 Novembre 1998 fixe des valeurs limites de concentration dans les EDCH pour les pesticides et leurs métabolites pertinents : 0,1 μg L-1 par substance individuelle (valeur qui correspond à une ancienne limite de détection) et 0,5 μg L-1 pour la somme des pesticides et des métabolites pertinents. La limite de qualité fixée à 0,1 μg L-1 dans les EDCH ne repose pas sur une approche toxicologique mais a été fixée dans un objectif de protection de la ressource.

Il existe également une norme spécifique de 0,030 μg L-1 pour les 4 substances suivantes : aldrine, dieldrine, heptachlore et heptachlorépoxyde.

La directive européenne cadre sur l’eau ( DCE ) 2000/60/CE modifiée a fixé des objectifs pour la préservation et la restauration de l’état des eaux superficielles (eaux douces et eaux côtières) et des eaux souterraines. La directive 2006/118/CE qui la complète sur les eaux souterraines ajoute à la caractérisation de l’état chimique des eaux souterraines les « substances actives des pesticides, ainsi que les métabolites et produits de dégradation et de réaction pertinents » auxquels sont associées les mêmes « normes de qualité ».

Ces réglementations ont entraîné la mise en place et le renforcement des réseaux de mesures et de contrôles, ce qui a permis de mettre en évidence la contamination d’un grand nombre de nappes souterraines par des pesticides (herbicides, fongicides, insecticides…).

(1)
- Les réglementations fixant les conditions de mise sur le marché des biocides (règlement UE n° 528/2012) et des produits phytopharmaceutiques (règlement CE n° 1107/2009)
- Les réglementations relatives à la protection des ressources en eau ( directive 2000/60/CE –  DCE , directive 2006/118/CE)
- Les réglementations relatives à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine (EDCH) : directive 98/83/CE et la nouvelle 2020/2184.

• Amalric, L., Baran, N., jeannot, R., Martin, J. and Mouvet, C., 2003. Les mécanismes de transfert des produits phytosanitaires du sol vers les nappes et les méthodes d’analyse des produits phytosanitaires dans les eaux.  BRGM /RP-51590-FR.
• Calvet, R. et al., 2005. Les pesticides dans les sols. Conséquences agronomiques et environnementales. France Agricole, Paris (france), 637 p. pp.
• Grandcoin, A., Piel, S. and Baurès, E., 2017. AminoMethylPhosphonic acid (AMPA) in natural waters : Its sources, behavior and environmental fate. Water Research, 117 : 187-197.
• Lopez, B. and Laurent, A., 2013. Campagne exceptionnelle d’analyse des substances présentes dans les eaux souterraines de métropole. Exploitation des résultats à l’échelle de la métropole. Rapport final.  BRGM /RP-61853-FR.
• Nowak, K.M., Miltner, A., Gehre, M., Schäffer, A. and Kästner, M., 2011. Formation and Fate of Bound Residues from Microbial Biomass during 2,4-D Degradation in Soil. Environmental Science & Technology, 45(3) : 999-1006.