Caractérisation de la pulvérisation dans son milieu

Les conditions de fabrication du jet et de son transport vers la cible déterminent le devenir des gouttelettes qui le forment et donc l’ecacité du traitement et le niveau de contamination de l’environnement. Dans ce chapitre, nous nous intéressons de près au mouvement du nuage des gouttelettes et aux facteurs qui déterminent sa trajectoire, en particulier la taille des gouttelettes. Une attention particulière sera donnée au compromis devant exister entre l’ecacité recherchée du traitement et la préservation de l’environnement.

Caractérisation du spectre de pulvérisation

 An de pouvoir maîtriser les limites du spectre des gouttelettes et l’adapter au type de traitement recherché, la connaissance des populations de gouttelettes pulvérisées est très importante. Dans ce paragraphe, sont dénies les grandeurs permettant de caractériser un spectre de gouttelettes. La répartition de la taille des gouttelettes dans un spectre (fa(D)) est caractérisée à l’aide de diérents outils statistiques. Cependant dans la pratique, elle est souvent décrite comme une fonction de deux paramètres : un diamètre représentatif et une fourchette de tailles. Classiquement, on choisit les trois diamètres représentatifs suivants :  D10 : c’est le 10ème percentile de la fonction fa(D),  D50 ou VMD (Volume Median Diameter) : c’est la médiane de fa(D),  D90 : c’est le 90ème percentile de la fonction fa(D). L’étendue des tailles de gouttelettes dans un spectre peut être appréciée par le rapport appelé SPAN relatif : ∆ = D90 − D10 V MD (2.1) La valeur de ce rapport, indépendante du calibre de la buse, est d’autant plus faible que le spectre est plus homogène

Définitions des concepts clés abordés dans ce travail 

Certains concepts utilisés dans ce document ont des dénitions qui peuvent ne pas correspondre à celles utilisées dans d’autres sources. Il a été donc jugé important de commencer cette partie introductive par la présentation des définitions que nous avons retenues pour ces concepts clés. 1. Dérive (Dd) : Le mouvement des pesticides dans l’atmosphère pendant ou juste après le traitement. Elle inclut les ux déportés à une distance par rapport à la cible (le déport), les émissions vers l’air et l’évaporation. 2. Déport (Dsd) : Les ux déportés latéralement par le vent et déposés au sol plus loin que la cible. 3. Rétention (Dp), ou adhérence : La fraction des gouttelettes retenue par les plantes ciblées par rapport à la quantité pulvérisée. Une gouttelette interceptée par la plante n’est pas forcément retenue. 4. Evaporation, (De) : La part des gouttelettes qui s’évapore complètement après avoir parcouru une certaine distance. Dans ce document, l’évaporation est implicitement comprise dans la volatilisation. 5. Volatilisation, (Dv) : La part des gouttelettes perdues dans l’air ou évaporées. Elle correspond à la somme des gouttelettes évaporées et de celles perdues dans l’air. 2.2 Facteurs aectant l’ecacité de la pulvérisation et favorisant les pertes de pesticides 

Introduction 

Pour qu’un traitement soit ecace, le produit appliqué doit atteindre la cible avec la dose requise et doit y adhérer. D’autre part, les pesticides doivent être appliqués sans aecter l’environnement. Pendant le traitement d’un pesticide sur une culture, la trajectoire du nuage est régie par plusieurs mécanismes participant à sa dispersion avec une intensité qui varie selon son évolution spatiale et temporelle. Le comportement des gouttelettes pulvérisées est la résultante de nombreux facteurs tels que les techniques et les conditions du traitement, les propriétés physico-chimiques de la bouillie et le couvert végétal. Cette section est consacrée à la description de ces diérents facteurs et de leurs multiples interactions. Nous commencerons par montrer le rôle capital que joue la taille des gouttelettes. 

Importance de la nesse des gouttelettes pour l’ecacité et pour l’environnement 

Le diamètre des gouttelettes formant le spectre du jet peut aller d’une dizaine de microns pour les plus petites, jusqu’à 800 microns ou plus pour les plus grosses. Les gouttelettes les plus nes sont très sensibles à la dérive même par temps calme. Elles restent plus longtemps en suspension dans l’air à cause de leur masse réduite et de leur faible vitesse. Elles sont plus freinées dans leur chute par les forces de frottement aérodynamiques et sont par conséquent aectées par le mouvement de l’air et les conditions climatiques. Pendant ce temps de suspension, le vent peut les déplacer horizontalement à travers le champ et les faire dériver à l’extérieur de la zone cible. Les gouttelettes les plus grosses sont par contre peu susceptibles de dériver mais elles sont très sensibles au ruissellement sur la surface des feuilles de la culture traitée. Le choix de la technique de traitement doit tenir compte de toutes les interactions possibles des gouttelettes avec leur environnement. CemOA : archive ouverte d’Irstea / Cemagref Il y a également à considérer le type de traitement qui est principalement imposé par la cible pouvant être une plante ou un insecte. Par exemple, le traitement des mauvaises herbes est effectué à des stades de croissance précoces caractérisés par un faible couvert végétal impliquant une contamination du sol plus importante pendant le traitement. En plus, pour améliorer l’ef- cacité, ce type de traitement requiert un maximum de couverture de la cible par la bouillie, ce qui nécessite des nes gouttelettes dont le potentiel de dérive est important. Dans le cas des fongicides, les traitements sont souvent appliqués à un stade de développement de la culture plus avancé. Le couvert végétal est alors plus dense et le sol est moins exposé aux dépôts de pesticide. Là aussi, pour une meilleure ecacité, la nesse est demandée, mais les gouttelettes n’ont pas l’énergie susante pour pouvoir pénétrer dans la végétation. Les gouttelettes de taille moyenne sont alors les plus convenables pour répondre au mieux à ce double objectif. La taille des gouttelettes est soumise à l’eet de plusieurs paramètres qui sont détaillés dans les sections 2.2.3 à 2.2.6. 2.2.3 Facteurs liés aux techniques de traitement La technique de pulvérisation utilisée est un facteur déterminant dans la quantité de pesticide qui atteint les plantes. Des facteurs comme la buse (type et calibre) et la pression déterminent le diamètre des gouttelettes qui dénira en grande partie leur comportement pendant le transport vers la cible (Hobson et al., 1993 ; Jensen et al., 2001). Ce diamètre sera déterminant aussi pour l’adhérence des gouttelettes à la surface des feuilles. Des facteurs tel que la hauteur de la rampe et dans une certaine mesure la vitesse d’avancement du tracteur agissent, avec la pression, sur la vitesse des gouttelettes qui intervient dans leur distribution nale. La hauteur de la rampe a une forte inuence sur la qualité de la répartition et la pénétration du produit (Asman et al., 2003). La vitesse d’avancement a un eet direct sur la dérive et donc sur l’ecacité du traitement, (Taylor et al., 1989). Lorsque la vitesse augmente, l’eet du vent relatif augmente aussi et une force supplémentaire vient s’appliquer sur les gouttelettes. Sous l’eet de cette force et de la turbulence générée par la circulation de l’air, les déports dus aux vents souf- ant dans l’axe de déplacement du tracteur peuvent être encore plus importants. Ces facteurs, ensemble, jouent pour accroître signicativement le potentiel de dérive dans le sens longitudinal. Tous ces facteurs agissent également sur l’énergie cinétique des gouttelettes émises. Dans le nuage obtenu à la sortie de la buse, les nes gouttelettes n’ont pas susamment d’énergie pour pouvoir atteindre la culture, alors que les plus grosses qui arrivent à impacter la cible ont une énergie élevée qui pourra être à l’origine de leur ruissellement à la surface des feuilles.

Conditions atmosphériques 

Pendant l’application d’un traitement phytosanitaire, la fraction de substance qui n’atteint pas la cible est fortement liée aux facteurs météorologiques eux-mêmes très sensibles au microclimat local. Plusieurs chercheurs ont mené des travaux de mesure sur terrain (Gilbert et Bell, 1988 ; Hobson et al., 1993) ou de simulation, (Kheli et al., 1993 ; Sarker et Parkin, 1995 ; Gil et al., 2007) pour étudier l’inuence de ces facteurs sur la perte des pesticides. Ils s’accordent tous sur les facteurs météorologiques pouvant aecter l’ecacité du traitement : c’est principalement le vent, la température ambiante, l’humidité relative et la stabilité atmosphérique. Un nuage de pesticides peut se disperser horizontalement et verticalement dans le sens et autour du courant de vent. Les plus grosses gouttelettes se déposent rapidement sur le sol pendant que les plus nes qui ont des vitesses de sédimentation plus lentes peuvent rester en suspension dans l’air pendant un certain temps et être transportées par le vent à de grandes distances par rapport à la zone traitée (Hobson et al., 1993). CemOA : archive ouverte d’Irstea / Cemagref Au niveau de la couche de surface où a lieu le traitement, le prol vertical de la vitesse du vent est perturbé du fait du frottement de l’air sur le sol et sur la végétation. Ainsi, cette zone est à fort gradient de vitesse de vent et l’écoulement de l’air y est fortement turbulent (Turbelin, 2000). La température et de l’humidité relative inuencent surtout la taille des gouttelettes du fait de leur rôle sur l’évaporation des gouttelettes. La diminution du diamètre des gouttelettes va entraîner un accroissement de la distance de dérive comme montré par exemple par Ozkan (1991) et Zhu et al. (1994). Ces diérents aspects seront détaillés dans la partie III. 

Facteurs liés aux propriétés physico-chimiques de la formulation

 La volatilité est liée à la pression de vapeur saturante. La tension supercielle et la viscosité sont d’autres propriétés importantes car elles conditionnent la taille des gouttelettes et la rétention sur les plantes.

Facteurs liés à la végétation 

Après éjection du jet, une gouttelette approchant la cible a plusieurs possibilités. Elle peut être retenue par la plante, se fragmenter en plusieurs petites gouttelettes, rebondir et tomber sur les feuilles inférieures ou atteindre le sol en passant à travers la végétation (Richardson et Newton, 2000 ; Forster et al., 2005). Cela dépendra en partie de la plante elle-même : son espèce, sa taille, sa structure et son stade de développement. Une première caractéristique diérenciant une espèce de culture d’une autre est la rugosité de surface des feuilles. Celle ci est déterminée par deux facteurs : tout d’abord la cire de la cuticule des feuilles dont la présence limite le potentiel de rétention des feuilles (Forster et al., 2002 ; Richardson et Thistle, 2003 ; Bousquet, 2007). Puis la présence de poils à la surface des feuilles. La taille, la structure et le stade de développement sont des facteurs qui aectent la densité du couvert végétal exprimée généralement par l’indice de surface foliaire (LAI) 1 . Ces aspects sont détaillés dans la partie IV.