Texte PDF - Les Presses agronomiques de Gembloux

B AS E Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2004 8 (2), 69–82Développement d’un système harmonisé de surveillancede la qualité des terres agricoles en Région wallonneanticipant la future directive européenne sur les solsArnaud Wa r i n ( 1 ) , René Bernaerdt ( 2 ) , Émile Delcarte ( 3 ) , Philippe Maesen ( 3 ) ,Jean Naud ( 4 ) , Jean Marie Marcoen ( 5 )(1) Céréales Plus asbl. Convention ARVA(Association pour la Recherche et la Valorisation en Agriculture). 123 rue de Huy.B–4300 Waremme (Belgique). E-mail : warin.a@fsagx.ac.be(2) Service Agricole de la Province de Liège. Céréales Plus asbl. 123 rue de Huy. B–4300 Waremme (Belgique).(3) Bureau d’études Environnement et Analyses de Gembloux (BEAGx). Faculté universitaire des Sciences agronomiquesde Gembloux. Passage des Déportés, 2. B–5030 Gembloux (Belgique).(4) Cellule Interdépartementale d’Analyses (CEAN). Université Catholique de Louvain. Bâtiment Mercator. 2 Place Pasteur.B–1348 Louvain-la-Neuve (Belgique).(5) Laboratoire de Géopédologie. Faculté universitaire des Sciences agronomiques de Gembloux. Passage des Déportés, 2.B–5030 Gembloux (Belgique).La Commission européenne finalise actuellement sa stratégie de protection des sols dans une Directive “sol” attendue pourla fin 2004. Le projet ARVA (= terres arables, en latin) de la Région wallonne a pour mission de mettre sur pied un systèmeharmonisé de surveillance de la qualité des terres agricoles. Son action se déroule en quatre phases : (i) la recherche d’unedémarche de surveillance en adéquation avec la volonté européenne et les exigences de qualité de l’agriculture ; (ii)l’inventaire des connaissances déjà acquises sur la qualité des sols et l’analyse de leur utilité sur l’ensemble du territoire ; (iii)l’évaluation de la précision avec laquelle il est possible de détecter une évolution dans les sols en Région wallonne,moyennant les sites chantiers mis en place pour valider la méthodologie des mesures ; (iv) une analyse des stratégies destructuration d’un futur réseau de surveillance. Le choix d’une stratégie dépendant de la menace prise en compte, on veilleraà ce que les options choisies ne compromettent pas de futures actions de surveillance.Mots-clés. Qualité, sol, surveillance, indicateur, réseau, Belgique.Setting-up of a soil monitoring system in Walloon Region anticipating the future European directive on soil. TheEuropean Commission currently finalizes its Framework Directive for soil protection waited for the end 2004. The projectARVA of the Walloon Region aims setting up the monitoring of arable land. The project proceeds in four phases: (i) thedevelopment of a soil monitoring which complies with the requirements of both the European regulation and the Walloonagriculture practices; (ii) the inventory of existing knowledge on the quality of soil in the Walloon Region and their relevanceat Regional scale; (iii) the best estimate of the accuracy needed to detect evolutions in soil. To do this, test sites will help tovalidate the methodology used; (iv) an analysis of the strategies for structuring a future monitoring network. This strategydepends on the threat taken into consideration, as the selected options shall not compromise future needs for monitoring.Keywords. Quality, soil, monitoring, indicator, network, Belgium.1. INTRODUCTIONLa qualité des sols fut d’abord définie comme uneaptitude à fournir à l’ensemble de la biomasse, et enparticulier aux plantes, un milieu propice à sondéveloppement (Power, Myers, 1989). La notion dequalité du sol s’apparente au concept de fertilité. Cettepremière définition correspond à une optique dep r o d u c t i o n: c’est une “capacité à supporter la croissancevégétale”. Répondant ensuite aux préoccupations liéesà la dégradation des sols, la qualité des sols intègreprogressivement une dimension environnementale.Elle devient la capacité d’un certain type de sol àfonctionner au sein d’un écosystème naturel ouaménagé, à supporter une production végétale ouanimale, à contribuer à la qualité de l’air et de l’eau, età assurer la santé des plantes, des hommes, desanimaux et de leur habitat (Doran et al., 1994). La

70 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2004 8 (2), 69–82 A. Warin et al.qualité est également associée à la notion derésilience : capacité à retrouver un équilibre aprèsavoir subi une perturbation (Chaussod, 1996).Ces définitions très larges traduisent la complexitéde la notion de qualité des sols. D’une part, les multiplescritères de qualité varient selon les types de sol, lesmodes d’exploitation, les fonctions considérées ou lesmenaces prises en compte. D’autre part, il est relativementdifficile de définir des critères diagnostiques et denormaliser les processus complexes intervenant dansce réacteur biogéochimique polyphasique qu’est lesol. La prise de conscience grandissante du fait que lessols soient une ressource non renouvelable et qu’ilsjouent un rôle d’interface dans la biosphère arécemment poussé la Commission Européenne (CE) àétablir une stratégie de protection des sols. MargotWallström, la Commissaire chargée de l’environnement,a précisé : “Nous plaçons désormais la protection dessols au même plan que l’épuration de l’air et de nosressources en eau. Pendant trop longtemps nous avonsconsidéré le sol comme un bien acquis. Or, l’érosion,la diminution de la qualité et l’imperméabilisation dessols sont des problèmes majeurs dans toute l’UnionEuropéenne (UE). Il s’agit d’un enjeu pour ledéveloppement durable car ces tendances sont engrande partie irréversibles et le sol est essentiel pournotre subsistance” (EEP, 2002). Cette volonté estretranscrite dans une Communication intitulée “Versune stratégie thématique pour la protection des sols”(COM, 2002) qui décrit les fonctions et lescaractéristiques des sols, les principales menaces et lespolitiques de l’UE importantes en la matière.Les travaux scientifiques entamés par l’UE serontfinalisés d’ici la fin 2004. Ils déboucheront sur uneDirective donnant un ensemble de recommandationsrelatives à un système d’informations et desurveillance des sols ainsi qu’une série de propositionssur les mesures et actions futures. Le système desurveillance (monitoring) se fondera sur les systèmesd’informations et les bases de données existants. Ilassurera l’harmonisation des méthodes et permettra dedéterminer l’état des sols dans toute l’Europe. Cesmesures serviront de base à des travaux plussubstantiels visant à assurer la protection des fonctionsdes sols– la production d’aliments et de biomasse,– le stockage, la filtration et la transformation dematières, matières premières et d’énergie,– le rôle d’habitat d’une immense variété d’org a n i s m e svivants et de pool génique,– les rôles physiques et culturels pour l’homme(élément du terroir, du paysage et du patrimoine,support des activités humaines).L’UE axe son travail sur huit risques majeurs :l’érosion ; la contamination (localisée et diffuse) ; laréduction du taux de matière organique ; le bétonnageet l’imperméabilisation du sol ; la compaction du sol ;l’appauvrissement biologique ; la salinisation ; lesglissements de terrain et les inondations. Cinq groupesde travail ont été mis en place. Trois groupestravaillent sur les menaces prioritaires : l’érosion, lescontaminations, les matières organiques. Les deuxautres travaillent sur des thèmes horizontaux : lasurveillance et la recherche. La coordination estassurée par une cellule interservices au sein de laCommission et par une cellule chargée de lareprésentation des États membres Les groupes detravail techniques ont reçu pour consigne d’utiliser lecadre de travail “Driving Forces – Pressures – State –I m p a c t – R e s p o n s e s” (CE – DG Env, 2003). Cemodèle est également utilisé par la Région wallonnepour dresser le Tableau de Bord de l’EnvironnementWallon (TBEW). Pour le moment, la démarchewallonne n’intègre pas l’ensemble de la problématique“sol”. En 2003, l’approche concernait les pollutionslocales et la surveillance des sols forestiers (MRW-DGRNE, 2003). Les surfaces agricoles n’étaient quepartiellement intégrées à ce bilan annuel.Les huit risques cibles de l’UE ne menacent pastous les sols de la Région wallonne. En 1994, l’État del’Environnement wallon (MRW-DGRNE, 1994)désignait les risques régionaux pesant sur les sols.Sans constater d’importantes baisses de la qualité dessurfaces agricoles, ce rapport soulignait : des baissesde fertilité liées à des diminutions de pH, à la déficienceen certains éléments biogènes et à l’insuffisance desteneurs en matières organiques. Le rapportmentionnait également le risque de contamination lié àdes apports excessifs de substances endogènes etexogènes : les éléments traces métalliques (ETM), lesr a d i o n u c l é i d e s ,les micropolluants organiques (MPO).Ces apports diffus, potentiellement toxiques,pourraient provenir des engrais, des amendements, desproduits recyclés, des pesticides, ou des retombéesatmosphériques. Le rapport exposait enfin despressions d’ordre physique en mettant l’accent sur leproblème de l’érosion et de la compaction.Témoignant d’une prise de conscience politique, lePlan d’Environnement pour le Développement durable(MRW, 1995) et le Contrat d’Avenir pour la Wallonie( M RW, 2002) ont inscrit dans leurs programmesl’amélioration de la législation sur les sols. Cettevolonté s’est concrétisée par un décret, parfois dit“décret sol”, relatif à l’assainissement des sols polluéset aux sites d’activités économiques à réhabiliter (voirHalen e t a l . ce numéro, p. 101-109). Précisonstoutefois que les surfaces agricoles représentent la plusgrande partie du territoire de la Région, soit environ45 % de la superficie totale, et doivent encore fairel’objet d’une démarche spécifique. Comme le rappelleCheverry et al. (2002), on assiste actuellement à un

72 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2004 8 (2), 69–82 A. Warin et al.en ETM et MPO apportées par les intrants agricoles(amendements, engrais organiques et chimiques,phytosanitaires) et les retombées atmosphériques sontanalysées sur différentes parcelles. En tenant comptede l’évolution des connaissances scientifiques, denouveaux indicateurs caractérisant de nouvellesmenaces (menaces biologiques : baisse de labiodiversité ou apport de composés abiotiques)pourraient par la suite être ajoutés.Les critères de qualité du sol retenus par ARVA ontété sélectionnés sur base d’un inventaire des activitésnationales (Montanarella e t a l ., 2004) et desrecommandations européennes en matière desurveillance (Woiwode e t a l ., 2003 ; 2004). Lestableaux 1 à 4 répertorient ces éléments de contrôleen les comparant aux critères proposés par les groupesde travail européens. Les premières colonnes(Loveland et al., 2003 ; 2004) illustrent l’évolution etl’aboutissement de la réflexion scientifiqueeuropéenne sur les indicateurs de qualité des sols.Précisons qu’il ne s’agit encore que d’un document detravail. La dernière colonne souligne l’anticipation etl’adéquation de la démarche ARVA avec la volontéeuropéenne. Le tableau 1 reprend les critères quiTa b l e a u 1 . Paramètres intrinsèques des sols — S o i l sintrinsic parameters.Paramètres Paramètres préconisés Paramètrespar les TWG 1 retenus par10/2003 2 03/2004 3 ARVA2003Description de profil + + +Identification desmatériaux parentaux + + +Classification du solselon un référentiel + + +Description de l’environnementdu site + + +Échantillonnage par horizonou par profondeur + + +Densité apparente du sol + + +Granulométrie + + +pH (eau) + + +pH avec un électrolyte(ex : KCl) + + +Capacité d’échangecationique (CEC) + + +Engorgement etprofondeur de la nappe + + +Teneur en eau etprofondeur de la nappe + +Étude minéralogiquedes constituants du sol + +Conductivité hydraulique + +1 T W G = Technical Working Group ; 2 L o v e l a n d e t a l ., 2003 ;3 Loveland et al., 2004.permettent de caractériser le sol étudié dans soncontexte de fonctionnement (paramètres intrinsèquesdu sol). Les indicateurs des t a b l e a u x 2 et 3correspondent à l’évaluation des stocks du sol (total etbiodisponible) ainsi qu’à l’évaluation des niveaux decontamination en substances potentiellement toxiques.Le t a b l e a u 4 reprend une série d’indicateurs defertilité sous l’aspect du statut organique des sols.Tableau 2. Paramètres de caractérisation des stocks et descontaminations minérales — Parameters for characterizingmineral stocks and mineral contaminations.Paramètres Paramètres préconisés Paramètrespar les TWG 1 retenus par10/2003 2 03/2004 3 ARVA2003Concentration en éléments minéraux “totaux”Aluminium (Al) +Antimoine (Sb) +Arsenic (As) + + +Baryum (Ba) +Cadmium (Cd) + + +Chlorures (Cl) +Chrome (Cr) + + +Cobalt (Co) +Cuivre (Cu) + + +Étain (Sn) +Fer (Fe) +Fluor (F) +Mercure (Hg) + + +Manganèse (Mn) +Nickel (Ni) + + +Phosphore (P) + + +Plomb (Pb) + + +Radionucléides +Sélénium (Se) +Sodium (Na) +Zinc (Zn) + + +Formes échangeables et éléments biodisponiblesAcidité d’échange +Aluminium (Al) +Cadmium (Cd)Calcium (Ca) + +Cuivre (Cu) +Fluor (F) +Magnésium (Mg) + +Nickel (Ni) +Phosphore (P) + +Plomb (Pb) +Potassium (K) + +1 T W G = Technical Working Group ; 2 L o v e l a n d e t a l ., 2003 ;3 Loveland et al., 2004.

Monitoring de la qualité des terres agricoles en Région wallonne 73Ta b l e a u 3 . Paramètres de caractérisation descontaminations org a n i q u e s— Parameters for characterizingorganic contaminations.Paramètres Paramètres préconisés Paramètrespar les TWG 1 retenus par10/2003 2 03/2004 3 ARVA 2003Hydrocarburesaliphatiques +Hydrocarburespolyaromatiques (HAP) + + +Biphényles polychlorées(PCB) + + +Solvants halogénés + + +Hydrocarburesmonoaromatiques(MAH dont BTEX) +Pesticides o-chlorés +Screening GC/MS +Alkylbenzène sulfonateslinéaires (LAS) +Di-(2-ethylhexyl)-phthalate (DEHP) +Nonylphénol andnonylphénol-ethoxylates(NPE) +Di-benzofuranes etdi-benzodioxines(PCDF/PCDD) + +1 T W G = Technical Working Group ; 2 L o v e l a n d e t a l ., 2003 ;3 Loveland et al., 2004.3.2 Phase 2 : Inventaire et évaluation des donnéesportant sur la qualité des solsRecensement des programmes régionaux. L aRégion wallonne dispose d’instruments de gestion dessurfaces agricoles. Ces outils ont été élaborés dans lecadre de divers programmes : le Programme deGestion durable de l’Azote en A g r i c u l t u r e( Va n d e n b e rghe, Marcoen, 2004), les Comités deRecherches sur la Matière organique du Sol (Geypens,H o n n a y, 1995 ; Culot, 2002), l’exploitation desbanques de données des laboratoires provinciauxd’analyses de terre (Laroche, Oger, 1999) et le suiviadministratif de la valorisation des matièreso rganiques exogènes (Petit, Defoux, 2001). Cestravaux ont permis l’acquisition de nombreusesdonnées sur les sols. Le tableau 5 répertorie lesdifférents programmes qui ont contribué à une mesureou une observation des propriétés du sol. La plupart deces travaux abordent la qualité par des approchesstatiques de comparaisons latérales. Les démarchesintégrant un suivi temporel des propriétés des sols sontplus rares et se concentrent sur les éléments nutritifs etl’azote. La politique européenne concernant lesnitrates est à l’origine de ce suivi plus intensif. ÀTa b l e a u 4 . Paramètres de caractérisation du statutorganique des sols — Parameters for soil organic matter.Paramètres Paramètres préconisés Paramètrespar les TWG 1 retenus par10/2003 2 03/2004 3 ARVA 2003Carbone organiquetotal (C) + + +Azote organique total (N) + + +Ratio C/N dérivé + + +N-NH 4+ +N-NO 3- +N-NO 2- +Caractérisation despools du carbone + +1 T W G = Technical Working Group ; 2 L o v e l a n d e t a l ., 2003 ;3 Loveland et al., 2004.l’inverse, la surveillance temporelle des élémentstraces métalliques ou des micropolluants organiquess’effectue dans un cadre spatialement plus réduit :contrôle des parcelles ayant reçu des matièresorganiques exogènes (boues de station d’épuration etcompost), des parcelles soumises à un cahier descharges spécifique (contrôle de certaines productionsa l i m e n t a i r e s: maraîchage) ou à une pollution localisée.Les propriétés du sol varient dans l’espace. De cefait, tout décalage de prélèvement entraîne unefluctuation et une augmentation de l’incertitude de lamesure. Par conséquent, le problème majeur desdonnées existantes en Région wallonne est celui de laprécision du géoréférencement des prélèvements. Lesanalyses de terre réalisées classiquement dans leslaboratoires détectent les évolutions temporelles parcomparaison des jeux de données couvrant despériodes différentes (Laroche, Oger, 1999).Néanmoins, l’échantillonnage par unité administrative(Tableau 5) est susceptible d’empêcher la détectionfiable d’évolutions temporelles qui sont généralementde faibles amplitudes en regard des variations spatiales(Walter, 2002). Par ailleurs, les bases de donnéesexistantes ne contiennent qu’un nombre limité deparamètres (principalement des paramètres liés à lafonction de production des sols). De façon générale, cessynthèses d’analyses ne sont pas suffisantes pour assurerun suivi complet des différentes fonctions du sol.3.3. Phase 3 : Validation d’une méthodologied’acquisition des données par des sites chantiersEn Europe, les techniques d’implantation des sites desurveillance sont nombreuses. La taille des surfacesd’échantillonnage fluctue de quelques centaines de mètrescarrés à quelques hectares. Les stratégies d’échantillo nnage sont de types aléatoire, systématique ou

74 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2004 8 (2), 69–82 A. Warin et al.Tableau 5. Inventaire des données existantes sur les sols wallons — Existing data on Walloon soils.Nom de l’étude Paramètres Nombre et type Types de Référencement SuiviAuteurs utilisés d’observations données des échantillons temporelProgramme de Gestion durable de NO 3 , pH, CEC, 140 parcelles cultivées Échantillons moyens dans Localisation des Annuell’Azote en Agriculture. Vandenberghe, P, K, Mg, Ca, Na, et 40 prairies les horizons de surface parcellesMarcoen, 2004 (NITRAWAL) C total, Norg, C/N et de profondeur (coord. Lambert)Base de Données Pollusol. ETM & MPO Principales séries de Échantillons ponctuels Géoréférencement NonGroupe d’Étude APPP, “Application normés sols, 166 sites non dans les horizons des points dede la pédologie aux problèmes de pollués + 7 sites diagnostiques, prélevés sondagespollution” 2003 (SPAQuE, UCL, pollués, 112 sondages à partir d’un carottage (coord. Lambert)FUSAGx–BEAGx)en zone agricoleInventaire de la Qualité des Sols. ETM, pH 2.100 parcelles Échantillons moyens Localisation des AuPetit, Defoux, 2001 (Office Wallon Définition d’un sol dans l’horizon de parcelles minimumdes Déchets DPS) moyen par région surface tous lesagricole10 ansObservatoire de la Qualité des Sols Paramètres de fertilité 80 parcelles Échantillons moyens dans Localisation des NonAgricoles de la Province de du sol (pH, C, P, K 2 × 40 exploitations l’horizon de surface parcellesLuxembourg. Léonard, Sacré, et élémentsToussaint, Peeters, 2001échangeables)Base de Données Sols : Première Paramètres de fertilité Problème du référencement Échantillons moyens dans Localisation sur NouvelleSynthèse. Laroche, Oger, 1999 du sol (pH, C, P, K mais nombreuses analyses l’horizon de surface base du code synthèse(REQUASUD) et éléments ≈31.500 en terres de postal prévue enéchangeables) culture 2004≈15.000 en prairiesSuivi pédologique de l’inventaire pH, N org, C total, P, 88 échantillons provenant Échantillons moyens au Localisation : Tous lespermanent des ressources ligneuses et éléments des placettes de l’inventaire sein d’une placette coord. Lambert 10ansLaroche, Weissen, Bock, 2003 ; échangeables, ETM forestier (1placette = (profondeur : du centre deRondeux, Lecomte, Florkin, Thirion, 18mètres de rayon) jusqu’à 20cm) la placette1996Base de Données de la Carte des Sols Paramètres descriptifs 13.000 profils mais Échantillons ponctuels Localisation des NonVan Orshoven, Vandenbroucke, 1993 et paramètres de problème de comparabilité dans les horizons profils sur fond(Base de données AARDEWERK) fertilité analytique diagnostiques prélevés cadastral :à partir d’un profil (1/5.000 e )hiérarchisé. Les prélèvements sont ponctuels oucomposites et s’effectuent à profondeur constante ouselon la typologie des horizons (Arrouays, 1998).Différents travaux analysent l’influence de la structurespatiale (horizontale et verticale) sur la précision dusuivi. Parmi ces travaux, citons ceux de Papritz etWebster (1995) qui traitent des stratégies d’échantillonnage ainsi que les nombreux travaux présentant lalogique de mise en place des réseaux suisse, françaiset européens (Meyer, 1991 ; Leprêtre, Martin, 1994 ;Arrouays et al., 1997 ; King, Montanarella 1999 ;Arrouays et al., 2000 ; Jolivet, 2000 ; Arrouays et al.2001 ; Boulonne, 2002 ; Germaneau, 2002 ; King etal., 2002 ; Colinet, 2003 ; Woiwode et al., 2004).L’optimisation d’un site de surveillance consiste àlimiter l’incertitude des mesures. Par conséquent, laméthode d’échantillonnage des sols doit permettre des ’ a ffranchir de la variabilité intraparcellaire. Lesprincipaux facteurs à l’origine de cette fluctuation despropriétés du sol doivent être appréhendés. Il estnécessaire de prendre en compte les facteurs ded i fférenciation pédogénétique, la topographie(Colinet, 2003), ainsi que l’historique des apports surle site (Arrouays et al., 2000). Par ailleurs, le projet denorme ISO/DIS 16133 (ISO, 2002), formule desrecommandations qui permettent de fiabiliser et depérenniser la surveillance.Choix méthodologique. Suivre l’évolution des solsnécessite de déceler des petits changements à traversdes fluctuations spatiales potentiellement plus grandes.Pour optimiser la surveillance des sols, il est nécessairede réduire l’écart standard de la mesure en adaptant lastratégie d’échantillonnage. La technique d’échantillonnageproposée consiste à géoréférencer une surfaced’échantillonnage pour permettre un retour précis àchaque pas de temps de la mesure. La taille et le positionnementde la surface sont choisis de manière à garantirla plus grande homogénéité des teneurs et des volumesde sol étudiés. Une fosse pédologique est creusée àproximité de la surface d’échantillonnage pourpermettre une description verticale des volumes de sol.Une enquête préalable auprès de l’agriculteur etdes sondages à la tarière permettent d’estimer le degréd’homogénéité du sol étudié par vérification de latypologie et de la profondeur des horizons, du dévelop-

76 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2004 8 (2), 69–82 A. Warin et al.En Région wallonne, le réseau de l’Inventaireforestier permanent est également conçu sur une grillede points à maille rectangulaire. Le grand côté de lamaille est orienté dans le sens Ouest-Est et mesure1.000 m tandis que le petit côté, orienté selon l’axeNord-Sud, est long de 500 m. Chaque intersection dela grille située en zones forestières constitue un pointde l’inventaire. Sur un même site, le pas de tempsentre deux investigations est de 10 ans (Rondeux,Lecomte, 1996). Tous ces sites forestiers n’ont pas étécaractérisés du point de vue des sols (Laroche et al.,2003). D’ici la fin 2004, 191 sites seront investiguéspar une approche pédologique.Sélection des sites sur des critères dereprésentativité. Ces méthodes visent à réduire lenombre de sites nécessaires. Elles sont retenues par denombreux réseaux de faibles densités : ICP-IM(Bråkenhielm e t a l ., 1998) 8 , réseau RENECOFOR(ONF, 2004) 9 , réseau OQS (Martin et al., 1999) 10 . Lescritères de représentativité sont nombreux et peuventêtre regroupés à travers quatre types d’approche :statistique, géostatistique, typologique et hypothétique.L’approche statistique sélectionne les sites grâce àdes modèles d’origine statistique. Classiquement, lesmodèles utilisent des données “sols” provenant deslaboratoires agricoles d’analyses de terres. Cesmodèles permettent une représentation cartographiquedes propriétés du sol par unités administratives. Lapertinence de cette approche est donc fonction del’hétérogénéité pédologique au sein de l’unitéadministrative choisie et de la répartition des analysessur l’ensemble du territoire. Un dernier biais résulteaussi du fait que ce sont généralement les agriculteursqui fertilisent raisonnablement qui ont recours àl’analyse de terre (Legros, 1996).L’approche géostatistique repose sur une applicationde la théorie des fonctions aléatoires à des donnéesspatiales et temporelles. Elle permet de prédire lavaleur d’un phénomène ou d’une propriété du sol enun point non échantillonné d’une région donnée. Lesméthodes géostatistiques comportent généralementdeux phases : l’analyse variographique qui est unedescription moyenne d’un phénomène en fonctiond’une échelle spatiale ou temporelle et le krigeage quidésigne plusieurs méthodes de régression utiliséespour estimer les valeurs de ce phénomène en tout pointde l’espace. La géostatistique permet donc de prédirel’amplitude de variation des propriétés observées. Sonprincipal problème résulte du fait que si les différentespropriétés étudiées présentent un degré de dépendance8 I C P– I M: International Cooperative Programme on Integrated Monitoring.9 R E N E C O F O R : Réseau National de suivi à long terme desEcosystèmes Forestiers en France.10 OQS: Observatoire de la Qualité des Sols en France.spatiale inégal, le nombre de sites requis peut êtreaussi élevé qu’avec un quadrillage régulier. C’estsouvent le cas avec les sols.L’approche typologique repose sur une stratificationdes sols en fonction de l’exploitation du sol et/ou dutype de sol, de ses horizons, des matériaux initiaux, del’étendue du sol, de la distance de ce dernier par rapportà des sources de contamination potentielle, etc. Ellenécessite de disposer d’un inventaire des sols et/ou desoccupations qui couvre l’entièreté du territoire àsurveiller. Disposant d’une cartographie précise dessols, cette approche a été expérimentée en Régionwallonne pour déterminer les valeurs bruits de fonddes concentrations en ETM et MPO des sols (Bock etal., 2003). La plupart des sites sélectionnés étaientéloignés des principales sources de contamination etétaient répartis sur 21 catégories principales de soldéfinies sur base de critères géologiques (critères relatifsau matériau parental) et pédologiques (critères relatifsà la classe texturale, au développement de profil et à laclasse de drainage). Ces 21 catégories constituent lesgrandes familles pédo-géologiques du territoire wallon.L’approche hypothétique évalue les options desurveillance sur la base de leur aptitude à détecter etquantifier les impacts résultant, par hypothèse,d’activités humaines spécifiques (ISO, 2002). Lasensibilité, l’étendue dans l’espace et la fréquence dela surveillance doivent permettre de détecter de façonappropriée les impacts présumés de ces activités.L’approche hypothétique débute par la définitiond’une menace pour un type d’activité. Cette approchepermet de répondre à des problèmes techniquesspécifiques et donne une vision partielle des surfacesagricoles tant les modes de gestion et les itinérairestechniques sont nombreux en agriculture. Cettetechnique est généralement orientée vers unemodélisation des processus des sols. Elle estégalement appliquée par des réseaux de très faibledensité qui désirent obtenir un contrôle total desévénements affectant le site. Les sites sont équipés enmoyens lourds et permettent des expérimentations insitu parfois “destructives” de la parcelle ou de sarécolte (creusement de fosses pour des observations dephysique du sol, prélèvement de végétaux, etc.). Pourassurer la pérennité du site, ils sont alors installés dansdes domaines publics, d’accès plus ou moins protégé :domaines d’instituts de recherche, terrains militaires(Arrouays et al., 2000). Une telle approche convientpour la compréhension des processus mais ne peutprétendre représenter la totalité du territoire.3.5. Premiers essais de structuration d’un réseauen Région wallonnePour évaluer le niveau de représentativité d’un réseaude type grille, deux essais de structuration ont été

Monitoring de la qualité des terres agricoles en Région wallonne 77réalisés. La représentativité régionale a été évaluée surbase des principales unités de sol et du moded’exploitation des terres. Trois couches d’informationsont ainsi été croisées : la Carte des Sols à 1/500.000 e(Maréchal, Tavernier, 1974a), la carte des occupationsdu sol (Walphot, 1989) et des couvertures de pointsrépartis sur une maille régulière. Notre étude visantspécifiquement les surfaces agricoles, un masque estgénéré pour gommer les zones urbanisées etforestières (Figure 1). Seules les affectations “prairie”et “culture” ont été prises en compte. La carte desassociations de sols comportant 62 u n i t é scartographiques, il est théoriquement possible detrouver 124 combinaisons “sol-occupation”. Sur leterritoire régional, 94 occurrences existent réellement.Par la suite, deux évaluations ont été réalisées sur desmailles carrées de 16 km et de 10 km de côté.La distance de 16 km correspond à la propositioneuropéenne d’évaluation des “menaces diff u s e s ” :contamination, baisse des teneurs en matières organiqueset de la biodiversité (Montanarella et al., 2004).De manière à conserver la cohérence européenne, lecalage de cette grille a été réalisé sur les points duréseau français (RMQS) qui respecte cette géométriede réseau. La maille de 16 km génère 66 points enRégion wallonne. Parmi ces points, 39 sont en zoneagricole (23 prairies et 16 terres de culture), 23 sont enzone forestière et 4 sont situés dans des zones“urbanisées”. Les 39 points agricoles interceptent28 occurrences sols x occupations agricoles sur les94 existantes. Ces 28 occurrences représentent 65 %de la superficie agricole (Figure 2). La maille de16 km assure seulement 65 % de couverture de lasuperficie du territoire agricole régional.Figure 1. Les surfaces agricoles enRégion wallonne —Arable land inWalloon Region.NZone de prairieZone cultivée100 0100 kmFigure 2. Représentativité agricoledu réseau basé sur la maille carrée de1 6 km de côté — Simulation ofrepresentativity of arable land for a16 km grid.Site en forêtSite en zone urbaniséeSite en zone de prairieSite en zone cultivéeSurface agricole représentée par leréseau grille (16 × 16)N100 0100 km

78 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2004 8 (2), 69–82 A. Warin et al.La maille de 10 km permet de caler les sites duréseau agricole sur la grille de l’Inventaire permanentforestier réalisé en Région wallonne. Ce multiple de lamaille forestière génère 174 points. Parmi ceux-ci, 112sont en zone agricole (71 prairies et 41 terres deculture), 50 sont en zone forestière et 12 sont situésdans des zones “urbanisées”. Les 112 points agricolesinterceptent 43 occurrences sols x occupationsagricoles sur les 94 existantes. Ces 43 occurrencesreprésentent 83 % de la superficie agricole (Figure 3).La maille de 10 km offre donc différents avantages :elle assure une cohérence avec le réseau forestierwallon et augmente sensiblement la représentativitéagricole en termes de surface. Néanmoins son coût estlargement supérieur puisque le nombre de sites passede 39 à 112.Jusqu’à présent l’estimation de la représentativité aété limitée par les outils cartographiques employés.Les calculs du niveau de représentativité reposent pourle moment sur une carte des associations de sols à1 / 5 0 0 0 0 0 e (Maréchal, Ta v e r n i e r, 1974a). Uneassociation de sols est un objet cartographiquecomposé par un regroupement de plusieurs types desols non identifiés sur la carte de manière individuelle,mais qui sont organisés d’une manière qui se répèterégulièrement dans l’espace. La carte à 1/500.000 econstitue ainsi le regroupement des séries de sols de lacarte à 1/20.000 e . Cette fusion est justifiée par laproximité spatiale des séries ; pourtant elle ne permetpas de présumer du fonctionnement des sols au sein del’association. En effet, une même association peutregrouper des séries ayant des aptitudes ou dessensibilités très différentes. À partir de 28 planchettesnumérisées de la carte à 1/20.000 e , Legrain (2003)calcule la proportion des différentes séries présentesau sein des différentes associations. La zone étudiéecouvre une superficie de 1.184 km 2 et constitue unsecteur de référence de la région limoneuse.L’association présentée au tableau 6, définie commele regroupement des sols limono-caillouteux à horizonBt ou à horizon Bw, à charge de craie ou de silexite,contient des séries ayant des caractéristiquesdifférentes en termes de potentialité et de sensibilité.Elle regroupe des sols caillouteux plus ou moins épais(9 % de la superficie), des sols à substrat (11,7 %) etdes sols limoneux non caillouteux (60,7 %). Parconséquent, ce regroupement dissimule les variationsde fonctionnement de la couverture pédologique. Dèslors, la numérisation de la carte à 1/20.000 e ouvre desperspectives en matière de représentativité et deprécision. Le document numérisé fournira desstatistiques relatives à l’importance des différentesséries au sein du territoire et permettra d’améliorerl’évaluation des différentes structures de réseaux.4. CONCLUSION ET PERSPECTIVESLa méthodologie de surveillance des sols choisies’intègre dans la logique européenne et vise uneanalyse “causes – effets” sur les sols. Différentsindicateurs caractérisant les principales pressions etfacteurs d’évolution des sols ont été sélectionnés(Tableaux 1 à 4). Ces indicateurs devront démontrerleur capacité à rendre compte de l’évolution despropriétés et du fonctionnement des sols. Notreméthode de suivi de l’évolution des sols rend comptedes changements dans le temps. Le protocole permetde réduire l’écart standard de la mesure ens’affranchissant au maximum de la variabilité spatialeF i g u re 3 . Représentativité agricoledu réseau basé sur la maillecarrée de 10 km de côté —Simulation of representativity ofarable land for a 10 km grid.100Site en forêtSite en zone urbaniséeSite en zone de prairieSite en zone cultivéeSurface agricole représentée par leréseau grille (10 × 10)0100 kmN

Monitoring de la qualité des terres agricoles en Région wallonne 79Tableau 6. Fréquence des séries de sols au sein d’une association de sols de la carte de Maréchal et Tavernier (1974a ; b)située dans un secteur de référence de la région limoneuse (Legrain, 2003) — Soil series frequency among an association ofsoil delimited by Maréchal and Tavernier (1974) situated in a reference sector in loamy region (Legrain, 2003).Association 41 : Sols limono-caillouteux à horizon Bt ou horizon Bw à charge de craie ou de silexiteSigle 1 Nbre de Superficie Superficie Sigle 1 Nbre de Superficie Superficieplages (ha) (%) plages (ha) (%)Aba0 10 23,65 1,2Aba1 115 541,16 28,1Aba(b)0 14 19,49 1,0Aba(b)1 21 60,08 3,1 33,4 %Aca1 14 14,43 0,7Ada0 2 8,68 0,4Ada1 7 27,19 1,4 2,6 %AbB 66 59,98 3,1 3,1 %Abp(c) 93 81,51 4,2Acp(c) 4 2,75 0,1ADp(c) 9 11,41 0,6Adp(c) 13 8,76 0,5 5,4 %Abp 76 120,56 6,2Abp0 20 14,01 0,7 7,0 %Acp0 12 8,13 0,4ADp 45 90,49 4,7Adp0 21 16,28 0,8Adp1 7 3,60 0,2ADpb(1) 1 1,56 0,1 6,2 %Ahp 2 1,49 0,1Ahp0 5 2,43 0,1Alp 6 8,51 0,4Aep 13 27,40 1,4Afp 8 16,83 0,9Agp 3 1,48 0,1 3,0 %Ebxy 11 17,11 0,9EDx 8 3,59 0,2 1,1 %GAx 36 132,08 6,8Gbax 3 15,69 0,8Ghax 5 1,84 0,1Gbbx6 2 3,40 0,2Gbbx2 3 2,96 0,2 8,1 %Gbbxn2 4 3,40 0,2Gbbxn6 1 4,92 0,3N : matériauxcrayeux 6 8,16 0,4 0,9 %Sols àsubstrat 166 226,08 11,7 11,7 %OB :Zone bâtie 56 245,39 12,7 12,7 %Sous-total 888 1836,53 9 5 , 2%Autre(“impureté “) 101 92,50 4,8%Total 989 1929,02 100 %1 La légende de la Carte des Sols de la Belgique repose sur des critères morphologiques objectifs. L’unité cartographique de base est lasérie, unité homogène quant à ses caractéristiques, parfois subdivisée en séries dérivées et/ou en phases. Le symbolisme est explicité dansl’exemple ci-après (Bock et al., 2001).Une minuscule en préfixe pour préciser un substrat de nature lithologique différente de la couche supérieure identifié en profondeur(exemple : s – substrat sableux) ;Une majuscule pour désigner la texture de la roche-mère pédologique dominante dans le profil (exemples : G – sol limono-caillouteux,c’est-à-dire sol composé de sédiments meubles sablo-limoneux, limoneux ou argileux à teneur en éléments grossiers supérieure à 5 % ; A– sol composé de matériaux limoneux ; E– sol de matériaux argileux) ;Une première minuscule pour caractériser le drainage nature (exemple : b – drainage favorable) ;Une deuxième minuscule correspondant au développement de profil, c’est-à-dire à la reconnaissance d’horizons particuliers engendrés parla pédogenèse (exemple: a – sol à horizon B textural) ;Une minuscule en suffixe pour indiquer la nature de la charge en éléments grossiers, c’est-à-dire les éléments de dimensions supérieures à2 mm tels que les gravies, les cailloux, les pierres et les blocs quand elle dépasse 15 % en volume (exemple : x – charge de silexite) ;Un chiffre en suffixe pour indiquer une phase d’épaisseur ou de profondeur (exemple : 2 – substrat apparaissant entre 40 et 80 cm).des teneurs dans les sols. Depuis juillet 2003, deuxsites chantiers ont été implantés en Hesbaye pourvalider les choix méthodologiques. Chaque indicateurdevra démontrer sa pertinence, sa sensibilité et sarobustesse. Les indicateurs retenus devrontégalement être réalisables en routine, au moindre coûtet être raisonnablement reproductibles.La mise en place d’une surveillance des sols sousentendla structuration d’un réseau de sites.Différentes simulations de type réseaux “grille” ontété analysées. Les travaux européens préconisent unemaille de 16 km. Le niveau de représentativitéagricole d’une telle grille est jugé peu satisfaisant pourla Région wallonne. Une deuxième simulationpermettant un alignement sur le réseau de l’Inventairepermanent des Ressources forestières a également ététestée. Ces deux essais permettent des interprétations,limitées par les outils cartographiques employés. Lanumérisation de la carte des sols à 1/20.000 e s’achèveen Wallonie. Cette carte informatisée permettra de

80 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2004 8 (2), 69–82 A. Warin et al.préciser ces simulations et une meilleure prise encompte du fonctionnement des sols. Les travauxréalisés jusqu’à présent concernent la teneur encarbone organique du sol et les problèmes decontamination. La comparaison des évolutions et desmodes de gestion du sol devraient améliorer lespratiques agricoles.D’autres menaces pourraient être intégrées dansnotre démarche. Les menaces à caractère local, parmilesquelles l’érosion et la compaction, ne sont pasprises en compte actuellement. Ces menacespourraient faire l’objet d’un deuxième niveau desurveillance, ce qui suppose l’élargissement de notreréflexion sur la structuration du réseau.RemerciementsCes travaux sont réalisés dans le cadre d’une convention derecherche soutenue par le Ministère de la Région wallonne(Direction générale de l’Agriculture).BibliographieAndreasen Finn M. (1998). The Danish integrated farmmanagement system – A concept with combined wholefarm management and updated decision support fornitrogen fertilization. 7th International conference onComputers in agriculture. 26-30 October. Orlando,Florida.Arrouays D., Vion I., Jolivet C., Guyon D., Couturier A.,Wi l b e r t J. (1997). Variabilité intraparcellaire dequelques propriétés des sols sableux des Landes deGascogne (France) – Conséquence sur la stratégied’échantillonnage agronomique. Étud. Gestion Sols 4(1), p. 5–16.A r r o u a y s D., Vo g e l H., Eckelmann W., A r m s t r o n g B . ,Loveland P., Coulter B. (1998). Soil monitorings inEurope: a review. Communication 16e CongrèsMondial de Science du Sol, Symposium n°25.A r r o u a y s D., Martin S., Lepretre A., Bourennane H .(2000). Short-range spatial variability of metal contentsin soil on a one hectare agricultural plot. Soil Sci. PlantAnal. 31 (3-4), p. 387–400.A r r o u a y s D., T h o r e t t e J., Daroussin J., King D. (2001).Analyse de représentativité de diff é r e n t e sconfigurations d’un réseau de sites de surveillance dessols. Étud. Gestion Sols 8 (1), p. 7–17.A r r o u a y s D., Jolivet C., Boulonne L., Bodineau G . ,Saby N., Grolleau E. (2002). Présentation du Réseaunational de Mesure de la Qualité des Sols : le RMQS.Communication aux Journées Nationales d’Études desSols 2002 à Orléans.Baize D. (2002). Examen critique des valeurs limites “sols”de la réglementation française. In Baize D., Tercé M.(Éds). Éléments traces métalliques dans les sols :a p p roches fonctionnelles et spatiales. P a r i s : INRA,p. 137–154.B o c k L., Laroche J., Gervasoni L., Lacroix D. (2001).Contexte pédologique. In Bassin hydrographique de laMolignée. Rapport du Comité scientifique de laconservation de la nature et de la protection des eaux.Namur, Belgique : Ministère de la Région wallonne,Direction générale des Ressources naturelles et del’Environnement, p. 63–75.Bock L., Bogaert P., Colinet G., Delcarte E., Delvaux B.,D u c a r m e F., Laroche J., Maesen Ph., Marcoen J M .,Sonnet Ph., Wibrin MA. (2003). Convention d’étudePollusol : établissement et cartographie des teneursbruits de fond en éléments traces métalliques et micropolluantsorganiques dans les sols de la Régionwallonne. Rapport final du groupe d’étude A P P P,“Application de la pédologie aux problèmes depollution” (SPAQuE – UCL – FUSAGx – BEAGx –CAFX), 125 p.Boulonne L. (2002). Soil monitoring in France – State ofthe art. Communications 16 e Congrès Mondial deScience du Sol, Symposium n°25.B r å k e n h i e l m S., Innes J., Starr M. (1998). Manual forintegrated monitoring. UN ECE LRTAP Convention.20–22 April 1998. Tallinn.B r o h é e JC., Marcoen JM., Naud J., A g n e e s s e n s R .,D e l c a r t e E. (2002). Validations de méthodesperformantes d’analyses globales des élémentschimiques, dont la spectrométrie de fluorescence X(XRF), appliquées aux terres cultivées et aux intrantsvalorisables en agriculture. Convention Ministère de laRégion wallonne – Faculté universitaire des Sciencesagronomiques de Gembloux – rapport final, 111 p.BUWAL (1993). NABO – Réseau d’observation des sols :période d’observation 1985–1991. Cah. Environ. Off.Féd. Environ. For. Paysage (Suisse) 200, p. 135.CE (2003). L’enquête Lucas. Les statisticiens européensassurent le suivi du territoire. Working papers et Étudesde l’Office des Publications Officielles desCommunautés Européennes.COM (2002). Vers une stratégie thématique pour lap rotection des sols. Communication finale de laCommission européenne au Parlement, au Comitééconomique et social et au Comité des Régions 179,39 p.CE – DG Env (2003). Soil Thematic Strategy – Frameworkmandate. Advisory Forum on the Soil Thematic Strategy– Commission euro p é e n n e – D i rection généraleEnvironnement. Brussels, 28 May 2003.Chaussod R. (1996). La qualité biologique des sols :évaluation et implications. Numéro spécial É t u d .Gestion Sols 3 (4), p. 261–278.Cheverry C., Gascuel-Odoux C. (2002). Les Français etleurs sols : essai de prospective à l’horizon 2030. Courr.Environ. INRA 47, p. 5–14.

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