Tesis sobre el tema "Pesticides – Viticulture"

Les atteintes à l’environnement causées par un usage important de pesticides remettent en cause lemodèle productif actuel en viticulture d’appellation. Un cadre d’analyse évolutionniste est mobilisépour comprendre le manque de changement de pratiques phytosanitaires dans ce secteur malgrél’augmentation des pressions réglementaire et sociétale ces dernières années. Après avoir analysé lelock-in des viticulteurs vis-à-vis de l’utilisation des pesticides, nous appréhendons les nouvellespratiques grâce au concept d’innovation environnementale. En nous basant sur une enquête et unmodèle évolutionniste, nous montrons que l’IPM, en tant qu’innovation de processus, permet deréduire de manière significative les quantités de pesticides employées le long de trajectoiresgagnant-gagnant, mais que l’absence de compétences spécifiques dans les exploitations entrave sonadoption. Nous mettons ainsi en évidence l’importance des processus d’apprentissage pour laréduction des pesticides en viticulture. En l’absence de R & D formalisée, les viticulteurs ont besoind’un accompagnement spécifique et d’organismes de conseil agricole structurés localement pourrelever le défi de produire des vins rentables et respectueux de l’environnement. Les politiquespubliques en construction peuvent donc s’appuyer sur ces résultats pour impulser le changementattendu dans un délai raisonnable
The environmental damage caused by the intensive use of pesticides challenges the current production model in appellation wine growing. We mobilize here an evolutionary framework to understand the lack of change in vineyard phytosanitary protection despite increasing regulatory and social pressure in recent years. After analyzing grape growers’ pesticide lock-in, we consider new protection practices via the concept of environmental innovation. Our case analysis and evolutionary model allow us to show that IPM could significantly reduce pesticide use along win-win trajectories, but also that the lack of specific implementation know-how in farms hampers its adoption. We therefore highlight the importance of learning processes for pesticide reduction in grape growing. In the absence of formal R & D, growers need specialized advice and structured extension services to meet the challenge they face: producing profitable and environmentally friendly wines. Public policies can therefore be based on this result to drive the expected change in a reasonable time

Le terme de produits phytopharmaceutiques regroupe une large gamme de substances actives destinées à protéger les végétaux contre les organismes nuisibles. Leur utilisation massive en milieu agricole ces dernières décennies s’est accompagnée d’une contamination généralisée de l’environnement, conduisant à l’exposition d’espèces non cibles. À cet égard, les populations vivant à proximité des zones d’épandages phytosanitaires font l’objet de préoccupations nouvelles de la part des chercheurs, des institutions et du grand public. Le premier objectif de cette thèse consistait à réaliser une revue bibliographique des travaux scientifiques portant sur la caractérisation de l’exposition des riverains de zones agricoles et sur l’étude de ses déterminants. Les résultats de ce travail ont montré que, pour de nombreuses substances actives, les expositions aux pesticides étaient plus élevées chez les riverains de zones de cultures que pour la population générale. En revanche, les données scientifiques restaient lacunaires concernant d’autres déterminants potentiels de l’exposition tels que les pratiques agricoles, les conditions météorologiques, les caractéristiques et le comportement des occupants ou encore la configuration des logements. Afin d’améliorer notre connaissance de ces facteurs, et cela dans l’optique de pouvoir proposer à terme des actions de prévention, une étude observationnelle pilotée par l’Université de Bordeaux a été conduite en Gironde (étude PESTIPREV). Dans ce cadre, une campagne de mesures a été menée dans une trentaine de domiciles jouxtant des parcelles de vignes, afin d’y collecter les résidus de pesticides présents sur des surfaces extérieures et intérieures du logement et d’y rechercher huit fongicides. Le second objectif de thèse consistait à identifier les déterminants de l’exposition individuelle non alimentaire aux pesticides agricoles des sujets inclus dans l’étude PESTIPREV. Nos résultats, issus d’analyses de modélisation par équations structurelles, ont montré que la contamination du jardin par les pesticides agricoles était positivement et significativement associée aux surfaces en vignes situées dans un rayon de 500m autour du logement. En revanche, des conditions météorologiques dispersives (pluie et vent) étaient de nature à limiter les concentrations surfaciques observées. À l’intérieur du logement, la contamination par les pesticides était positivement associée aux quantités annuelles moyennes de composés phytosanitaires vendues dans la zone postale du logement, et au transfert potentiel de pesticides depuis l’extérieur par les occupants. En revanche, le niveau d’activité du foyer, la fréquence de nettoyage et la fréquence de contact avec les surfaces étaient associés à une diminution de la contamination. Ces premiers travaux seront complétés par de futures analyses, mais permettent d’envisager des actions de gestion liées aux pratiques agricoles ainsi que des mesures de prévention individuelle à destination des populations rurales, dont l’efficacité et l’acceptabilité resteront à évaluer dans le cadre de futures études interventionnelles
The plant protection products include a wide range of active substances intended to protect plants against harmful organisms. Their massive use in agriculture in the last decades has led to a widespread contamination of the environment, resulting in the exposure of non-target species. The populations living near fields treated with pesticides are the object of new concerns from researchers and institutions. The first objective of this thesis was to conduct a bibliographic review of scientific publications that have characterized the exposure to pesticides of subjects living near crops and studied its determinants. The results of this review showed that, exposure to pesticides was higher for people living in agricultural areas than for the general population, for many active substances. On the other hand, scientific literature remained incomplete regarding other potential determinants of exposure, such as agricultural practices, meteorological conditions, occupant characteristics and behavior, and building configuration. In order to improve our knowledge of these factors, to conceive eventually preventive actions, an observational study led by the University of Bordeaux was conducted in Gironde (the PESTIPREV study). A measurement campaign was led in thirty homes adjacent to vineyards to collect pesticide residues on outdoor and indoor surfaces of the home, in order to search for eight fungicides. The second objective of the thesis was to identify the determinants of individual non-dietary exposure to agricultural pesticides of the subjects included in the PESTIPREV study. Our results, obtained using structural equation modeling, showed that the contamination of the garden by agricultural pesticides was positively and significantly associated with the area of vineyards within a 500m radius of the house. On the other hand, dispersive meteorological conditions (rain and wind) were likely to limit the observed pesticide concentrations. Inside the dwelling, pesticide contamination was positively associated with the average annual quantity of phytosanitary compounds sold in the postal area of the dwelling, and with the carrying of pesticides from outside by the occupants. On the opposite, the level of household activity, the cleaning frequency, and the frequency of contact with surfaces were associated with a decrease in contamination. These initial results will be completed by future analyses but allow us to consider management actions related to agricultural practices as well as individual prevention measures for rural populations, whose effectiveness and acceptability will remain to be evaluated in future interventional studies

Les pesticides utilisés en agriculture posent aujourd’hui des problèmes avérés sur le plan sanitaire et environnemental. Malgré l’implication du monde agricole et l’apport de financements publics significatifs, les politiques publiques déployées depuis 40 ans en matière d’agri-environnement peinent à atteindre leurs objectifs, là où les systèmes de production durables développés en réaction au modèle productiviste s’avèrent probants mais marginaux. La transition vers des systèmes de production plus respectueux de l’environnement demeure ainsi un défi pour les pouvoirs publics et l’agriculture conventionnelle : comment s’organiser collectivement pour « sortir des phytos » ? A partir de l’exemple d’un dispositif expérimental visant la suppression des herbicides en viticulture et initié par des professionnels de la filière, la thèse propose de réinterroger, par le prisme d’une sociologie de l’action, la capacité d’innovation du monde agricole et de réaction des pouvoirs publics en matière d’agri-environnement, en prenant comme clé de lecture l’analyse de l’action collective professionnelle se développant en-deçà des dispositifs institués d’action publique. La thèse montre que, dans de telles conditions, les objets, les mobiles et les collectifs de l’action environnementale ont pour propriétés d’être hétérogènes, équivoques, variables et flexibles, tout au long de leur mise en débat. Qu’il s’agisse des solutions alternatives mises en œuvre ou de leurs capacités de transfert, la pluralité et la variation des situations soulignent une impossibilité de standardisation, susceptible d’appeler des réponses institutionnelles différenciées pour un même problème d’environnement
Pesticides used in agriculture are a known environmental problematic fact. Despite the involvement of agriculture and the contribution of significant public funding, agri-environmental public policies deployed for over 40 years struggle to achieve their goals, where sustainable production systems remain convincing but marginal. Faced with this context, designing and spreading alternative techniques to chemicals remains a challenge for government and professionals. From case of a professional project aiming at removing herbicides in the South West of France vineyards, this thesis proposes to re-examine, through the prism of a sociology that pay attention to action (less than actors), the innovation capacity of agriculture and the responsiveness of public authorities about agri-environment, focusing on the analysis of professional collective action as a way of regulating environmental public issues, and considering its development out, in parallel, upstream or below established public policies offer. The research shows that in such conditions, objects, mobiles and collectives comprised by environmental action are heterogeneous, ambiguous, variable and flexible, throughout their discussions. Plurality and change situations emphasize as much unpredictability of collective action that impossibility of standardization, that are likely to call (on the contrary) differentiated institutional responses to the same environmental problem

Afin de mieux comprendre les transferts de produits phytosanitaires, les exutoires du bassin versant de Rouffach (Haut-Rhin, France) et de deux parcelles de celui-ci (désherbée chimiquement en plein et enherbée un inter-rang sur deux avec désherbage sur le rang) sont instrumentés afin de quantifier les flux de 17 pesticides en " continu ". L'instrumentation de mesure du site est validée en identifiant les sources d'erreurs possibles (incertitude et particulièrement biais) lors de l'évaluation de la concentration en pesticide. Les résultats acquis sur les deux années de suivi 2003-2004 avec des pluviosités opposées nous permettent de faire ressortir les principaux processus impliqués dans les transferts de pesticide dans ce type de milieu. Toutes les molécules sont détectées au moins une fois en 2003 ou en 2004. Les concentrations moyennes de la plupart des molécules sont fortes après les premiers épisodes suivant application. Mais les facteurs pluviométriques peuvent faire augmenter fortement les concentrations même plusieurs mois après l'application si les molécules sont encore mobilisables par le ruissellement. La plupart des molécules sont cependant aussi détectées pendant des événements ruisselants sur les zones imperméables, non successifs à des ruissellements parcellaires. Les facteurs défavorables expliquant en grande partie les fortes concentrations mesurées pour certaines molécules seraient une application généralisée dans le temps et l'espace et/ou des propriétés favorisant une disponibilité durable dans la zone d'interface sol-ruissellement. Nous avons validé, en utilisant un modèle hydrologique simplifié, l'hypothèse que le temps de réponse du chémogramme d'une molécule peut être influencé, après le premier événement majeur, par la répartition spatiale de l'apport de la molécule et, pour les événements suivants, par la répartition spatiale plus l'état de la molécule (désorption/dégradation) évoluant dans le temps en fonction de ses caractéristiques. Les flux totaux exportés à l'exutoire du bassin versant s'échelonnent de 0 à 0,62 % des quantité appliquées (essentiel des quantités exportées associé aux épisodes critiques). Nous proposons alors un certain nombre de solutions pour limiter les transferts de pesticide à l'échelle du bassin versant
To understand transfers of pesticides, the catchment of Rouffach (Haut-Rhin, France) and two plots inside (weeded chemically in a full and grassed inter-row on two with weeding on the row) are equipped to quantify the fluxes of 17 active matters in continuously during approximately 6 months per year. The measurement instrumentation of the site is validated by identifying the possible sources of errors (uncertainty and bias) during the evaluation of the pesticide concentration. From a method of decomposition of the measurement acquisition and experiments, we evaluate bias associated with data. The results achieved over the two years of monitoring (2003-2004) with opposite rainfalls enable us to emphasize the principal processes implied in pesticide transfers on this type of medium. All the compounds are detected at least once in 2003 or 2004. The average concentrations of the majority of the pesticides are strong after the first episodes according to application. But the pluviometric factors can make increase strongly the concentrations even several months after the application if the molecules are still mobilizable by runoff. The majority of the compounds are also detected during events with runoff on the impermeable zones, without plot runoff. The unfavourable factors mainly explaining the strong concentrations measured for some pesticides would be an input generalized in time and space and/or properties supporting a durable availability in the zone of interface soil-runoff. We finally validated, by using a simplified hydrological model, the assumption that the response time of the pesticide can be influenced, after the first major event, by the space distribution of the compound input(s) in a prevalent way and, for the following events, by the space distribution plus the pesticide state (desorption/degradation) moving in time according to its characteristics. The total fluxes exported with runoff at catchment outlet spread from 0 to 0,62 % of the applied quantity. The critical events from their hydrological characteristics (intensity, duration) and their situation with respect to the inputs constitute the main part of the exported quantities. The comprehension of pesticides behaviour enables us to propose solutions to limit pesticides transfers at catchment scale

Les transferts latéraux de produits phytosanitaires en proche surface constituent une voie potentielle de contamination des eaux de surface dans certains contextes agro pédo climatique. L'objectif de cette thèse est d'apporter des éléments de connaissance et de compréhension de ces transferts. Un site viticole, dans le Nord Beaujolais, a ainsi été instrumenté avec une tranchée d'interception des écoulements latéraux, un canal Venturi et un réseau piézométrique. Cette instrumentation a ensuite été utilisée pour suivre les transferts latéraux et le ruissellement de produits phytosanitaires sur deux années viticoles. Enfin, une expérimentation de traçage in situ a été menée puis modélisée. Les résultats montrent une relation de seuil entre les volumes évènementiels d'écoulements latéraux captés, le degré de connectivité du versant, les volumes pluviométriques évènementiels, et l'humidité initiale du sol. La dynamique de transfert latéral des pesticides en proche surface s'est avérée très variable à l'échelle de l'évènement, mais en accord avec les propriétés physico chimiques des substances. À l'échelle de l'ensemble des évènements, les concentrations de ces produits dans l'écoulement latéral suivent une décroissance exponentielle temporelle. À l'échelle annuelle, la saisonnalité de l'écoulement latéral et du ruissellement semble expliquer la saisonnalité observée des transferts. L'expérimentation de traçage a permis d'identifier une composante préférentielle de l'écoulement latéral et une composante matricielle. La composante préférentielle a engendré des flux de substance significatifs et de concentrations élevées, mais fugaces. La composante matricielle a généré un flux de faible concentration, mais continu et de longue durée, qui a impliqué une contribution finale plus élevée que la composante préférentielle. Des liens explicatifs entre les propriétés des substances et ces composantes du transfert latéral ont pu être soulignés
Subsurface lateral flow may stand for a risky pathway in several agro pedo climatic contexts: in this way, the aim of this thesis work is to improve our understanding of pesticide transfer and dynamics by this pathway. A farmed vine plot, located on a hillslope in the Nord Beaujolais, was instrumented with a trench, a Venturi flume and a shallow groundwater well network. The instrumentation was used during two farming years to continuously monitor pesticide transfers in both subsurface lateral flows and surface runoff at a fine temporal resolution. Lastly, an in situ tracing experiment was conducted and modeled. Hydrological results highlighted a threshold relationship between subsurface lateral flow volumes measured in the trench, the degree of lateral connectivity of the hillslope, rainfall amounts and initial soil water content. The dynamics of these transfers was very variable at the event scale, and in agreement with the physico chemical properties of the substances. Considering all subsurface lateral flow events, pesticides concentrations were described using a decreasing exponential function depending on the time interval between a given event and the last application of the considered pesticides, and their physico chemical properties. At the year scale, the seasonality of pesticide transfers seemed related with the seasonality of subsurface lateral flow and surface runoff. The tracing experiment highlighted two components in subsurface lateral flow: a matrix related one and a preferential related flow component. The preferential component implied short, highly concentrated and significant lateral fluxes. Matrix related component produced continuous and slightly concentrated fluxes over a long period, and was responsible for a bigger part of the total transfer than the preferential component. Links between substance properties and transfer components were highlighted

L'objectif de cette thèse est d'essayer de déterminer la pratique viticole d'entretien du sol des inter-rangs qui serait la moins polluante pour l'environnement. Pour cela, une étude a été mise en place afin de mettre en évidence une influence de cette pratique sur le transfert de produits phytosanitaires vers les eaux de drainage et sur le fonctionnement biologique du sol. Les investigations ont montré que la pratique culturale modifie les flux d'eaux drainés et la réponse hydrologique du sol à la pluie. Le transfert d'une molécule dépend essentiellement de ses caractéristiques physicochimiques et de son utilisation, son mode et sa date d'application, ainsi que le type de sol sur lequel elle est épandue. Une pollution des sols et des eaux de drainage de la modalité désherbée chimiquement est constatée. L'enherbement favorise l'infiltration de l'eau, et pourrait participer à la rétention et la biodégradation des pesticides dans la zone racinaire. Le désherbage chimique et le labour perturbent la vie microbienne et lombricienne tandis que l'enherbement favorise le développement des organismes (humidité, exsudats racinaires, matière organique). L'effet neurotoxique des insecticides et des fongicides mis en évidence au laboratoire n'est pas vérifié sur le terrain viticole. De la même façon, contrairement aux résultats apportés par l'expérimentation en conditions contrôlées, les lombriciens de la parcelle ne participent pas à la biotransformation des toxiques et ne semblent pas perturbés physiologiquement.

Les pesticides utilisés en agriculture posent aujourd’hui des problèmes avérés sur le plan sanitaire et environnemental. Malgré l’implication du monde agricole et l’apport de financements publics significatifs, les politiques publiques déployées depuis 40 ans en matière d’agri-environnement peinent à atteindre leurs objectifs, là où les systèmes de production durables développés en réaction au modèle productiviste s’avèrent probants mais marginaux. La transition vers des systèmes de production plus respectueux de l’environnement demeure ainsi un défi pour les pouvoirs publics et l’agriculture conventionnelle : comment s’organiser collectivement pour « sortir des phytos » ? A partir de l’exemple d’un dispositif expérimental visant la suppression des herbicides en viticulture et initié par des professionnels de la filière, la thèse propose de réinterroger, par le prisme d’une sociologie de l’action, la capacité d’innovation du monde agricole et de réaction des pouvoirs publics en matière d’agri-environnement, en prenant comme clé de lecture l’analyse de l’action collective professionnelle se développant en-deçà des dispositifs institués d’action publique. La thèse montre que, dans de telles conditions, les objets, les mobiles et les collectifs de l’action environnementale ont pour propriétés d’être hétérogènes, équivoques, variables et flexibles, tout au long de leur mise en débat. Qu’il s’agisse des solutions alternatives mises en œuvre ou de leurs capacités de transfert, la pluralité et la variation des situations soulignent une impossibilité de standardisation, susceptible d’appeler des réponses institutionnelles différenciées pour un même problème d’environnement
Pesticides used in agriculture are a known environmental problematic fact. Despite the involvement of agriculture and the contribution of significant public funding, agri-environmental public policies deployed for over 40 years struggle to achieve their goals, where sustainable production systems remain convincing but marginal. Faced with this context, designing and spreading alternative techniques to chemicals remains a challenge for government and professionals. From case of a professional project aiming at removing herbicides in the South West of France vineyards, this thesis proposes to re-examine, through the prism of a sociology that pay attention to action (less than actors), the innovation capacity of agriculture and the responsiveness of public authorities about agri-environment, focusing on the analysis of professional collective action as a way of regulating environmental public issues, and considering its development out, in parallel, upstream or below established public policies offer. The research shows that in such conditions, objects, mobiles and collectives comprised by environmental action are heterogeneous, ambiguous, variable and flexible, throughout their discussions. Plurality and change situations emphasize as much unpredictability of collective action that impossibility of standardization, that are likely to call (on the contrary) differentiated institutional responses to the same environmental problem

L’utilisation excessive de pesticides engendre des pollutions et des dégradations importantes de l’environnement y compris sur les écosystèmes aquatiques. L’activité viticole ne fait pas exception à cette règle, et c’est pour cette raison que ce travail de thèse s’est intéressé aux réponses adaptatives ou délétères aux premiers stades de vie de poissons exposés à trois produits phytosanitaires utilisés en viticulture ainsi qu’à leur mélange et à des échantillons environnementaux. La thèse s’intéresse aux stades précoces de développement de la truite arc-en-ciel, mais également à la lignée cellulaire de foie de truite RTL-W1. Les embryons de truite ont été exposés au cuivre, au glyphosate et au chlorpyrifos seuls ou en mélange. Une autre partie de ce travail a consisté à étudier les effets toxiques des échantillons environnementaux d’eau et de sédiment provenant d’un cours d’eau, La Livenne, à proximité de parcelles viticoles. Toutes les expériences ont été faites en conditions contrôlées de laboratoire. Les réponses induites par ces expositions ont été mesurées à différents niveaux d’organisation biologique : au niveau moléculaire, phénotypique et comportemental pour l’étude in vivo (larves de la truite arc-en-ciel) ; et l’analyse des effets cytotoxiques de l’induction des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et des dommages à l’ADN pour l’étude in vitro (lignée RTL-W1). Les résultats de ce travail ont montré que l’exposition aux pesticides individuels, ou en mélange, chez les larves de truites arc-en-ciel n’a pas produit d’effets létaux aux concentrations testés. En revanche, ces substances ont provoqués différents effets sub-létaux, selon le composé et les concentrations étudiés, dont des effets tératogènes, des perturbations du comportement natatoire, des effets génotoxiques et l’expression différentielle de gènes cibles. Le cuivre s’est avéré le plus toxique provoquant un échec d’éclosion important. Des effets cytotoxiques et une production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) ont été observés sur cellules de truite exposées à des extraits d’eau de rivière. Par ailleurs, des effets comportementaux ont été observés sur les larves de truites exposées pendant 48 h à des sédiments et de l’eau de la Livenne. En conclusion, ces travaux de thèse ont mis en évidence des effets sub-létaux sur les cellules et les stades précoces de développement de truite arc-en-ciel exposés à des concentrations environnementales de pesticides utilisés en viticulture
The excessive use of pesticides generates significant pollution and degradation of the environment, including aquatic ecosystems. The viticultural activity is not an exception for this rule, and this is why the aim of this work is to study the adaptive or deleterious responses in the early life stages of fish exposed to three phytosanitary products used in viticulture as well as to their mixture and environmental samples. The thesis focuses on the early stages of development of rainbow trout, but also on the trout liver cell line RTL-W1. Trout embryos were exposed to copper, glyphosate and chlorpyrifos alone or as a mixture. Another part of this work consisted in studying the toxic effects of environmental samples of water and sediment coming from a river, La Livenne, close to vineyard plots. All experiments were done under controlled laboratory conditions. The responses induced by these exposures were measured at different levels of biological organization: at the molecular, phenotypic and behavioral level for the in vivo study (rainbow trout larvae); and the analysis of cytotoxic effects and induction of reactive oxygen species (ROS) and DNA damage for the in vitro study (RTL-W1 line). The results of this work showed that exposure to individual or mixed pesticides in rainbow trout larvae did not produce lethal effects at the tested concentrations. In contrast, these substances caused different sub-lethal effects, depending on the compound and concentrations studied, including teratogenic effects, swim behavior disturbances, genotoxic effects, and differential expression of target genes. Copper was found to be the most toxic causing a major hatching failure. Cytotoxic effects and production of reactive oxygen species (ROS) were observed on trout cells exposed to river water extracts. In addition, behavioral effects were observed on trout larvae exposed for 48 h to sediments and Livenne water. In conclusion, these thesis studies revealed sub-lethal effects on cells and early stages of development of rainbow trout exposed to environmental concentrations of pesticides

La pollution atmosphérique par les pesticides issus de la viticulture est un problème environnemental majeur affectant aussi bien la santé humaine que l'équilibre des écosystèmes. La modélisation de la dispersion atmosphérique et l'usage des systèmes d'information géographique peuvent permettre de quantifier spatialement la pollution atmosphérique sur le territoire. Cette thèse est fondée sur le couplage d'un modèle de dispersion atmosphérique des pesticides et d'un système d'information géographique, destiné à prédire et cartographier la pollution atmosphérique après les traitements phyto-sanitaires. L'introduction des modèles numériques de terrains et des changements d'échelle dans la modélisation à complexité réduite sont présentés et illustrés. La plateforme de simulation numérique découlant du couplage prend la forme d'un plugin au logiciel Quantum GIS, explorant ainsi le potentiel des SIG libres dans l'implémentation de modèles physiques complexes. La plateforme est finalement utilisée sur un bassin versant viticole du Sud de la France, et un scénario d'analyse des risques de pollution est proposé
Atmospheric pollution due to agricultural pesticide for viticulture is a major concern today, regarding both public health, sustainable agriculture and ecosystems quality monitoring. Atmospheric dispersion modeling and the use of geographic information systems allow us to spatially quantify the atmospheric pollution on a given area. This thesis is based on the coupling of an atmospheric dispersion model and a geographic information system, in order to predict and map atmospheric pollution after pesticide spraying applications. Implementations of digital elevation models and scale changes into the reduced order modeling are described and illustrated. The resulting simulation platform is presented as a Quantum GIS software plugin, thus exploring the Open Source GIS capabilities to implement complex physical models. The platform is finally used on a typical Souther French wine-growing area, and a pollution risk analysis scenario is proposed

Dans le cadre de la promotion d'une viticulture durable, le développement d'alternatives écologiques à l’utilisation de pesticides de synthèse pour le contrôle des maladies de la vigne (Vitis vinifera) gagne en importance. Une des méthodes de bio-contrôle proposée est l'induction de l'immunité des plantes par l’application de substances biodégradables, non toxiques pour la santé et l'environnement, appelées éliciteurs ou stimulateurs de défense des plantes (SDP). La résistance conférée contre divers agents pathogènes peut être obtenue grâce à l’emploi de molécules utilisant le plus fréquemment les voies de signalisation de l'acide jasmonique (JA), de l'acide salicylique (SA) et/ou de l'éthylène (ET). De telles voies peuvent déclencher l'induction de gènes liés à la défense tels ceux codant des enzymes responsables de la biosynthèse des stilbènes, des métabolites phénoliques antimicrobiens parmi les plus importants des Vitacées. Au vignoble, pour contrôler les maladies, les éliciteurs peuvent être appliqués en complément des pesticides de synthèse et non en remplacement total car leur efficacité est souvent variable selon les agents pathogènes et les conditions environnementales. Afin de développer leur utilisation, des études supplémentaires qui pourraient notamment élucider leur mécanisme d'action sont nécessaires. L’objectif de cette thèse était d'étudier les réponses de la vigne à des éliciteurs de différents modes d'action, comme le jasmonate de méthyle (MeJA), impliqué dans la voie de signalisation du JA, l’acide S-méthyl ester 2,1,3-benzothiadiazole-7-carbothioïque (BTH), un analogue synthétique du SA, des phosphonates (PHOS), molécules à double action stimulateur-fongicide. Le profil des stéroïdes et des triterpénoïdes pentacycliques a été caractérisé par des analyses en chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Dans un premier temps, l'effet éliciteur du MeJA a été évalué dans des suspensions cellulaires (in vitro) de plusieurs cultivars de V. vinifera. Une surproduction de triterpénoïdes pentacycliques a été observée avec des différences selon la variété considérée : induction de l’accumulation de la bétuline et de l'acide oléanolique ou des phytostérols pour le Petit Verdot, le Gamay Teinturier) et le Cabernet Sauvignon, respectivement. Puis les élicitations ont été effectuées au niveau des feuilles de boutures de serre de V. vinifera cv. Cabernet Sauvignon. Un effet stimulant sur les triterpénoïdes pentacycliques liés à la défense a été démontré au détriment de la biosynthèse des stérols, composants structurels essentiels des membranes cellulaires. Par l’utilisation de puces NeoVigen et la chromatographie liquide à ultra haute performance couplée à la spectrométrie de masse (UHPLC-MS), l’induction de l’expression de gènes liés à la défense et l'accumulation de polyphénols (stilbènes, flavanols et flavonols) ont été notées suite aux trois traitements éliciteurs. La protection de la vigne conférée par les éliciteurs a été confirmée par des biotests sur disques foliaires inoculés par l’oomycète biotrophe Plasmopara viticola, l’agent responsable du mildiou. Par ailleurs, il est important d’avoir connaissance de l’impact des éliciteurs sur le métabolisme général afin d'obtenir l’effet optimal entre croissance, rendement et défense. Ainsi, une approche métabolomique utilisant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire du proton (RMN 1H) a été menée. Une reprogrammation similaire et/ou spécifique selon l'éliciteur considéré a été notée en particulier au niveau des glucides, des acides aminés et de certains intermédiaires du cycle de Krebs. Les recherches présentées dans cette thèse, démontrent que la compréhension approfondie de l'interaction entre l'éliciteur, les réponses moléculaires et métaboliques de la plante et le pathogène, est cruciale pour le développement de stratégies de protection efficaces basées sur l'utilisation des SDP pour contrôler les maladies de la vigne
In the frame of promoting sustainable vitiviniculture, the development of eco-friendly alternatives to synthetic chemical products for phytosanitary treatments against grapevine (Vitis vinifera) pests is gaining importance. One of the bio-control methods that can be proposed is the induction of plant immunity by using elicitors, also called plant defense stimulators (PDS), as these substances are biodegradable and, non-toxic to health and environment. A conferred resistance against various pathogens can be obtained with natural molecules acting most frequently through jasmonic acid (JA), salicylic acid (SA), and/or ethylene (ET) signaling pathways. These pathways are involved in the induction of defense-related genes such as those encoding enzymes responsible for the biosynthesis of stilbenes, which are the most important polyphenolic antimicrobial metabolites (phytoalexins) in Vitaceae. For vineyard protection, PDS can be applied as a complement for pesticides and not as a full replacement since their effectiveness is often variable according to pathogens and environmental conditions. In order to develop the strategies based on PDS use, more studies which could elucidate their mechanism of action are needed. The aim of this thesis was to examine the responses of grapevine to elicitors of different mode of action, as methyl jasmonate (MeJA), implicated in JA signaling pathway, 2,1,3-benzothiadiazole-7-carbothioic acid S-methyl ester (BTH), a synthetic analogue of SA, and phosphonates (PHOS), molecules of a double stimulator-fungicide action. Due to scarce information about steroids and pentacyclic triterpenoids in grapevine, their profile after PDS treatment were characterized in different grapevine experimental models using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analyses. Firstly, the effect of elicitation with MeJA was evaluated in cell suspension cultures (in vitro) of V. vinifera. An overproduction of bioactive pentacyclic triterpenoids occurred with differences according to the cultivar studied, i.e., acumulation of betulin and oleanolic acid or phytosterols was noted in respectively Petit Verdot, Gamay Teinturier and Cabernet Sauvignon cell suspension cultures. Then, elicitations were effectuated on the leaves of V. vinifera cv. Cabernet Sauvignon greenhouse cuttings. A stimulatory effect on the potentially defense-related pentacyclic triterpenoids at the expense of the biosynthesis of sterols, which are essential structural components of cell membranes, was shown. By the use of NeoVigen microarrays, and ultra-performance liquid chromatography-mass spectrometry (UHPLC-MS), the accumulation of defense-related transcripts and polyphenols (stilbenes, flavanols and flavonols) were noted after the three elicitors treatments. Grapevine protection conferred by these elicitors was confirmed on foliar discs against the biotrophic oomycete Plasmopara viticola, the causal agent of downy mildew. Furthermore, the impact of PDS on primary metabolism should be evaluated in order to ensure, in the longer term, the best trade-off between growth, yield and defense. Thus, a thorough metabolomic approach using proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR) was performed. A reprogramming similar and/or specific to the elicitor applied was noted, particularly within carbohydrates, amino acids, and some of the Krebs cycle intermediates. The research presented in the current dissertation revealed that the thorough comprehension of the interaction between elicitor, plant molecular and metabolic responses and pathogen, is crucial for the development of effective protection strategies based on the use of PDS for grapevine diseases control

Afin d’accompagner les acteurs des filières viticoles, notamment d’AOC, dans la nécessaire amélioration de l’éco-efficience de leurs produits, nous avons voulu identifier dans quelles conditions l’Analyse du Cycle de Vie est une méthode appropriée à l'évaluation environnementale des itinéraires techniques viticoles (ITKv) de production de raisins de qualité, à l’échelle parcellaire, afin de pouvoir choisir les plus performants. Pour établir et tester un cadre méthodologique de l’ACV, adapté à cet objectif, des ITKv réels et variés visant un même objectif qualitatif sont nécessaires. Nous proposons ici une chaîne de traitement d’enquête originale, Typ-iti, qui permet le choix de cas réels représentant chaque groupe. Cinq groupes ont ainsi été identifiés parmi les ITKv de production de raisins de Chenin blanc pour vins blancs secs d’AOC en Moyenne Vallée de la Loire, dont trois en viticulture conventionnelle et deux en viticulture biologique. Cinq cas réels ont été choisis pour les représenter. L’ACV est ici déclinée pour la viticulture sur la base de ces cinq cas, par l’établissement d’un cadre méthodologique qui comprend : i) la définition de limites du système incluant les phases non productives et productives, ii) le choix des modèles disponibles les plus pertinents, pour le calcul des émissions directes de polluants à la vigne, iii) l’adaptation fine du modèle d’émissions de pesticides organiques Pest LCI 2.0 aux spécificités viticoles, iv) la proposition et le test d’unités fonctionnelles basées sur un indicateur de qualité du raisin original permettant la prise en compte de la qualité dans les ACV de raisins destinés à la production de vins de qualité. L’ACV a révélé, à l’échelle parcellaire, i) des éco-efficiences contrastées pour les cinq ITKv contrastés, ii) les pratiques responsables de ces contrastes, iii) des solutions d’amélioration et leurs effets quantifiés sur les performances environnementales. La généricité des résultats de ces cas aux groupes qu’ils représentent varie selon l’homogénéité des groupes et avec les catégories d’impacts selon qu’elles sont, ou non, conditionnées par le milieu. L’effet important du millésime sur les résultats, mis en évidence ici sur un cas, mérite d’être pris en compte dans toute ACV viticole. De nombreuses perspectives d’améliorations méthodologiques sont discutées ici pour accroître la pertinence et la complétude des résultats ainsi que la généricité de la méthode et pour son application auprès d’acteurs du développement des filières viticoles
In order to contribute to the effort of eco-efficiency improvement of the wine sctor, especially in the Protected Denomination of Origin (PDO) contaxt, we worked to identify in which conditions Life Cycle Assessment (LCA) is an appropriate method for environmental assessment, at plot scale, of quality vineyard Technical Management Routes (TMRs), to permit the choice of the most eco-efficient technical operations and TMRs.A methodological framework for LCA suited to this objective was designed and tested on five real and contrasted TMRs, oriented towards a same qualitative objective. These cases were chosen thanks to an original statistical analysis chain, Typ-iti, on the basis of a survey, among the TMRs producing Chenin blanc grapes for PDO dry white wines in the Middle Lore Valley. Five groups were identified and characterized, threee in conventional viticulture, and two in organic viticulture.The methodological framework that was established includes i) the studied system definition including productive and non-productive phases, ii) the choice of the most suitable and available models for calculation of pollutant direct emissions in the vineyard, iii) the customization of the organic pesticide emision calculation model, Pest LCI 2.0, to viticulture specific needs iv) the inclusion of grape quality in the LCA by two functional units including an original grape quality index.LCA proves to be a method complex but powerful, usable at parcel scale for grape production TMRs choice. It revealed i) contrasted eco-efficiencies for the 5 contrasted TMRs, ii) the viticultural practices responsible for these contrasts, iii) solutions for eco-efficiency improvement and quantification of their eco-efficiency effects.The important effect of the production year on the results, highlighted here on one case, must be taken into account in any viticulture LCA. Numerous perspectives of methodological improvement are discussed here in order to increase relevance and completeness of the results as well as genericity of the method and its accessibility for viticulture development stakeholders

Molte attività antropiche danno origine a problemi ambientali per i quali è necessario trovare soluzioni. La presenza di sostanze indesiderabili nell'acqua, infatti, può rappresentare un rischio per la salute e l'igiene sia degli uomini che degli animali. È quindi fondamentale trovare metodi per evitare gli inquinanti di queste matrici, in modo da renderli compatibili con il mantenimento di condizioni ambientali adeguate e salutari. Questa tesi si propone di valutare la qualità delle acque sotterranee di un'area in cui la qualità dell'acqua non è mai stata studiata, in particolare indagando la presenza di pesticidi e nitrati al fine di comprendere l’impatto della viticoltura sull'inquinamento delle acque sotterranee. Questo studio nasce dalla necessità di migliorare la governance delle acque e di implementare le migliori pratiche di gestione e misure di mitigazione per prevenire l'inquinamento delle acque e quello ambientale. I risultati degli studi di monitoraggio hanno mostrato una contaminazione delle acque sotterranee da parte di pesticidi e nitrati e quindi è stata effettuata una valutazione della fonte di contaminazione da pesticidi e nitrati attraverso studi isotopici di N e O di NO3-, e attraverso analisi idrologiche utilizzando il modello CRITERIA 3D. Come una delle principali conclusioni del lavoro si può affermare che la presenza di pesticidi nelle acque sotterranee in un’area ad attività vitivinicola intensa, non può essere correlata solo alle proprietà e al destino chimico-ambientale delle sostanze o alle condizioni pedoclimatiche, ma anche al comportamento dell'utilizzatore finale. In effetti, la fonte di contaminazione valutata, è risultata essere dovuta sia a una contaminazione diffusa che a una contaminazione puntiforme. Per quanto riguarda l'influenza della fertilizzazione a base di azoto sulla presenza di nitrati nelle acque sotterranee, i risultati hanno mostrato un'elevata vulnerabilità dell'acquifero ai cambiamenti esterni. Dalle indagini isotopiche è emerso che la maggior parte dell'NO3- rilevato nelle acque sotterranee, deriva dall'utilizzo di fertilizzanti azotati inorganici, in accordo con le pratiche di uso del suolo e di viticoltura dichiarate dagli agricoltori della zona. Il risultato più importante dello studio, tuttavia, è stato che alla fine del processo, l'approccio multi-actor e la strategia di coinvolgimento adottati, hanno avuto successo nel migliorare gli atteggiamenti verso pratiche più sostenibili.
Many anthropic activities give rise to environmental problems for which it is necessary to find solutions. The presence of undesirable substances in water, indeed, can pose a risk to the health and hygiene of both men and animals. It is, therefore, essential to find methods in order to avoid pollutants from these matrices, so as to make them compatible with the maintenance of healthy environmental conditions. This thesis aims to assessing the groundwater quality of an area in which the quality of water was never studied, particularly investigating the occurrence of pesticides and nitrate in order to understand the grant of viticulture on water pollution. This study derives from the necessity to improve the water governance and to implement the best management practices and mitigation measures to prevent groundwater and environmental pollution. The results of monitoring studies showed a contamination of groundwater by pesticides and nitrate and thus an evaluation of PPPs and nitrates source contamination was carried out through isotopic studies of N and O of NO3- , and through hydrologic analysis by use of the model CRITERIA 3D. As one of the main conclusions of the work, the occurrence of PPPs in groundwater in areas with intensive viticultural activities cannot be related just to chemical environmental fate properties or pedoclimatic conditions, but also to end-user behavior. In fact, the contamination source evaluated, resulted to be due to both diffuse and point-source contamination. For what concerns the influence of nitrogen-based fertilization on nitrate occurrence in groundwater, the results showed a high vulnerability of the aquifer to external changes. Isotopic investigations showed that most of the NO3- detected in the groundwater, derived from the use of inorganic nitrogen fertilizers, in agreement with the land use and viticulture practices declared by the farmers. The most important result of the study, however, was that at the end of the overall process, the multi-actor approach and engagement strategy adopted were successful in improving attitudes to more sustainable practices.

Molte attività antropiche danno origine a problemi ambientali per i quali è necessario trovare soluzioni. La presenza di sostanze indesiderabili nell'acqua, infatti, può rappresentare un rischio per la salute e l'igiene sia degli uomini che degli animali. È quindi fondamentale trovare metodi per evitare gli inquinanti di queste matrici, in modo da renderli compatibili con il mantenimento di condizioni ambientali adeguate e salutari. Questa tesi si propone di valutare la qualità delle acque sotterranee di un'area in cui la qualità dell'acqua non è mai stata studiata, in particolare indagando la presenza di pesticidi e nitrati al fine di comprendere l’impatto della viticoltura sull'inquinamento delle acque sotterranee. Questo studio nasce dalla necessità di migliorare la governance delle acque e di implementare le migliori pratiche di gestione e misure di mitigazione per prevenire l'inquinamento delle acque e quello ambientale. I risultati degli studi di monitoraggio hanno mostrato una contaminazione delle acque sotterranee da parte di pesticidi e nitrati e quindi è stata effettuata una valutazione della fonte di contaminazione da pesticidi e nitrati attraverso studi isotopici di N e O di NO3-, e attraverso analisi idrologiche utilizzando il modello CRITERIA 3D. Come una delle principali conclusioni del lavoro si può affermare che la presenza di pesticidi nelle acque sotterranee in un’area ad attività vitivinicola intensa, non può essere correlata solo alle proprietà e al destino chimico-ambientale delle sostanze o alle condizioni pedoclimatiche, ma anche al comportamento dell'utilizzatore finale. In effetti, la fonte di contaminazione valutata, è risultata essere dovuta sia a una contaminazione diffusa che a una contaminazione puntiforme. Per quanto riguarda l'influenza della fertilizzazione a base di azoto sulla presenza di nitrati nelle acque sotterranee, i risultati hanno mostrato un'elevata vulnerabilità dell'acquifero ai cambiamenti esterni. Dalle indagini isotopiche è emerso che la maggior parte dell'NO3- rilevato nelle acque sotterranee, deriva dall'utilizzo di fertilizzanti azotati inorganici, in accordo con le pratiche di uso del suolo e di viticoltura dichiarate dagli agricoltori della zona. Il risultato più importante dello studio, tuttavia, è stato che alla fine del processo, l'approccio multi-actor e la strategia di coinvolgimento adottati, hanno avuto successo nel migliorare gli atteggiamenti verso pratiche più sostenibili.
Many anthropic activities give rise to environmental problems for which it is necessary to find solutions. The presence of undesirable substances in water, indeed, can pose a risk to the health and hygiene of both men and animals. It is, therefore, essential to find methods in order to avoid pollutants from these matrices, so as to make them compatible with the maintenance of healthy environmental conditions. This thesis aims to assessing the groundwater quality of an area in which the quality of water was never studied, particularly investigating the occurrence of pesticides and nitrate in order to understand the grant of viticulture on water pollution. This study derives from the necessity to improve the water governance and to implement the best management practices and mitigation measures to prevent groundwater and environmental pollution. The results of monitoring studies showed a contamination of groundwater by pesticides and nitrate and thus an evaluation of PPPs and nitrates source contamination was carried out through isotopic studies of N and O of NO3- , and through hydrologic analysis by use of the model CRITERIA 3D. As one of the main conclusions of the work, the occurrence of PPPs in groundwater in areas with intensive viticultural activities cannot be related just to chemical environmental fate properties or pedoclimatic conditions, but also to end-user behavior. In fact, the contamination source evaluated, resulted to be due to both diffuse and point-source contamination. For what concerns the influence of nitrogen-based fertilization on nitrate occurrence in groundwater, the results showed a high vulnerability of the aquifer to external changes. Isotopic investigations showed that most of the NO3- detected in the groundwater, derived from the use of inorganic nitrogen fertilizers, in agreement with the land use and viticulture practices declared by the farmers. The most important result of the study, however, was that at the end of the overall process, the multi-actor approach and engagement strategy adopted were successful in improving attitudes to more sustainable practices.

M.Sc. (Zoology)
Viticulture is an important agricultural practice in many countries. The long term use of pesticides in vineyards has resulted in increased concentrations of such pollutants in sediments, water and other environmental compartments. Mitigation measures in agriculture, especially vineyard agriculture, are a prerequisite to the sustained integrity of the natural environment, and specifically the aquatic environment. Mitigation presents itself in the form of water bodies, riparian buffer strips, ground vegetation cover, grassed field paths, natural or artificial wetlands and modification of pesticide application rate. However, to our knowledge no studies exist which highlight the state of dams related to viticulture or the use of mitigation measures, in South Africa. The study aimed to quantify the cumulative risk posed to dams on wine farms and the effect of pesticides (fungicides, herbicides and insecticides) on aquatic ecosystems while evaluating the use of mitigation measures in South African viticulture. Epilithic diatom community structure assessment and frustule abnormalities; zooplankton and macroinvertebrate community structure assessment, and characterization of mitigation measures were carried out at nine representative study sites on wine farms in the Western Cape, South Africa. Pesticide risk assessment models PRIMET and PERPEST were employed to assess the risk that pesticides pose at each site from available data. The Relative Risk Model was used to assess the risk posed to identified Risk Regions. Different risk categories were observed across the sites from PRIMET and PERPEST, ranging from no risk to high risk for specific pesticides and relative risk among the risk regions was assessed. Diatom community structure displayed spatial and temporal variability between sites as well as observable diatom frustule abnormalities due to pesticide input. Zooplankton and macroinvertebrate communities displayed variability spatially as well as temporally and this was linked to the presence of pesticides confirming the predictions from PRIMET, PERPEST and the RRM.