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N°24 - Mars 2008

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Comment réduire les pollutions liées à l’usage des pesticides ?

Les produits peuvent se volatiliser d’une part au niveau de la surface des plantes et d’autre part, au niveau des sols traités par érosion éolienne. Ils peuvent également être entraînés par le ruissellement érosif dans les cours d’eau. Ces transports en surface ou en profondeur aboutissent à la contamination des eaux de surface et des nappes phréatiques. Certains pesticides se collent sur des poussières qui sont ensuite elles-mêmes entraînées par le vent. En présence de courants aériens, les distances parcourues peuvent alors atteindre plusieurs milliers de kilomètres. Des zones non ciblées ainsi que des villes sont ainsi contaminées par des pluies ou des brouillards pollués.

Il existe ainsi un véritable risque sanitaire chronique pour l’environnement et donc pour l’Homme et sa qualité de vie. Des études ont été initiées avec pour objectif d’identifier les paramètres conditionnant le devenir des pesticides.

Deux facteurs prépondérants dans la dispersion des pesticides : la taille et la vitesse des gouttes

Les caractéristiques des gouttes produites en sortie de buses au niveau des pulvérisateurs jouent un rôle déterminant sur le transport, le dépôt, la répartition et l’efficacité des traitements. La dérive des produits dépend principalement de la taille des gouttes pulvérisées. Ce phénomène d’ailleurs est particulièrement important lors des pulvérisations arboricoles et viticoles pour lesquelles les produits sont projetés vers des cibles verticales.

Les petites gouttes s’évaporent rapidement ou bien sont facilement transportées en dehors de la surface à traiter par le vent. A l’inverse, les grosses gouttes peuvent ruisseler le long de la végétation. Par ailleurs, des gouttes trop lentes peuvent être emportées par les masses d’air ou bien se déposer au sol avant d’atteindre la cible, alors que des gouttes possédant une énergie cinétique très importante auront tendance à rebondir sur la plante.

Lors de toute application, la difficulté consiste donc à trouver un compromis entre des pulvérisations de gouttes relativement fines permettant une couverture plus importante des surfaces traitées mais largement soumises à la dérive et des pulvérisations constituées de gouttes plus grosses conduisant à une répartition moins importante et à un éventuel ruissellement, mais induisant une dérive moindre.

Afin de mieux maîtriser l’épandage, il est impératif d’éviter la formation de gouttes fortement polluantes de par leurs caractéristiques. Pour y parvenir, l’élément majeur à prendre en compte est le phénomène de fragmentation du liquide en sortie de buse car il contribue directement à la composition du nuage de gouttes.

Une approche totalement novatrice...

Les enjeux d’une meilleure maîtrise de l’atomisation [4] apparaissent clairement. L’étude de ce phénomène peut être réalisée selon deux approches complémentaires : expérimentale ou numérique. Historiquement, la pulvérisation agricole a longtemps été abordée par le biais d’expérimentations qui ont permis d’aboutir à la constitution de bases de données. Cependant, ces études concernent essentiellement les régions avales du spray, les mesures par laser étant difficilement réalisables dans la zone d’atomisation en raison de la forte densité liquide présente. D’autre part, les modèles d’atomisation existants reposent pour la plupart sur un suivi Lagrangien des gouttes. Ce type d’approche présente des limitations : il s’accomode d’une hypothèse d’injection sous forme de parcelles liquides de tailles et d’angle d’injection donnés et ne prend donc pas en compte la dispersion initiale du liquide.

En conclusion, qu’il s’agisse d’études expérimentales ou théoriques, les méthodologies développées jusqu’ici se sont avèrées insuffisantes pour répondre à la problèmatique. Une nouvelle modélisation est utilisée ; elle repose sur un modèle de mélange basé sur une formulation Eulérienne, développé initialement dans le secteur automobile et inspiré de la modélisation des écoulements turbulents à masse volumique variable. L’objectif est de parvenir à modéliser le comportement du mélange air-liquide à la sortie des buses de pulvérisation réelles. Objectif très ambitieux, dans la mesure où il n’existe pas encore à l’heure actuelle de modèle complètement validé, sur des géométries simples ou complexes, permettant de prédire les caractéristiques d’un jet formé par l’atomisation d’un liquide. Une équation de transport pour la fraction massique de liquide permet d’obtenir la dispersion du liquide dans la phase gazeuse. Une taille moyenne pour les fragments liquides produits est quant à elle déterminée au moyen d’une équation pour la surface moyenne de l’interface liquide-gaz par unité de volume, dans laquelle sont pris en compte les mécanismes physiques de formation et de destruction de gouttes. La modélisation de la turbulence via le modèle aux tensions de Reynolds constitue une des originalités de l’approche mise en œuvre. Le modèle décrit précédemment a été implanté dans le code de calcul commercial Fluent et appliqué au cas d’une buse agricole représentative de celles utilisées sur le terrain. Des calculs numériques tridimensionnels de l’écoulement interne et externe d’une buse avec variation de paramètres d’utilisation ont été réalisés jusqu’à une distance d’environ un centimètre de la sortie, ce qui peut certainement être considéré comme une première.

Globalement, le modèle semble correctement reproduire le comportement réel de la buse de pulvérisation. Les résultats indiquent la formation d’un jet conique creux et soulignent la présence d’une importante zone de recirculation à l’intérieur de celui-ci, conformément aux observations expérimentales. De même, l’influence de la pression ou la présence de surfactants [5] conduit à des résultats cohérents. Les premières comparaisons avec une étude expérimentale réalisée dans la partie dense du spray à l’aide d’une sonde optique sont très encourageantes. Ainsi, les travaux effectués tendent à valider le modèle. Ils constituent une première étape, certes novatrice et prometteuse, mais qui demande à être approfondie. A terme, le couplage de cette modélisation avec un modèle d’atomisation secondaire permettra de décrire entièrement le jet jusqu’à sa cible et par suite de mieux anticiper le devenir des pesticides après leur application.