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By anne-marie.dubois - Posted on 26 février 2016

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Expertises

Biogéochimie des contaminants organiques

 

418 654-2543

418 654-2600

pierre.lafrance@ete.inrs.ca

 

 

 


Intérêts de recherche

 

Les travaux du professeur Lafrance portent sur la biogéochimie des contaminants organiques (pesticides, hydrocarbures) dans le sol et l'eau souterraine de même que l'étude expérimentale et la modélisation des processus d'atténuation des contaminants (adsorption, dégradation), le transport des contaminants de sources diffuses et la vulnérabilité des eaux souterraines et la mobilisation des pesticides dans les sols.

 

Formation universitaire

 

M.Sc. A. Génie de l'environnement, École polytechnique de Montréal
Doctorat d'État ès sciences physiques, Université de Limoges, France

 

Activités scientifiques

 

Membre de l'Association québécoise des spécialistes en sciences du sol (AQSSS)
Membre du réseau Infrastructure de recherche pour le suivi HYdro-Météorologique APpliqué (Regroupement HYMAP) - Pôle Écohydrologie (agronomie, biologie et foresterie)

 

Projet récents

 

Efficacité de dispositifs végétalisés atténuateurs de la contamination de l'eau de surface par l’herbicide glyphosate et son produit de dégradation, l’AMPA, à l’échelle d’un sous-bassin hydrographique agricole de la rivière Bras d’Henri
Ces travaux concernent la finalisation du traitement des résultats du projet quadriennal ÉPBH (Évaluation des pratiques de gestion bénéfiques à l’échelle des bassins hydrographiques) d’Agriculture et Agroalimentaire Canada, et surtout la diffusion de ces résultats : présentations à des congrès nationaux et internationaux portant sur la protection des eaux de surface contre la contamination par les pesticides agricoles, et rédaction d’articles scientifiques résultant de ce projet de recherche, dans des revues multidisciplinaires traitant des sciences du sol, de la biogéochimie des contaminants organiques en milieux anthropisés et de la gestion des ressources eau/sol dans les agroécosystèmes.

 

Fonctionnement et rendement de procédés en écotechnologie et en ingénierie écologique pour limiter la contamination des eaux par les pesticides agricoles
Ces travaux visent à assurer la continuité d’une collaboration établie par le professeur Lafrance lors de son congé de ressourcement d’une durée de six mois ayant eu lieu en France de janvier à juin 2014. L’Institution d’accueil a été l’Irstea (Institut National de Recherche en Sciences et Technologies pour l’Environnement et l’Agriculture) et les Centres de Lyon et d’Antony ont été les deux points d’attache oeuvrant respectivement dans l’écotechnologie (bandes riveraines enherbées) et dans l’ingénierie écologique (zones humides tampons aménagées ou ZHTA) en milieu agricole. Ces deux domaines d’étude visent à limiter la contamination des eaux de surface et souterraines par les pesticides dans les agro-écosystèmes. Les domaines d’intérêt de ce séjour à l’Irstea ont été les suivants :

1- Centre de Lyon : Unité de recherche MALY : Milieux Aquatiques, Écologie et Pollutions; Équipe : Pollutions agricoles diffuses

  • Étude de la dissipation des phytosanitaires au sein des bassins versants.
  • Suivi combiné en conditions naturelles des paramètres liés à l’eau et aux phytosanitaires dans le sol et les hydrosystèmes (de petite taille).
  • Influence des zones tampons enherbées sur le transfert des phytosanitaires vers les eaux de surface et souterraines.

2- Centre d’Antony : Unité de recherche HBAN : Hydrosystèmes et Bioprocédés; Équipe TAPAHS : Transferts et Atténuation des Pollutions dans les AgroHydroSystèmes

  • Fonctionnement des ouvrages hydro-agricoles et des zones tampons.
  • Expérimentations in situ apportant les données nécessaires à la modélisation des processus, en lien avec les sols et les cycles des polluants dans les zones humides tampons artificielles (ZHTA).
  • Relations directes entre les parcelles agricoles, les zones tampons, et le milieu récepteur : évaluation et modélisation des apports de polluants.

Dans les deux cas, la coopération a porté sur la recherche/transfert concernant les zones tampons ou autre dispositif d’atténuation de la contamination des eaux, en limitant les pertes de composés phytosanitaires suite au ruissellement de surface, au drainage agricole ou naturel, aux écoulements préférentiels et aux écoulements souterrains latéraux (subsurface) vers les cours d’eau.

Les aspects pratiques des travaux réalisés à l’Irstea, et dont les résultats sont actuellement approfondis (travaux en cours ou prévus) sont principalement :

Volet 1 : Élaboration d'un protocole de suivi qui permet de mieux cerner la dynamique de transfert d'eau et de pesticides dans une nappe superficielle de versant, en se focalisant sur l'étude de l'influence de la présence d'une bande enherbée infiltrante sur la contamination de la nappe par les pesticides interceptés. Pour cela, nous avons eu recours à l'expérimentation en conditions « semi-contrôlées » de terrain via la réalisation d'une simulation de ruissellement au droit de la bande enherbée avec des pesticides et un traceur inerte et via la mise en place de stratégies de suivi hydrique et de soluté dans les eaux de surface et dans la nappe. Les taux de réduction des concentrations et flux de chaque pesticide ont été estimés dans le ruissellement et dans l'eau du sol percolant sous la bande, selon un gradient amont-aval. Un suivi dans la nappe sous la bande enherbée a été réalisé. Les travaux réalisés permettront d'évaluer la capacité de la bande à réduire les transferts liés à la fois : 1) aux pesticides infiltrés dans la parcelle cultivée située en amont de la bande enherbée et qui traversent la bande via des écoulements latéraux au sein de la nappe de versant; 2) aux pesticides transférés dans le ruissellement concentré qui sort de la parcelle cultivée et qui s'infiltre directement dans la bande enherbée.

Volet 2 : Re-démarrage d’une zone humide tampon artificielle ou ZHTA (marais épuratoire aménagé) à l’exutoire d’un bassin versant agricole drainé. Le captage des eaux drainées par la ZHTA avait été réalisé pour la saison agricole de l’année précédente. Les résultats d’évaluation entrée/sortie ont été obtenus. Cependant le devenir des pesticides est une question centrale de la recherche actuelle. Ce devenir est fortement lié aux propriétés des pesticides, au type de substrat et au temps de résidence au sein de la ZHTA. Dans les travaux en cours, un approfondissement de l’élucidation des mécanismes conditionnant le cycle des pesticides est requis afin d’améliorer la prise en compte des processus de dissipation dans ce type d’aménagement. Les travaux actuels et visés portent donc sur le partage des expertises en vue de hiérarchiser les processus d’atténuation et leur intégration dans un outil de modélisation du transport et de dissipation des pesticides dans la ZHTA (amélioration du rendement hydraulique et de l’efficacité épuratoire de la ZHTA elle-même).

 

Optimisation de l’efficacité de procédés d’oxydation avancée pour le traitement des eaux contenant des pesticides par les stations d’épuration
Ces travaux en cours sont menés en collaboration avec le professeur Patrick Drogui et portent sur l’évaluation de l’efficacité et l’optimisation de conditions opératoires de procédés d’oxydation avancée dans le but de décontaminer les eaux brutes et traitées chargées en pesticides lors du traitement des eaux usées municipales et industrielles par les stations d’épuration. La possibilité d’appliquer l’un de ces procédés à des eaux naturelles chargées en pesticides (de surface ou souterraine) in situ en milieu agricole, à l’aide d’unités portables, est également considérée à l’échelle de la potabilisation des eaux des petites collectivités rurales et/ou des agro-entreprises lors de leur traitement de produits agricoles. Le procédé étudié est de la classe de l’électro-photo-catalyse sous UV et sous radiation solaire et les herbicides traités seront l’atrazine (travaux en cours), le métolachlore, le glyphosate et son sous-produit de dégradation principal l’AMPA (travaux prévus). À l’intérieur de ce travail collaboratif en cours, le professeur Lafrance intervient au niveau des sources, des propriétés, du comportement, du devenir et des impacts biologiques des herbicides dans les agro-écosystèmes, à celui de la problématique écotoxicologique posée par les sous-produits de dégradation des herbicides formés lors de l’application du procédé d’oxydation, au temps de traitement qui détermine la hauteur des concentrations de ces sous-produits, ainsi qu’à celui de l’impact et de l’importance de variables liées à la composition des eaux à traiter, soit le niveau des concentrations en herbicides et la composition chimique des eaux dont la teneur en matière organique naturelle dissoute (acides humiques). Les objectifs sont ainsi non seulement l’optimisation des conditions opératoires du procédé afin d’en assurer la performance maximale de décontamination lors de traitement en milieu urbain des eaux usées municipales, mais également d’explorer l’application de ce procédé dans le cas d’eaux naturelles contaminées par les pesticides en milieu rural.

 

Transport de pesticides vers les hydrosystèmes et prévention des impacts environnementaux
Le programme de recherche porte sur l'influence des processus bio-physico-chimiques sur le devenir et le transport de contaminants organiques dans le sol et l'eau souterraine. Une meilleure connaissance de ces processus affectant le destin de contaminants (pesticides, hydrocarbures) dans l'environnement sol/eau est un pré-requis nécessaire pour l'application de toute démarche de prévision (modélisation du transport), de prévention (développement et application d'outils de gestion des ressources) et de traitement (écotechnologie et ingénierie écologique) des contaminations d'eaux souterraines ou d'eaux de surface. Les objectifs du programme se traduisent à deux niveaux, l'un fondamental et l'autre appliqué : i) compréhension des processus d'atténuation (mobilité et persistance) des contaminants dans le sol; ii) application des connaissances à l'élaboration de méthodologies d'évaluation des risques et des impacts des contaminations. Les travaux ont pour objet : 1) d'approfondir la compréhension des processus responsables de l'apparition des contaminations par des sources diffuses (évolution et caractérisation). Ils contribueront ainsi à la prédiction du destin des contaminants (pesticides en milieu agricole) dans les ressources sol/eau; 2) d'appliquer ces connaissances acquises et futures à la biogéochimie et au traitement des contaminations ponctuelles, c'est-à-dire la biodisponibilité des hydrocarbures lourds fortement adsorbés au sol; et 3) d'appliquer ces connaissances acquises et futures à la quantification des performances environnementales de certaines pratiques de gestion bénéfiques (PGB) appliquées en zones de culture intensives.

 

Efficacité de dispositifs végétalisés atténuateurs de la contamination de l'eau de surface par l’herbicide glyphosate et son produit de dégradation, l’AMPA, à l’échelle d’un sous-bassin hydrographique agricole de la rivière Bras d’Henri
Dans le cadre du programme national « Évaluation des pratiques de gestion bénéfiques à l’échelle des bassins hydrographiques (ÉPBH) », un programme de recherche mené par Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), a été implanté au Québec dans un sous-bassin hydrographique de la rivière Bras d’Henri. Un des projets ayant débuté en 2009 visait à mieux comprendre le comportement et le destin de l’herbicide glyphosate et de son produit de dégradation, l’AMPA, en présence de dispositifs végétalisés atténuateurs. En tant que co-responsable de ce projet quadriennal, ma contribution a été de participer à la conception et au déroulement du projet et d’élaborer des rapports scientifiques annuels s’appuyant sur des analyses de glyphosate et d’AMPA faites sur des échantillons d’eau et de sols récoltés entre 2009 et 2012. Les réalisations annuelles incluent : i) une analyse de l’efficacité des dispositifs végétalisés atténuateurs; ii) l’élaboration des principales conclusions du projet; et iii) l’identification des prochaines étapes logiques à entreprendre par la recherche afin d’appuyer et de faciliter le développement et l’application de telles pratiques de gestion bénéfiques (PGB). Un rapport-synthèse (2009-2012) a ainsi permis de démontrer les performances réelles des principaux dispositifs végétalisés atténuateurs que sont les : 1) bandes riveraines enherbées naturelles; 2) bandes riveraines anthropisées (implantation d’arbustes et revégétalisation des berges des cours d’eau); et 3) voie d’eau engazonnée. Ce rapport-synthèse quadriennal fait état de conclusions prospectives et de recommandations pour les recherches futures requises afin d’optimiser l’efficacité de telles PGB pour la protection des eaux de surface contre la contamination par les pesticides agricoles.

 

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