Advancing emission and impact modeling for agricultural pesticides under tropical conditions, to improve scientific foundation of the environmental evaluation of tropical agri-food systems

Gentil Céline. 2020. Advancing emission and impact modeling for agricultural pesticides under tropical conditions, to improve scientific foundation of the environmental evaluation of tropical agri-food systems. Montpellier : Montpellier SupAgro, 226 p. Thèse de doctorat : Sciences agronomiques : Montpellier SupAgro

Titre français : Vers une meilleure modélisation des émissions et impacts des pesticides agricoles dans les conditions tropicales, afin d'améliorer l'évaluation des impacts environnementaux des systèmes agroalimentaires tropicaux dans le cadre de l'ACV

Encadrement : Basset-Mens, Claudine ; Fantke, Peter

Résumé : The use of pesticides in agriculture leads to environmental and human health impacts, particularly in tropical regions where pedoclimatic conditions favorable to pests and diseases, encourage their use all year round. Life Cycle Assessment (LCA), an ISO-standardized methodology is widely applied to quantify the environmental performance of agri-food systems but generally do not account properly for impacts due to pesticide applications. A bibliographic review identified the characteristics that determine pesticide emissions and related impacts under tropical conditions, and assessed to what extent Life Cycle Inventory (LCI) and Life Cycle Impact Assessment (LCIA) models need to be adapted to better account for these conditions. The main goal of the thesis was to advance emission and impact modeling for agricultural pesticides under tropical conditions for improving scientific foundation of the environmental evaluation of tropical agri-food systems. First, we identified with a sensitivity analysis on the pesticide emission model PestLCI Consensus, aspects that needed be developed in priority. Then, the initial emission distribution was refined by developing a consistent set of foliar interception fractions as function of crop characteristics and spraying techniques for crops grown under tropical conditions. In addition, based on a literature review, measures of drift from application methods were extracted from experimentations specifically conducted in tropical conditions. Thanks to these developments, a consistent set of pesticide emission fractions were provided for direct use by LCA practitioners. A consistent coupling of pesticide LCI-LCIA models was proposed for all agricultural contexts including human toxicity due to exposure to pesticide residues in crops. The proposition was tested successfully on an LCA of an open-field tomato produced in Martinique (French West Indies) by parametrizing the model to the local conditions. Moreover, to evaluate the environmental sustainability of agricultural practices a framework was proposed to account for ground cover management in the modeling of pesticide emissions. These methodological, scientific and operational advances constitute an important step toward a more reliable modeling of field pesticide emissions, including emission to the consumed part of the crop, and their consistent conversion into (eco)-toxicity impacts, as part of LCA for agri-food systems in tropical regions. To improve further the assessment of agricultural pesticides in LCA, especially for tropical conditions, a better consideration of rain-related processes in pesticide emission model is needed.

Résumé (autre langue) : L'utilisation des pesticides en agriculture a des impacts sur l'environnement et la santé humaine, en particulier dans les régions tropicales où les conditions pédoclimatiques favorables aux maladies et aux bio-agresseurs, motivent leur utilisation tout au long de l'année. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV), une méthodologie normalisée par l'ISO, est largement utilisée pour quantifier la performance environnementale des systèmes agroalimentaires mais la prise en compte des impacts liés aux pesticides y représente un défi majeur. Une analyse bibliographique a permis d'identifier les caractéristiques qui déterminent les émissions de pesticides et leurs impacts associés dans les conditions tropicales, et d'évaluer dans quelle mesure les modèles d'inventaire et d'évaluation de l'impact doivent être adaptés pour mieux tenir compte de ces conditions. Le principal objectif de cette thèse était d'aller vers une meilleure modélisation des émissions et impacts des pesticides agricoles dans les conditions tropicales afin d'améliorer les bases scientifiques de l'évaluation environnementale des systèmes agroalimentaires tropicaux. Tout d'abord, grâce à une analyse de sensibilité du modèle d'émission des pesticides PestLCI Consensus, nous avons identifié les aspects qui devraient être développés en priorité. Ensuite, la distribution initiale des émissions de pesticides a été affinée en développant un ensemble cohérent de fractions d'interception foliaire en fonction des caractéristiques de la culture et des techniques de pulvérisation pour les cultures tropicales. De plus, des mesures de la dérive due aux méthodes d'application utilisées ont été extraites d'expérimentation spécifiquement menées dans des conditions tropicales. Ainsi, un jeu de fractions d'émission de pesticides a été produit pour une utilisation directe par les praticiens de l'ACV. Un couplage cohérent des modèles d'émission et d'impact des pesticides a été proposé pour tous les contextes agricoles, incluant la toxicité humaine due à l'exposition aux résidus de pesticides dans les produits récoltés. La proposition a été testée de façon satisfaisante sur l'ACV de la production de tomate plein champ en Martinique (Antilles françaises) en paramétrant le modèle aux conditions locales. De plus, pour évaluer la durabilité environnementale des pratiques agricoles, la modélisation de la gestion de la couverture du sol dans le modèle d'émissions des pesticides a également été proposée. Ces progrès méthodologiques, scientifiques et opérationnels constituent une étape importante vers une modélisation plus fiable des émissions au champ de pesticides, y compris l'émission dans la partie consommée de la culture, et leur conversion cohérente en impacts d'(éco)toxicité, dans le cadre de l'ACV des systèmes agroalimentaires des régions tropicales. Pour améliorer encore l'évaluation des pesticides agricoles dans le cadre de l'ACV, en particulier pour les conditions tropicales, il est nécessaire de mieux prendre en compte les processus liés à la pluie dans le modèle d'émission des pesticides

Mots-clés Agrovoc : pesticide, analyse du cycle de vie, modélisation environnementale, systèmes agroalimentaires, zone tropicale, évaluation de l'impact, impact sur l'environnement, toxicité des pesticides

Mots-clés géographiques Agrovoc : Martinique, France

Classification Agris : H02 - Pesticides
P02 - Pollution
U30 - Méthodes de recherche

Agences de financement hors UE : Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement, Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie

Projets sur financement : (FRA) Projet Innovation pour l'Adaptation au Changement Climatique

Auteurs et affiliations

• Gentil Céline, CIRAD-PERSYST-UPR HortSys (MTQ)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/604873/)

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