Thèse Historique de l'Occupation des Sols Viticoles Impact sur la Contamination en Cuivre et en Pesticides Organiques H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Bordeaux École doctorale : Sciences et environnements Laboratoire de recherche : ISPA - Interaction Sol-Plante-Atmosphère Direction de la thèse : Frédéric FRAPPART ORCID 0000000246618274 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-27T23:59:59 L'historique de l'occupation des sols a un fort impact sur leurs propriétés physicochimiques. Les sols sols viticoles ont un historique de contamination en cuivre par la bouillie bordelaise et par les pesticides organiques conduisant à des risques d'écotoxicité. Concernant le cuivre, des travaux préliminaires couvrant une centaine de parcelles ont mis en évidence une relation linéaire entre la teneur en cuivre mesurée aujourd'hui dans l'horizon de surface des sols et le nombre d'années pendant lesquelles ces parcelles ont été conduites en viticulture.
L'Institut national de l'information géographique et forestière (IGN) met à disposition des photos aériennes à haute résolution spatiale (Les objectifs scientifiques de la thèse sont:
i) cartographier précisément l'occupation des sols et son évolution temporelle au cours des 80 à 100 dernières années pour déterminer précisément la durée pendant laquelle une parcelle a été couverte par un type de couvert spécifique,
ii) tester des relations entre concentration en contaminants et durée d'usage des sols pour réaliser une cartographie de la pollution/contamination potentielle des sols dus à certains usages. Cette approche pourra se faire pour des contaminants qui s'accumulent dans les sols tels que le cuivre. Elle pourra aussi être appliquée à des contaminants organiques très rémanents, ou d'autres propriétés du sol qui pourraient être impactées par l'historique d'usage
Le sujet de thèse comporte un volet cartographie à haute résolution spatiale de l'occupation des sols et un volet écotoxicologie consistant à établir des relations entre durée d'usage viticole et teneur en cuivre et en pesticides organiques (atrazine, lindane, DDT, ...) dans les sols.
Le volet cartographie consistera à identifier une méthodologie adaptée à l'identification précise des parcelles viticoles sur des photographies aériennes disponibles depuis les années 1930.
Après une phase de test sur le site atelier BACCHUS et la zone viticole de l'Entre-Deux Mers, elle sera étendue aux autres régions viticoles françaises.
L'objectif de la thèse est d'établir des cartes de dangers de présence de cuivre et de pesticides organiques, information importante pour la santé humaine et animale, en particulier en cas de changement d'usage des sols. Les sols ont été fortement transformés par leurs usages et leurs propriétés actuelles peuvent être le résultat de pratiques agricoles répétées (Paget et Simonet, 1994). Cependant, la méconnaissance de l'historique d'usage des sols est un frein à la compréhension des liens entre les propriétés physicochimiques des sols et leurs usages (Smith et al., 2016).

L'Institut national de l'information géographique et forestière (IGN) met à disposition des photos aériennes à haute résolution spatiale (
Ces photos aériennes anciennes, depuis 1930, ont été utilisées pour estimer sur un large panel de parcelles viticoles (plus de 100) au niveau national le nombre d'années pendant lesquelles ces parcelles ont été conduites en viticulture.

Les sols viticoles ont un historique de contamination important, notamment en cuivre. Depuis 1884 et la découverte de la bouillie bordelaise pour lutter contre le mildiou, des quantités importantes de cuivre ont été utilisées sur les sols viticoles, qui les ont accumulées dans leurs horizons de surface. Les sols viticoles présentent ainsi des concentrations très élevées en cuivre (Ballabio et al., 2018) conduisant à des risques d'écotoxicité (Pesce et al., 2025) . . L'accumulation du cuivre dans les premiers centimètres du sol (Brun et al., 2001, Pierdet, )et sa faible lixiviation est liée à sa capacité à se lier à la matière organique des sols (Manceau et Matynia, 2010).
Sur ces parcelles, une relation linéaire a été établie entre la teneur en cuivre mesurée aujourd'hui dans l'horizon de surface des sols et le nombre d'années pendant lesquelles ces parcelles ont été conduites en viticulture (Denaix et al., 2023). Le nombre d'années d'occupation des sols par de la vigne a été déterminé pour des parcelles individuelles par inspection visuelle, approche empirique très consommatrice de temps, peu fiable et difficilement utilisable sur un territoire.
Dans un contexte de recherche d'une meilleure connaissance de la santé des sols et de leur contamination, ce projet va chercher à relier la contamination actuelle des sols avec leur usages anciens. Les objectifs scientifiques consistent à:
i) cartographier précisément l'occupation des sols et son évolution temporelle au cours des 80 à 100 dernières années pour déterminer précisément la durée pendant laquelle une parcelle a été couverte par un type de couvert spécifique,

ii) tester des relations entre concentration en contaminants et durée d'usage des sols pour réaliser une cartographie de la pollution/contamination potentielle des sols dus à certains usages. Cette approche pourra se faire pour des contaminants qui s'accumulent dans les sols tels que le cuivre. Elle pourra aussi être appliquée à des contaminants organiques très rémanents, ou d'autres propriétés du sol qui pourraient être impactées par l'historique d'usage.

Cette cartographie sera ensuite étendue à l'échelle de territoires ou de régions viticoles. Ce sujet de thèse se situe à l'interface de trois disciplines: l'écotoxicologie, la télédétection et les méthodes numériques.

Le volet cartographie à haute résolution spatiale de l'occupation des sols comportera deux phases principales:

i)le choix d'une méthodologie adaptée de classification de l'occupation des sols à l'échelle de la parcelle qui permettra de classifier automatiquement les types d'occupation des sols et plus particulièrement des vignes. Différents types de méthodes seront évaluées: classifications non supervisées utilisant les textures d'Haralick (Haralick, 1979), particulièrement adaptées pour identifier des motifs comme les rangs de vigne, classifications supervisées par apprentissage machine (Machine Learning) ou par apprentissage profond (Deep Learning). Parmi ces dernières techniques, celles effectuant l'apprentissage sur un pixel et son voisinage comme celles basées sur les réseaux de neurones convolutifs (U-Net, FCN) (Kamilaris et Prenafeta-Boldu, 2018) ou sur les méthodes de vision par ordinateur (Vision Transformer), développées pour l'analyse des images médicales et ayant été utilisées avec succès des applications de cartographie du couvert forestier (Fayad et al., 2023; Wan et al., 2025), seront privilégiées. Une étape de validation permettra d'identifier les méthodes les plus adaptées à notre objectif. Elle sera effectuée grâce à des information d'occupation des sols et cadastrales fournies par l'IGN, le réseau parcellaire graphique (RPG) ou la carte annuelle d'occupation des sols OSO mise à disposition par le pôle thématique des surfaces continentales Théia sur les images aériennes récentes de l'IGN.

ii) la quantification de l'impact de la qualité des images sur les résultats de cartographie d'occupation des sols. Entre les années 1930 et nos jours, la qualité des photographies aériennes s'est grandement améliorée en terme de radiométrie et de résolution spatiale. L'utilisation d'images de moins bonne qualité aura un impact certain sur les performances des méthodes de classification retenues. Ne disposant de bases de données de référence d'occupation des sols avant les années 2000, la qualité des photographies aériennes actuelles sera dégradée ne termes de résolution spatiale par ré-échantillonnage et de radiométrie par ajout de bruit. Les meilleures méthodes identifiées en i) seront appliquées aux images dégradées afin d'évaluer l'évolution de leur performance en fonction de la dégradation de la qualité des images. La méthode permettant de garder le meilleur niveau de performance sur l'ensemble de la série de photographies aériennes sera retenue et appliquée à cette série.