Les plantes à potentialité herbicide ont fait l'objet d'une étude bibliographique. Illustration avec Myrica gale et un de ses métabolites secondaires, la myrigalone A (ß-tricétone).

Existe-t-il d'autres outils que les herbicides chimiques et le désherbage mécanique pour lutter contre les adventices concurrençant les cultures ? Les bio-herbicides d'origine végétale sont une des « troisièmes voies » possibles.

Les bio-herbicides, un intérêt agronomique indéniable

Compétition cultures/adventices

En entrant en compétition avec les plantes cultivées, les adventices, dites aussi mauvaises herbes, font chuter les rendements, et causent ainsi d'importantes pertes économiques pour l'agriculture.

Les agriculteurs utilisent majoritairement des herbicides de synthèse, en pré- ou post-levée des cultures, pour combattre les adventices. Le système agricole français dépend de l'utilisation d'herbicides pour la plupart des cultures : désherbage de l'interrang pour la vigne et les arbres fruitiers, désherbage des céréales, etc. Cette dépendance rend difficile une potentielle transition vers des itinéraires techniques plus économes en herbicides. Pour cette raison, des herbicides d'origine végétale seraient une substitution adaptée pour un tel système agricole.

Volonté de sortir des herbicides de synthèse

Pour sortir de cette dépendance aux produits phytosanitaires, l'Europe a fixé une politique de réduction de l'usage des produits phytosanitaires d'origine chimique. C'est la première fois qu'un cadre européen est créé pour promouvoir une utilisation limitée et raisonnée des pesticides de synthèse. En France, le plan Écophyto, visant à réduire l'usage de pesticides de synthèse et promouvoir des méthodes alternatives, résulte de cette directive.

Cependant, la facilité d'utilisation et l'efficacité des herbicides de synthèse peuvent expliquer pourquoi le système agricole actuel dépend toujours de ce type d'intrants. Le glyphosate, renouvelé pour cinq ans par la Commission européenne en 2018, en est un exemple. L'absence de solutions alternatives en tant qu'herbicides systémiques et le faible prix du glyphosate sont deux des raisons expliquant son renouvellement.

Dans les années 1970, des premières études ont été menées en Amérique du Nord et en Asie sur le développement d'herbicides d'origine naturelle (Regnault-Roger et al., 2008). Depuis, les travaux scientifiques visant à développer des molécules bio-herbicides se sont multipliés mais offrent tout de même peu de solutions concrètes pour les agriculteurs.

En effet, dans l'Index phytosanitaire Acta 2019 (rassemblant les substances actives utilisables en tant que biocides ou produits phytosanitaires), seules trois substances sont listées dans la partie biocontrôle comme bio-herbicides : l'acide pélargonique, l'acide acétique et le sulfate de fer. Les bio-herbicides ne devraient pas dépasser 5 % des produits de biocontrôle en 2035 (ministère de l'Agriculture et de l'Alimentation, 2017). Les bio-herbicides sont donc sous-représentés par rapport aux bio-insecticides et biofongicides. Pourtant, les substances herbicides de synthèse sont plus nombreuses que les substances actives fongicides ou insecticides.

Utilisation des bio-herbicides dans une démarche de protection intégrée

L'utilisation de métabolites secondaires d'extraits végétaux n'est pas aussi efficace que celle des herbicides de synthèse. En effet, leur rôle à l'état naturel est d'inhiber le développement des adventices avant le développement de la plante, plutôt que leur destruction totale.

Les produits de biocontrôle ne devraient donc pas être développés dans le but de « destruction totale » des adventices. En revanche, ces molécules pourraient être développées en vue de renforcer l'action d'autres moyens de lutte, chimiques ou mécaniques.

Un bio-herbicide d'origine végétale, par son efficacité variable, ne doit pas être employé seul, mais doit être incorporé dans un itinéraire dit « IPM » (integrated pest management) mettant en oeuvre plusieurs solutions agronomiques pour lutter contre les mauvaises herbes (Bailey, 2014).

Plantes bio-herbicides potentielles

Une vingtaine de plantes d'intérêt contenant des métabolites secondaires

Un tableau récapitulatif, réalisé après inspection de la bibliographie, a été établi dans le but de recenser les plantes ayant montré des effets allélopathiques sur différentes espèces de plantes considérées comme adventices (Tableau 1).

Parmi ces plantes identifiées dans la littérature, les brassicacées, les astéracées et les fabacées sont bien représentées. Cela est dû au nombre et à la variété de métabolites secondaires produits par ces familles de plantes. La composition chimique des métabolites secondaires est variable : terpènes contenus dans les huiles essentielles pour les astéracées, glucosinolates pour les brassicacées, acides phénoliques, hydroxamides et acide gras.

Ces métabolites secondaires au contact des adventices peuvent inhiber la germination de graines et/ou la croissance. Le mode d'action peut être antigerminatif ou antifoliaire. L'étude du mode d'action est importante pour l'utilisation d'un herbicide, notamment pour faciliter son positionnement technique et pour prévenir l'apparition de résistances. D'après les résultats de la bibliographie, les métabolites secondaires d'origine végétale ont majoritairement un effet antigerminatif et de contact.

Des plantes telles que Leucaena leucocephala contiennent une substance nommée mimosine ayant des effets antimitotiques forts (Xuan et al., 2006). La coumarine est une autre molécule citée dans différents ouvrages pour ces effets herbicides. On la retrouve dans Melilotus neapolitana et Avena sativa, notamment. La coumarine est connue pour son pouvoir inhibiteur de la germination ainsi que la croissance des plantes en agissant au niveau de la chaîne photosynthétique et respiratoire. Après un processus de sélection prenant en compte l'efficacité herbicide reportée dans les ouvrages trouvés, la toxicité et les données disponibles dans la littérature, l'espèce Myrica gale a été retenue comme plante la plus intéressante pour ses propriétés herbicides.

Développement d'un bio-herbicide avec l'extrait de Myrica gale

Disponibilité de la matière première végétale

Myrica gale (myricacées) est une plante de type arbuste à fleurs d'environ 50 cm de haut, présente dans l'ouest de l'Europe (de la Scandinavie jusqu'au Portugal) et en Amérique du Nord (Canada). En France, elle est essentiellement située sur la côte atlantique, surtout dans les landes de Gascogne, le Massif armoricain et la Sologne. Il faut noter qu'elle fait partie des espèces végétales protégées dans plusieurs régions : Basse-Normandie, Bourgogne, Centre-Val de Loire, Île-de-France, Pays de la Loire et Poitou-Charentes (Botineau, 2013).

Cet arbuste rustique, capable de résister à des températures allant jusqu'à -20 °C, est peu exigeant en termes de qualité de sol (s'adapte aux sols acides de type tourbière et pauvre en azote). Ses racines latérales vivent en symbiose avec une actinobactérie, Frankia alni, lui permettant la fixation de l'azote au niveau de la racine (Tavares et al., 1998 ; Popovici et al., 2010a). Le seul réel besoin de cette plante est un apport en eau régulier(1) ; elle se développe mieux en zones humides et ensoleillées.

Sa période de floraison est de mars à mai et sa période de récolte se situe entre avril et septembre. Le semis peut se réaliser au début du printemps (de février à avril) ou en automne (octobre/novembre) (Peronnet, 2011).

Elle est utilisée pour ses fruits depuis la Renaissance à la place du houblon pour aromatiser certaines bières, connues sous l'appellation de « bières de gruit ». Les feuilles de Myrica gale sont aussi utilisées en cuisine, dégageant un arôme très recherché et agréable (arôme de bois et de myrte). Enfin, ses fruits sont employés en tant qu'épices (Botineau, 2013).

Descriptif phytochimique de la plante et de ses métabolites secondaires

L'extrait de Myrica gale a montré d'importants effets phytotoxiques dus à sa composition en myrigalone A (Popovici et al., 2010). La littérature suggère que cette molécule inhibe la germination des graines et le développement des méristèmes radicaux empêchant la levée des adventices. Cet extrait de plante est caractérisé à plus de 80 %, dont la myrigalone A à 40 %, la myrigalone B à 20 % et l'uvangoletine à 20 %.

La myrigalone A : une tricétone végétale

La myrigalone est une molécule peu soluble dans l'eau, et d'après sa structure chimique, apolaire (Figure 1). C'est une des raisons expliquant que les extraits réalisés à partir de Myrica gale sont des extraits alcooliques.

La myrigalone A semble être fortement retenue par la matière organique du sol (Bertrand, 2018) (Tableau 2). Un projet de recherche nommé Tricetox, financé par l'Agence nationale de la recherche, vise à évaluer l'impact environnemental des herbicides ß-tricétones synthétiques et naturels.

Preuve d'efficacité et mécanisme d'action

L'efficacité de l'extrait végétal développé ou de la substance active doit être définie pour chaque espèce d'adventices ciblée. La sélectivité des molécules d'origine végétale est importante, leur toxicité peut varier si les adventices visées sont des graminées ou des dicotylédones. De plus, le moment d'application de la molécule végétale testée est primordial pour déterminer son efficacité et sa phytotoxicité potentielle sur la culture.

Sa toxicité est particulièrement importante pour les plantes du genre Fallopia. La biosynthèse des acides gibbérelliques est habituellement limitée aux tissus en croissance (allongement des cellules des entrenoeuds). La myrigalone A inhibe la production d'acide gibbérellique en ralentissant son métabolisme. Les faibles concentrations en acide gibbérellique ne permettent pas de dégrader l'endosperme des graines d'adventices. L'embryon contenu dans la graine ne parvient donc pas à casser cette barrière et les cotylédons n'émergent pas, la germination n'a donc pas lieu (Oracz et al., 2012 ; Popovici et al., 2010b).

Extrait alcoolique contenant la myrigalone A

Un extrait de Myrica gale est développé à partir des fruits, car leur utilisation n'entraîne pas la mort de la plante, contrairement à l'arrachage de l'appareil végétatif. Diverses méthodes d'extraction existent pour isoler des métabolites secondaires d'origine végétale. Pour Myrica gale, l'extraction peut être réalisée à l'aide d'un solvant alcoolique, comme le méthanol ou l'éthanol malgré les potentiels problèmes de toxicité liés à ces solvants.

Défis liés à la réglementation et preuve d'innocuité pour l'environnement et la santé

En Europe, les extraits de plantes sont soumis aux mêmes requis que les molécules de synthèse en termes d'innocuité pour la santé et l'environnement, ceux du règlement 283/2013 pour les substances actives et ceux du règlement 284/2013 pour les produits de protection des plantes.

Il existe cependant un terme pour désigner les produits d'origine végétale : les « botanicals ». Selon la définition européenne, c'est un ou plusieurs composés présents dans les plantes. Ils sont obtenus en soumettant les plantes, ou seulement certaines parties, à des procédés de pressage, broyage, distillation et extraction. Ces procédés peuvent être accompagnés de concentrations, purifications et mélanges, seulement si les molécules végétales ne sont pas modifiées/altérées chimiquement.

Un document (nommé « Guidance Botanicals ») publié par la Commission européenne en 2014 définit les termes liés aux plantes utilisables en protection des plantes et résume comment développer des extraits de plantes. Toutes les normes pour développer un produit de protection des plantes s'y trouvent : modalité de récolte des plantes, requis liés aux processus de fabrication, ou encore nécessité de caractérisations chimiques des extraits produits. Dans ce document, il est mentionné que les extraits de plante doivent être caractérisés de manière totale.

En effet, les molécules contenues dans ce type d'extrait sont diverses au niveau de leurs propriétés physico-chimiques, et donc de leurs toxicité et écotoxicité potentielles. L'extrait de Myrica gale, avec le processus de fabrication décrit précédemment, est caractérisé à 80 %. Les 20 % restants pourraient être des molécules toxiques. Une homologation d'extraits de Myrica gale non totalement caractérisé ne serait donc pas possible. De plus, il existe peu de données toxiques et écotoxiques sur la myrigalone A. Ce manque d'informations rendrait donc aussi difficile le développement unique de la molécule de myrigalone A.

La réglementation est, d'après le travail réalisé par les étudiants, le plus grand verrou pour développer des produits à base d'extraits végétaux. Il en existe cependant d'autres. Sous l'initiative de C. Bertrand, un projet nommé Transbio vise à évaluer, en plus de l'aspect réglementaire, les verrous au développement de produits de biocontrôle d'origine végétale (Bertrand, 2018).

Conclusion

La R&D réalisée pour développer des bio-herbicides d'origine végétale semble à l'heure actuelle déséquilibrée. En effet, on constate une récente augmentation du nombre de recherches scientifiques visant à tester l'effet herbicide de métabolites secondaires présents chez de nombreuses plantes. Le R de R&D est donc bien représenté. Cependant le D, pour développement, l'est beaucoup moins. En effet, la difficulté actuelle est d'utiliser les résultats de la recherche scientifique pour cibler les métabolites secondaires d'intérêts afin de les développer et de les rendre utilisables par les agriculteurs.

Leur développement (extrait ou molécule seule) se heurte à une réglementation stricte, à des défis techniques et industriels qui ne permettent pas de les développer de manière constante à grande échelle. Leur développement se heurte aussi au positionnement technique de ces molécules et au fait de transposer les effets observés du laboratoire au champ. Des progrès sont donc à faire pour accompagner la recherche afin de proposer un pipeline de produits d'origine végétale dans les années à venir.

(1) Un des noms vernaculaires de cette espèce en France est « myrte des marais » (NDLR).