Le glyphosate et ses formulations : ses propriétés et son utilisation

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Le glyphosate et ses formulations : ses propriétés et son utilisation

La découverte du glyphosate et de son mode d’action dans la plante

Le glyphosate, ou N-phosphonométhyl glycine, est un herbicide dérivé d’un acide aminé, la glycine, appartenant à la famille des aminophosphates (revues par Malik et al., 1989; Maroni et al., 2000). Il fut découvert en 1970 par un groupe de scientifiques de l’entreprise Monsanto et a été commercialisé pour la première fois en 1974 sous l’appellation Roundup (revue par Williams et al., 2000). La découverte de l’activité herbicide du glyphosate n’est pas le fruit du hasard; l’équipe de chercheurs avait remarqué une faible activité herbicide en présence de composés chimiquement proches du glyphosate et avait de ce fait mis en place une stratégie de synthèse en cherchant à améliorer l’activité herbicide (Alibhai & Stallings, 2001). Le glyphosate est un acide faible anionique, sa formule chimique est la suivante : HOCCH2NCH2P OH
Le glyphosate est absorbé par la plante au niveau des feuilles puis est rapidement véhiculé par la sève jusqu’à l’extrémité des racines et rhizomes (revues par Smith & Oehme, 1992; Solomon & Thompson, 2003). Son adsorption directe par les racines est très faible en raison de sa forte rétention par le sol (revues par Smith & Oehme, 1992; Solomon & Thompson, 2003). Le caractère non sélectif de l’activité herbicide du glyphosate a particulièrement séduit les chercheurs et sa découverte a été suivie par de multiples études biochimiques visant à élucider le mécanisme d’action de la substance. C’est ainsi qu’en 1980, la cible du glyphosate fut identifiée; il s’agit d’une enzyme, la 5-énolpyruvylshikimate-3-3phosphonate synthase (EPSPS), essentielle à la voie de synthèse des acides aminés aromatiques (Alibhai & Stallings, 2001; revue par Solomon & Thompson, 2003). Cette enzyme est majoritairement située dans les chloroplastes (revue par Blackburn & Boutin, 2003). À ce titre, il est important de noter que de faibles concentrations de glyphosate donnent de meilleurs résultats que de fortes concentrations quant à leur effet herbicide. En effet, s’il est appliqué à de fortes concentrations, le glyphosate tue les tissus avec lesquels il est en contact avant d’être transloqué jusqu’à sa cible. En revanche, de faibles concentrations maintiennent les fonctions de transport interne, au sein de la plante, intactes et permettent à l’herbicide d’atteindre les racines (revue par Blackburn & Boutin, 2003). Une fois sa cible atteinte, le glyphosate provoque une diminution de la concentration des acides aminés aromatiques ainsi qu’une diminution du taux de synthèse protéique de la chlorophylle et de certaines hormones (revue par Solomon & Thompson, 2003). La cessation de la croissance qui en découle est alors suivie de la nécrose des tissus qui aboutit à la mort de la plante. À signaler que cette voie de biosynthèse des acides aminés aromatiques n’est pas présente dans le règne animal (revues par Williams et al., 2000; Solomon & Thompson, 2003). Le glyphosate peut rester intact dans la plante ou être métabolisé par les microorganismes de l’environnement en acide aminométhyl phosphonique ou AMPA (revue par Malik et al., 1989). Il est fortement adsorbé au niveau du sol où la flore microbienne permet sa dégradation soit en AMPA+CO2, soit en glycine+phosphate (revues Malik et al., 1989; Smith & Oehme, 1992; Williams et al., 2000; Solomon & Thompson, 2003).
Le caractère non sélectif de l’activité herbicide du glyphosate associé au faible nombre de cas de résistances répertoriées ont fait du glyphosate un herbicide de choix pour le développement de cultures génétiquement modifiées résistantes à l’herbicide (Vollenhofer et al., 1999; revue par Blackburn & Boutin, 2003).

L’utilisation du glyphosate

Le glyphosate fait partie des pesticides les plus utilisés en terme de volume (revue par Solomon & Thompson, 2003). Non sélectif, il possède un large spectre d’action c’est-à-dire qu’il tue toutes les cultures sur lesquelles il est appliqué (revues par Smith & Oehme, 1992; Solomon & Thompson, 2003). Les usages autorisés du glyphosate sont nombreux :
– en zones non agricoles (désherbage des allées de parcs, des jardins et des trottoirs, désherbage total)
– pour le désherbage des zones cultivées, des céréales et des jachères, des cultures légumières et florales, des vignes et vergers, des arbres et arbustes d’ornement, et des forêts
– pour la dévitalisation des souches, broussailles et arbres
– pour le désherbage de plantes semi-aquatiques.
Le fabricant recommande, lorsque le Roundup est pulvérisé, une dose allant de 5 à 40 mM de glyphosate (soit environ de 1 à 7 g/l).
L’utilisation massive de glyphosate est un phénomène relativement récent consécutif aux changements dans la réglementation. Par exemple, en Bretagne, un arrêté préfectoral a limité l’utilisation d’un herbicide non sélectif, le diuron, pour le désherbage des zones non agricoles; l’un des produits les plus utilisés en substitution du diuron est le glyphosate qui voit donc son utilisation augmenter d’année en année. Les conséquences de cette considérable augmentation, notamment durant les années 1990, ne sont pas forcément prises en compte dans les études de toxicité, en particulier dans les études épidémiologiques, et ne pourront être évaluées qu’avec le recul nécessaire.

Les spécialités commerciales à base de glyphosate

Il est utilisé principalement sous forme de sels (isopropylamine, trimethylsulfonium, sodium ou ammonium) de manière à le rendre plus soluble dans l’eau et est commercialisé sous forme de poudre ou concentré aqueux. Le glyphosate constitue la matière active la plus souvent utilisée dans les désherbants non rémanents. Les spécialités commerciales présentes sur le marché sont nombreuses. En voici quelques exemples : l’Amega (CFPI Nufarm), le Cargly (Cardel), le Cosmic (Calliope), le Tchao (BHS), le Nomix (Monsanto) , le Rodeo (Monsanto) ou encore le Roundup (Monsanto) qui est la gamme de désherbants à base de glyphosate la plus utilisée et celle à laquelle nous nous sommes intéressés. Les produits Roundup contiennent du glyphosate sous forme de sel d’isopropylamine; la formule chimique du glyphosate sous forme de sel d’isopropylamine est présentée à la figure suivante : HO CH2 N CH2 O- +NH3
La gamme Roundup comprend elle-même plusieurs spécialités commerciales : Roundup 3plus, Roundup Biovert, Roundup Flash… Toutes ces spécialités contiennent le principe actif, le glyphosate, associé à un ensemble de produits inertes en tant qu’herbicides. Ces produits inertes sont pour la plupart des adjuvants mais la totalité de la composition est souvent maintenue secrète. Nos études ont principalement concerné le Roundup 3Plus.

Les adjuvants présents dans le Roundup

Les adjuvants utilisés dans les formulations de glyphosate sont des surfactants. Leur présence est toujours nécessaire afin de permettre la pénétration du glyphosate dans la plante. Sans surfactant, seul 10 % de la quantité de glyphosate pénètre dans la plante. Ces surfactants sont donc indispensables afin d’optimiser l’activité biologique des sels de glyphosate. Les surfactants présents dans les formulations de glyphosate sont principalement issus de deux familles de surfactants : les amines grasses éthoxylées, la famille la plus ancienne et les esters de phosphate (De Ruiter, 2002). Les surfactants présents dans le Roundup sont issus de la première de ces familles; ce sont des amines grasses de suif éthoxylées (Deschomets, 2001). Le principal surfactant présent dans la gamme de produits Roundup est un adjuvant cationique, le polyoxyéthylène amine (Polyethoxylated tallow amine ou POEA), appelé genamin (revues par Smith & Oehme, 1992; Williams et al., 2000).
De nombreuses études montrent que le POEA est plus toxique que le glyphosate (Folmar et al., 1979; Mitchell et al., 1987; Servizi et al., 1987; Adam et al., 1997; Mann & Bidwell, 1999; Everett & Dickerson, 2003; Tsui & Chu, 2003). De manière surprenante, le POEA s’est également révélé plus toxique que le Roundup (Tsui & Chu, 2003) suggérant l’existence dans le Roundup d’un protecteur de l’effet du POEA. Suivant la spécialité commerciale, le Roundup contient 14,4 à 75 % de sels de glyphosate, l’ingrédient actif, associé à un mélange de différents additifs, coformulants et surfactants qui augmentent l’activité herbicide du sel de glyphosate (revue par Solomon & Thompson, 2003); le secret de fabrication rend difficile la connaissance de tous les constituants du Roundup.

Les contaminations par le glyphosate

Le glyphosate est utilisé sur une large période de l’année. Cette caractéristique est liée aux multiples usages de la molécule, en zones agricole et non agricole. Les contributions respectives de ces deux types d’usage à la contamination de l’eau sont pour le moment inconnues mais la source non agricole pourrait être majoritaire. Dans l’environnement, le glyphosate peut se retrouver en solution après lessivage du sol et des feuillages ou adsorbé par le sol lors du transport des particules dans le sol.
De nombreuses études ont cherché à évaluer la contamination des eaux côtières bretonnes par le glyphosate ces dernières années (Tron et al., 2001). En milieu marin par exemple, les concentrations retrouvées en glyphosate sont de l’ordre dug/l. En 1998, il a été retrouvé dans 85 % des échantillons prélevés dans les eaux bretonnes une valeur supérieure au seuil légal de 0,1g/l; une concentration de 3,4g/l a même été relevée sur la Seiche, un affluent de la Vilaine. En 1999, les mesures ont confirmé la tendance puisque le glyphosate a été retrouvé à une concentration supérieure à la dose seuil de 0,1g/l dans 90 % des échantillons prélevés. La demi-vie du glyphosate étant relativement courte (47 jours), la présence de son principal métabolite, l’AMPA, est recherchée depuis 2000 : 95 % des échantillons prélevés avaient une concentration en AMPA supérieure à 0,1g/l.
Enfin, une étude a recherché les quantités de glyphosate présentes dans les urines des agriculteurs et révèle que 70 % d’entre eux ont une urine contaminée le jour de l’application du glyphosate. La concentration moyenne retrouvée est d’environ 3g/l et le maximum atteint est de 233g/l (Acquavella et al., 2004).

Le glyphosate et ses formulations : leur toxicité

Les effets toxicologiques

L’absorption, la distribution, le métabolisme et l’élimination

L’absorption orale est retrouvée rapide mais limitée pour le glyphosate et l’AMPA : 15 à 36 % de la dose administrée oralement, en une seule fois ou fractionnée en plusieurs prises, est absorbée (Brewster et al., 1991; Chan & Mahler, 1992; revue par Williams et al., 2000). La pénétration dermale ne dépasse pas les 3 % pour le glyphosate qu’il soit sous forme acide ou de sel d’isopropylamine et les 2 % pour le Roundup (Wester et al., 1991; revue par Williams et al., 2000). Le glyphosate est donc considéré comme pratiquement non toxique par absorption dermale. S’ils pénètrent dans l’organisme, le glyphosate et l’AMPA ne s’accumulent pas dans les tissus (revues par Smith & Oehme, 1992; Williams et al., 2000). Leur métabolisme dans l’organisme est très limité et leur élimination est rapide et presque totale. Le glyphosate et l’AMPA sont donc classés parmi les substances très peu toxiques par ingestion orale ou dermale.

La toxicité aiguë ou létale

Pour le glyphosate et le Roundup, la DL50 orale et dermale évaluée chez le rat est supérieure à 5000 mg/kg p.c. (poids corporel) (revue par Williams et al., 2000). La DL50 orale de l’AMPA est quant à elle encore plus élevée, 8300 mg/kg p.c. (revues par Smith & Oehme, 1992; Williams et al., 2000). En revanche la DL50 orale et dermale du principal surfactant présent dans le Roundup, le POEA, est beaucoup plus faible puisqu’elle est au minimum de 1200 mg/kg p.c. La CL50 par inhalation mesurée pour le glyphosate chez le rat est supérieure à 5 mg/l d’air. Aux vues des doses ou concentrations létales mesurées, la toxicité aiguë du glyphosate et l’AMPA par voie orale et dermale est très faible et le glyphosate est classé comme modérément toxique par inhalation (revue par Williams et al., 2000).
Le glyphosate est un des pesticides les plus utilisés dans les cas de suicide par ingestion de pesticides, fréquents en Asie. Une étude réalisée à Taïwan sur 131 cas d’intoxication par suicide décrit les symptômes observés chez les patients : irritation de la gorge, nausées, leucocytose…; environ 8 % des patients meurent notamment à la suite d’œdème ou de détresse respiratoire (Lee et al., 2000).
Une étude relatant une contamination accidentelle d’un homme par pulvérisation, indique les symptômes observés : lésions de la peau au bout de quelques heures et syndrome parkinsonien au bout d’un mois (Barbosa et al., 2001).

La toxicité par irritation

Sous sa forme acide, le glyphosate est très irritant pour les yeux (inflammation) et modérément pour la peau (présence d’œdème). En revanche, sous forme de sel d’isopropylamine, il n’est irritant ni pour la peau, ni pour les yeux (revue par Williams et al., 2000). Le Roundup et le POEA peuvent être irritants pour les yeux ; cependant, ce n’est pas le cas si le pesticide est pulvérisé dans les conditions de dilution recommandées (revues par Smith & Oehme, 1992; Williams et al., 2000). Le potentiel irritant du POEA est classiquement retrouvé chez les surfactants car ils interagissent avec les composants lipidiques des membranes. Le glyphosate est donc classé comme irritant sous forme acide et comme très peu irritant sous forme de sel d’isopropylamine (revue par Williams et al., 2000).

La toxicité subchronique

Le glyphosate atteint principalement le foie et déclenche en autre des vomissements, des diarrhées et une diminution du poids corporel (Chan & Mahler, 1992) à des concentrations très élevées (supérieures à 25000 mg/kg p.c.). Autre organe cible atteint par le glyphosate, les glandes salivaires, dont l’altération est associée à des dysfonctionnements histologiques (Chan & Mahler, 1992). Pour le glyphosate, la dose maximale sans effet observé a été évaluée en utilisant plusieurs modèles : 2500 mg/kg p.c./jour chez la souris (Chan & Mahler, 1992), 1500 mg/kg p.c./jour chez le rat, 500 mg/kg p.c./jour chez le chien. En ce qui concerne l’AMPA, la dose maximale sans effet observé est de 400 mg/kg p.c./jour chez le rat et de 260 mg/kg p.c./jour chez le chien (revue par Williams et al., 2000). Tout comme pour le glyphosate, les effets subchroniques de l’AMPA n’apparaissent qu’à de très fortes concentrations.

La toxicité chronique ou sublétale

Comme dans le cas de la toxicité subchronique, une diminution du poids corporel est observée ainsi que des effets histologiques au niveau du foie. Ces effets chroniques n’apparaissent qu’aux plus fortes concentrations testées. La dose maximale sans effet observé du glyphosate pour la toxicité chronique a été évaluée à 885 mg/kg p.c./jour chez la souris et 409 mg/kg p.c./jour chez le rat (revue par Williams et al., 2000). Elle n’est que de 2,8 mg/kg p.c./jour pour l’AMPA.

Le potentiel oncogénique

Le potentiel oncogénique du glyphosate a été retrouvé nul chez le rat et la souris. Le glyphosate a donc été classé par l’EPA (Environmental Protection Agency) dans la catégorie E, « Evidence of Non-carcinogenicity in Humans ».
Cependant, ces dernières années, plusieurs études épidémiologiques relatives à l’exposition au glyphosate ont mis en avant une relation avec certains types de cancers. Par exemple, une étude a été réalisée en Suède avec des patients diagnostiqués entre 1987 et 1990 (Hardell & Eriksson, 1999). Elle révèle que l’exposition aux fongicides et aux herbicides dont le glyphosate est significativement associée à un risque plus élevé de lymphome non-Hodgkinien. Les cas concernant le glyphosate étaient en nombre trop restreint pour pouvoir avancer des conclusions à la seule vue de cette étude. Une étude épidémiologique canadienne, réalisée sur des hommes diagnostiqués entre 1991 et 1994, a mis en évidence une relation dose-dépendante entre le risque de lymphome non Hodgkinien et l’exposition au glyphosate (McDuffie et al., 2001). Une autre étude épidémiologique, réalisée aux Etats-Unis avec des malades diagnostiqués entre 1979 et 1986, a également mis en évidence une augmentation de l’incidence de lymphome non Hodgkinien associée à l’exposition à certains pesticides dont le glyphosate (De Roos et al., 2003). Enfin, une étude épidémiologique a été réalisée par la même équipe suédoise que citée précédemment, sur des hommes diagnostiqués entre 1987 et 1990 (Hardell et al., 2002). Les auteurs montrent, sur un nombre de cas statistiquement acceptable, que l’exposition au glyphosate est un facteur de risque pour le lymphome non Hodgkinien.
Le lymphome non Hodgkinien est un cancer développé à partir de cellules lymphoïdes ou lymphocytes qui se distingue des leucémies de même origine par la prépondérance de tumeurs, en particulier des ganglions lymphatiques, et par l’absence, le plus souvent, de cellules anormales dans le sang. Ces lymphomes présentent une grande variété et sont regroupés avec la maladie de Hodgkin, sous le terme de lymphomes malins, ce qui explique leur appellation négative. Plus fréquents que la maladie de Hodgkin, ils représentent près de deux tiers de tous les lymphomes malins et près de 2 % de tous les cancers, d’autant que leur fréquence ou incidence tend à augmenter.

Table des matières

INTRODUCTION
I – L’utilisation et la toxicologie du glyphosate
A- Introduction
B- L’origine et la variété des pesticides
1- La définition des pesticides
2- L’historique de l’utilisation des pesticides
3- L’origine et la distribution des pesticides présents dans l’environnement
4- La réglementation de l’usage des pesticides
B- Le glyphosate et ses formulations : ses propriétés et son utilisation
1- La découverte du glyphosate et de son mode d’action dans la plante
2- L’utilisation du glyphosate
3- Les spécialités commerciales à base de glyphosate
4- Les adjuvants présents dans le Roundup
5- Les contaminations par le glyphosate
C- Le glyphosate et ses formulations : leur toxicité
1- Les effets toxicologiques
2- Le comportement dans l’environnement et les effets écotoxicologiques
3- Le classement toxicologique du glyphosate
II- Le cycle cellulaire : sa régulation et sa dérégulation
A- Le cycle cellulaire et les kinases dépendantes des cyclines
1- Le cycle cellulaire
2- Les kinases dépendantes des cyclines
3- Les différentes CDKs au cours du cycle cellulaire
B- La régulation des CDKs au cours du cycle cellulaire
1- La régulation par l’association avec la cycline
2- La régulation par la phosphorylation activatrice
3- La régulation par les phosphorylations inhibitrices
4- La régulation par l’association avec des protéines inhibitrices
C- Les mécanismes de surveillance du cycle cellulaire
1- La présentation des mécanismes de surveillance appelés checkpoints
2- Les checkpoints de l’ADN
3- Le checkpoint du fuseau mitotique
4- Les activateurs de checkpoints
5- Le cycle cellulaire dérégulé
III- Le modèle d’étude : le développement précoce de l’oursin
A- Un modèle reconnu pour l’étude du cycle cellulaire et du développement
B- De la fécondation à la fusion des pronuclei
1- Les atouts du modèle biologique
2- La biochimie de la fécondation
C- La phase S de la première division mitotique
D- La phase M de la première division mitotique
E- Les divisions rapides : du stade 2 cellules à la Morula
F- Le retour à des divisions plus lentes
G- Les points de contrôle
RÉSULTATS
I- La mise en évidence de dysfonctionnements du cycle cellulaire et du développement précoce induits par des polluants en utilisant l’embryon d’oursin
A- Le dysfonctionnement du cycle cellulaire induit par le Roundup
B- Les dysfonctionnements induits par les métaux lourds
C- Le dysfonctionnement de la transcription induit par le Roundup
CONCLUSIONS & PERSPECTIVES
I- L’embryon d’oursin permet l’étude des effets des polluants sur le cycle cellulaire
et le développement précoce
II- La cible moléculaire du Roundup : l’ADN
III- La dangerosité du Roundup pour la santé humaine
A- La dangerosité des effets du Roundup
B- Les doses responsables de la toxicité
IV- Des études qui permettent la connaissance du risque
V- Le Roundup déclenche le mécanisme de surveillance
BIBLIOGRAPHIE