Effet des pesticides sur la microflore des eaux

Les pesticides

Le terme pesticide désigne toute substance ou mélange servant à empêcher, détruire, repousser des organismes indésirables pour l’agriculture ou l’hygiène publique. Il s’agit d’un terme général englobant une grande variété de produits : herbicides, fongicides, insecticides.
Un pesticide peut être une substance chimique, un agent biologique (tel qu’un virus ou une bactérie), un désinfectant ou tout autre produit luttant contre des « nuisibles » tels que les insectes, les mauvaises herbes, ou les microbes. Les pesticides peuvent être classés en fonction de leurs familles chimiques. Selon l’OMS, les pesticides sont des produits chimiques utilisés en agriculture pour détruire les ravageurs, les plantes adventices et les agents phytopathogènes. Ces produits peuvent être extraits de végétaux ou obtenus par synthèse. Dans le présent travail, on s’intéresse aux pesticides chimiques de synthèse qui présentent un risque pour l’environnement et la santé publique. Selon la FAO (1986 a), un pesticide est une substance ou un mélange de substances, utilisé pour empêcher d’agir, détruire ou neutraliser un ravageur, un vecteur de maladie humaine ou animale, une espèce végétale ou animale nocives ou gênantes au cours de la production, de la transformation, de l’entreposage, du transport ou de la commercialisation de denrées alimentaires, de produits agricoles. Le terme de pesticide désigne aussi des produits utilisables comme régulateurs de la croissance végétale, défoliants, dessicants, agents d’éclaircissage contre la chute prématurée des fruits ou encore des produits appliqués avant la récolte pour empêcher la détérioration des denrées en cours d’entreposage ou de transport.

Premier système de classification

Le premier système de classification repose sur le type de parasites à contrôler. Il existe principalement trois grandes familles d’activités que sont les herbicides, les fongicides et les insecticides.
Les insecticides : La lutte contre les ravageurs est indispensable. Les insectes nuisiblessont en effet responsables des pertes de rendement et d’une baisse de qualité de la production viticole. Les insecticides sont destinés à détruire les insectes nuisibles ; ils se répartissent en trois grands groupes selon leur nature chimique : substances minérales, molécules organiques d’origine naturelle ou produits organiques de synthèse qui sont de loin les plus utilisés actuellement. Autres que les organochlorés (DDT, dialdrin, …) qui sont bannis actuellement dans la plupart des pays du nord, les insecticides appartiennent à trois grandes familles chimiques : les organophosphorés (diméthoate, malathion, …), les carbamates (aldicarbe, carbofuran, …) et les pyréthrinoides de synthèse (bifenthrine, perméthrine, …)
Les fongicides : Les fongicides servent à combattre la prolifération des champignons phytopathogènes. Ils permettent de lutter contre les maladies cryptogamiques qui causent de graves dommages aux végétaux cultivés. Le mildiou de la pomme de terre, celui de la vigne, les charbons et les rouilles des céréales, représentait autrefois de véritables fléaux. Ces affections sont provoquées par l’invasion des divers tissus des plantes par le mycélium de champignons microscopiques. Les plus anciens fongicides connus sont des sels cupriques, le soufre et certaines de ses dérivés minéraux. Les composés organiques représentent la part la plus importante: carbamates (carbendazine, mancozèbe, …), triazoles (bromuconazole, triticonazole,…), dérivés du benzène (chlorothalonil, quintozène), dicarboximides(flopel, iprodione,…). Il est intéressant de signaler que le soufre et le cuivre demeurent d’excellents fongicides utilisés jusqu’à nos jours. Les herbicides : Ce sontles plus utilisés des pesticides, ils permettent d’éliminer les mauvaisesherbes adventices des cultures. Ils appartiennent à plus de 35 familles chimiques différentes.Les plus représentées sont les carbamates (chlorprophame, triallate,…), les urées substituées (diuron, chlortoluron,…), les triazines (atrazine, simazine,…), les chlorophenoxyalcanoiqueS (MCPA,…), les amides (alachlore, propyzamide,…).

Principales familles de pesticides

Les organochlorés : Cette famille comprend un grand nombre de composés chimiques contenant du chlore et quelquefois d’autres éléments.
Les insecticides les plus puissants et les plus efficaces sont des organochlorés. On trouve dans cette famille le DDT, le chlordane, ou en encore le pentachlorophenol. Ils sont très persistants dans les sols, et ils se concentrent également dans les tissus biologiques. Beaucoup de composés de cette famille sont interdits en raison de leur neurotoxicité.
Les organophosphorés : Les composés organophosphorés se répartissent en différentes classes selon le degré d’oxydation du phosphore et la nature des substituants, notamment la présence d’un atome d’oxygène ou d’un autre chalcogène. Les composés organophosphorés sont rapidement dégradés par le rayonnement solaire, dans l’air, et dans les sols, bien que de petites quantités puissent subsister et se retrouver dans la nourriture et l’eau. Le fait qu’ils se dégradent facilement fait de cette famille une alternative intéressante aux pesticides organochlorés persistants. Cependant, bien que les organophosphorés se dégradent plus rapidement, ils sont plus toxiques, ce qui représente un risque pour les utilisateurs de ces composés.
Les urées: Les urées représentent les molécules renfermant un groupe urée (NH2CONH2). Ce groupe peut se trouver à l’intérieur d’un cycle . Les atomes d’hydrogène liés aux atomes d’azote peuvent être substitués par d’autres atomes, par des chaînes ou par des cycles où constituer un cycle. Les sulfonylurées répondent également à la définition des urées. Cependant, comme la priorité de ce groupe est supérieure à celle des urées, les molécules répondant aux deux définitions seront classées dans les sulfonylurées.
Les carbamates : Les carbamates présentent les mêmes caractéristiques que les organophosphorés, mais avec une toxicité moins importante. Ces composés constituent une famille de pesticides agissant sur l’enzyme acétylcholinestérase (la famille des carbamates agit également sur cette enzyme mais selon un mécanisme différent) .
Ils opèrent en bloquant irréversiblement l’acétylcholinestérase, essentielle aux transferts nerveux chez les insectes, les humains, ainsi que chez la plupart des animaux. La capacité à bloquer l’acétylcholinestérase (et donc la toxicité) peut varier de façon importante d’un composé à l’autre. Par exemple, le parathion, un des premiers organophosphorés, est beaucoup plus puissant que le malathion, un insecticide utilisé pour combattre la mouche du fruit méditerranéenne et les moustiques dans la vallée du Nil.
Les triazines : Cette famille couvre un grand champ d’utilisation. La plupart sont utilisés comme herbicides sélectifs. Les triazines peuvent être utilisés seuls ou combinés avec d’autres composés afin d’augmenter leur efficacité. Le caractère sélectif des triazines vient du fait que certaines plantes peuvent métaboliser ces composés tandis que d’autres ne le peuvent pas. Les triazinescomptent parmi les plus anciens herbicides.
Les pyréthrinoïdes : Les pyréthrinoïdes sont des insecticides de synthèse dérivés du pyrèthre (molécule naturelle).
Le pyrèthre est instable à la lumière solaire tandis que les pyréthrinoïdes sont assez stables à la lumière solaire et sont efficaces contre un large spectre d’insectes . Les pyréthrinoïdes sont classés en générations : La 1ère génération est apparue en 1949. Un exemple type en est l’allethrine ; La 2ème génération est apparue vers 1967. On peut citer parmi eux la tétraméthrine et la resmethrine; La 3ème génération est apparût vers 1972-1973. Un exemple type est la fenvalérate qui est une molécule très active sur les insectes. Elle est également photostable ;
La 4ème génération de pyréthrinoïdes apparue après les années 1975 est constituée de pesticides tels que le bifenthrin, la lambdacyhalothrine, la cypermethrine, la cyfluthrine, la deltaméthrine, l’esfenvalérate, la fenpropathrine et la fluvalinate.
Tous ces derniers sont photostables et peu volatils. Le mode d’action des pyréthrinoïdes ressemble à celui du DDT, mais ils sont en plus des poisons de la cellule nerveuse.

Devenir des pesticides dans l’environnement

Emportés par les eaux de ruissellement ou diffusés dans les eaux souterraines, volatilisés dans l’atmosphère ou stockés dans les sols, les pesticides se retrouvent dans de nombreux écosystèmes voire dans les aliments. Aujourd’hui de nombreuses recherches s’attèlent à comprendre comment les pesticides contaminent l’environnement et ce qu’ils deviennent au cours du temps, pour évaluer les expositions des populations et des écosystèmes à ces substances. Les matières actives phytosanitaires sont appliquées le plus souvent sous la forme de liquides pulvérisés sur les plantes et/ou sur le sol. Dans certains cas, elles sont incorporées au sol ou y sont injectées ou sont déposées sous forme de granulés, ou encore les graines en sont enrobées. Le produit de traitement, lors d’une application, se trouve réparti en proportion variant avec le stade de la culture, la formulation, la cible, la technique d’application et les conditions météorologiques entre le sol, le feuillage de la plante ou les résidus de culture et des pertes dues à la « dérive». Lors des traitements par aéronef, jusqu’à la moitié du produit peut être entraîné par le vent en dehors de la zone à traiter .
Connaître le devenir des produits phytosanitaires après leur épandage en zone agricole est une nécessité car la pollution engendrée par ces matières actives peut avoir des conséquences graves sur la santé et l’environnement. L’ensemble de la communauté scientifique s’accorde sur le danger et la nocivité des produits phytosanitaires et de leurs métabolites sur l’environnement. La contamination s’effectue à tous les niveaux : de l’air à l’eau en passant par les aliments. Le devenir des pesticides dans l’environnement, c’est à dire leur rétention, leur transport et leur dégradation, dépend de leurs propriétés ainsi que de celles des différents compartiments concernés, le sol, les eaux et l’atmosphère.

Les différentes techniques utilisées dans les processus de bioremédiation

La bioremédiation est un ensemble de techniques mettant en œuvre des procédés de biodépollution, utilisables pour réduire la toxicité, la mobilité ou le volume d’un contaminant dans les sols, le sous-sol, les eaux et les effluents gazeux. Elle ne peut être utilisée pour confiner un volume d’eau ou de sol pollué. Elle peut s’effectuer directement dans l’environnement pollué (insitu) ou après transfert de l’agent polluant (ex situ). Ex situ La mise en œuvre de ces techniques passe par l’extraction soit du polluant, soit du polluant et du matériau contaminé, et leur traitement dans des dispositifs clos ou semi-clos.
Les effluents liquides ou gazeux pollués sont traités dans des bioréacteurs (réacteurs, digesteurs, biofiltres, biolaveurs, etc…).
Les sols contaminés sont excavés, puis traités suivants des procédés adaptés (compostage,traitement sous forme de boues, etc.).

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1. APERCU BIBLIOGRAPHIQUE
1. LESPESTICIDES
1.1. Définition
1.2. Classification
1.2.1. Premier système de classification
1.2.2. Deuxième système de classification
1.3. Principales familles de pesticides
1.3.1. Les organochlorés
1.3. 2. Les organophosphorés
1.3.3. Les urées
1.3.4. Les carbamates
1.3.5. Les triazines
1.3.6. Les pyréthrinoïdes
1.4. Utilisation
1.5. Formulation
1.6. Modes d’action des pesticides
1.7. Doses admissibles et normes
1.8. Devenir des pesticides dans l’environnement
1.8.1. Le transfert des pesticides vers les eaux superficielles et souterraines
1.8.1. Le transfert des pesticides vers les eaux superficielles et souterraines
1.10. Persistance
1.11. Formation de résidus liés
1.13. Toxicité des pesticides sur l’homme
2. LA BIOREMEDIATION
2.1. Introduction
2. 2. Définition
2.3. Les différentes techniques utilisées dans les processus de bioremédiation
2.3.1. La bioaugmentation
2.3.2. La biofiltration
2.3.3. La biostimulation
2.3.4. Le compostage
2.3.5. La biolixiviation
2.4. Les critères de sélection des souches microbiennes aptes pour la biorémediation
2.4.1. Adaptation et phase de latence
2.4.2. Spécificité et non spécificité polluant/ genre microbien
2.4.3. Seuils inférieurs et supérieurs
2.5. Facteurs qui influencent le processus de biodégradation d’un matériau
2.5.1. La température
2.5.2. L’humidité
2.5.3. L’oxygène
2.5.4. Le pH
2.5.5. Influence du nombre de substituants halogénés sur la biodégradation
2.5.6. Les adjuvants des produits phytosanitaires
2.5.7. Présence d’accepteurs d’électrons
2.6. Principales réactions de la biodégradation
2.6.1. Hydrolyse
2.6.2. Hydroxylation
2.6.3. Déhalogénation
2.6.4. Déméthylation et autres déalkylations
2.6.5. Méthylation
2.6.6. Réduction d’une fonction NO2
2.6.7. Désamination
2.6.8. Clivage d’une liaison éther (C-O-C)
2.6.9. Conversion d’un nitrile en amide
2.6.10. Conjugaison
2.6.11. Ouverture de cycles (composés benzéniques) par Clivage ortho et méta
2.7. Intérêts économiques de la bioremédiation
2.8. Limites techniques
CHAPITREII: MATERIEL ET METHODES
1. Présentation de la zone d’étude
1.1. Situation géographique
1.2. Hydrographie
1.3. Les caractéristiques climatiques
1.4. Prélèvements des échantillons d’eau
2. Analyse physico chimique des eaux superficielles agricoles
2.1. La température
2.2. Le pH
2.3. La Conductivité (CE)
2.4. L’oxygène dissous
2.5. La demande biologique en oxygène (DBO5)
2.6. La demande chimique en oxygène (DCO)
2.7. Le rapport DCO / DBO5
2.8. Les ions ammonium NH4+
2.9. Les chlorures
2.10. Les orthophosphates
2.11. Les phénols
2.12. Les Nitrites
2.13. Les Nitrates
3. Analyses des paramètres physico-chimiques des pesticides
3.1. La solubilité (S)
3.2. La pression de vapeur (P)
3.3. La constante de Henry (H)
3.4. Les coefficients de rétention : Koc et Kd
3.5. Mobilité
3.6. Persistance en plein champ
3.7. Coefficients de partage octanol-eau : KOW
3.8. Stabilité dans l’eau
4. Méthodes d’analyse statistique
4.1. Description des données
4.2. Comparaison entre les sites : Analyse de la variance à un critère de classification (ANOVA)
4.3. Test de TUCKEY
5. Etude de la microflore microbienne totale des eaux superficielles agricoles
5.1 Dénombrement de la microflore microbienne
5.1.1. Isolement, purification et conservation des souches
5.1.2. Comptage et expression des résultats
5.2. Identification de la microflore fongique isolée des eaux agricoles superficielles
5.2.1. Identification macroscopique
5.2.2. Identification microscopique
5.3. Identification de la microflore bactérienne
5.3.1. Identification macroscopique
5.3.2. Détermination des principaux types de bactéries
5.3.3. Observation microscopique
5.3.4. La coloration de Gram
5.3.5. Test oxydase
5.3.6. Test catalase
5.3.7. Caractérisation à l’aide de galeries API 20E
3.8. Caractérisation à l’aide de galeries API 20 NE
5.3.8.1. Test NO3
5.3.8.2. Test TRP
5.3.8.3. Test d’assimilation
5.3.8.4. Interprétation
6. Etude de la biodégradation des deux pesticides (mancozèbe et méthomyl)par les souches
microbiennes isolées
6.1. Les souches microbiennes
6.2. Les milieux de culture
6.3. Les produits chimiques ou pesticides
6.3.1. Le mancozèbe
6.3.2. Le méthomyl
6.4. Les précultures et les cultures
6.5. Détermination de la tolérance des souches microbiennes vis-à-vis du pesticide à travers
leur croissance en mode batch (culture discontinu)
6.5.1. Mesure du pH
6.5.2. Détermination de la densité optique
6.5.3. Détermination du taux d’oxygène nécessaire à la dégradation des composés organiques
du milieu (DCO)
6.5.4. Calcul du poids sec de l’inoculum
7. Evaluation des taux de biodégradation des deux pesticides après 5 jours à partir des cultures batch en mode discontinu
7.1. Conditions chromatographiques
7.2. Le dosage
CHAPITREIII: RESULTATS ET DISCUSSION
1. Analyses physicochimiques des eaux superficielles agricoles
2. Analyses physico-chimiques des molécules de pesticides étudiées
3. Evaluation de la microflore totale des eaux superficielles agricoles
3.1. Les bactéries
3.2. Les champignons
4. Evaluation de la croissance des souches microbiennes sous l’effet des pesticides (Tolérance de la souche vis-à-vis du pesticide)
4.1. Densité optique
4.2. p H
4.3. Taux d’oxygène
4.4. Poids sec de l’inoculum
5. Evaluation des taux de biodégradation du mancozèbe par CPG
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES