La lutte intégrée contre les ravageurs des cultures / de plantes D. Siaussat, UPMC Plan du cours Introduction - Estimation des pertes totales avant et après récolte, pb socioéconomiques, - Conditions de la prolifération des ravageurs 1- Les Arthropodes: principaux ravageurs des plantes cultivées 1.1. les Acariens 1.2. Les Hexapodes 2- La lutte intégrée contre les ravageurs 2.1. lutte chimique 2.2. lutte physique 2.3. lutte biologique Conclusion Introduction Accroissement de la population mondiale augmentation de production denrées alimentaires Plantes vivantes : céréales (maïs, blé, riz, millet…) , oléagineux, plantes fourragères, légumineuses (haricot, pois, soja…), cultures sucrières et fruitières, … - sur pied milieu ouvert (plein champ) - en stockage (grains) : milieu confiné relativement stable (silos), à forte concentration en substances nutritives Nécessité de protéger les cultures et les stocks: contrôle des paramètres de stockage (t°C, HR) , lutte contre les ravageurs. Introduction Exemple des pertes totales en céréales (sur pied et au cours du stockage) Production mondiale potentielle céréales: 1468Mt (1998) • Pertes dues aux ravageurs 204Mt • Pertes dues aux maladies 135Mt • Pertes dues aux « mauvaises herbes » 167Mt (14%) (9%) (11%) Total des pertes: 506Mt soit environ 34% de la production potentielle Pertes liées aux ravageurs: - Pertes quantitatives: 10 à 30% selon type de culture et les régions du monde - Pertes qualitatives liées a la présence de toxines, de ravageurs et de souillures diverses. • Les pertes se produisent aux stades suivants: • au cours de la culture (plein champ) • au cours de la récolte • au cours du transport • au cours du séchage • au cours de la transformation. • au cours du stockage (silos, moulins) Les pertes sont difficiles à estimer: - variation géographique importante - pas de modèles prédictifs - manque de moyens et de compétences spécifiques - manque de structures nationales de suivi Les différents types de ravageurs Micro-organismes: bactéries et champignons (Penicillium, Aspergillus) production de toxines, mycotoxines Arthropodes: Insectes et Acariens : nombreux dommages dans les denrées stockées (taux de reproduction élevé et devt rapide ) destruction des cultures et des denrées stockées pertes quantitatives et qualitatives Oiseaux et Rongeurs : destruction des stocks, souillures, introduction de pathogènes 1- Les Arthropodes: principaux ravageurs des plantes cultivées Acariens (Chélicérates , Arachnides) Insectes (Mandibulates, Hexapodes) - espèces à taux de reproduction élevé et développement rapide, - nombreuses espèces phytophages (feuilles, tiges, racines, ou graines) - à l’origine de la plupart des dommages occasionnés aux végétaux - stades larvaires et/ou adultes Acariens (Arachnides) Acariens des plantes légumières et fruitières (vigne) Tétranyque tisserand: Tetranychus urticae Acariens des grains humides Ravageurs tertiaires, mangeurs de moisissures Tyroglyphe de la farine 0,4mm Tisse des toiles de soies a la face inf des feuilles Pique les feuilles et aspire le suc cellulaire Tyrophagus du colza Les Insectes ravageurs Environ 700 espèces de ravageurs (plantes sur pied et denrées stockées)… Représentants dans 4 ordres principaux : Coléoptères (charançons, sylvains Tribolium) Lépidoptères (pyrales, tordeuses, noctuelles…) Larves (= chenilles) phytophages Tordeuse des fruits Hémiptères (pucerons, cochenilles) Orthoptères (criquets et sauterelles) Ordre des Coléoptères L’ordre le plus vaste du règne animal (400 000 sp) 1ère paire d'ailes transformées en élytres dures qui Pronotum (corselet) protègent les ailes membraneuses Métathorax (écusson) Aile antérieure: élytre Pièces buccales broyeuses Aile postérieure membraneuse Abdomen Larves vermiformes voraces, principaux ravageurs de denrées stockées Charançon (Curculionidae) Charançon du blé >4,7mm Doryphore Tribolium (Tenebrionidae) La Bruche du haricot Acanthoscelides obtectus (Coléoptères Bruchidés) Ravageurs des Légumineuses (pois, haricot, lentilles …). 2,5-3 mm, brun ferrugineux avec soies dorée courtes -grains "bruchés" (Doc.ACTA) dégâts dans les cultures et les entrepôts; il peut y avoir plusieurs larves par grains; la plus nuisible des Bruches Ordre des Lépidoptères = Papillons Ailes membraneuses recouvertes d'écailles Maxilles transformés en trompe spiralée au repos formé par les galéas :suçeur maxillaire mandibules atrophiées Larve ou chenille de type broyeur: dégats aux cultures Nymphe = Chrysalide 2 sous-ordres Hétérocères « Papillons de nuit » Rhopalocères Antennes de forme variable Nombreuses espèces ravageuses « Papillons de jour» Antennes en massue Pyralidés Plodia intrepunctella Noctuidés Noctuelle de la tomate Quelques Lépidoptères ravageurs La pyrale du maïs Ostrinia nubilalis (Pyralidés) principal ravageur du maïs en France (jusqu’à 30% de pertes). • Noctuelle du chou : Mamestra brassicae (Noctuidae). Chenilles mangent les feuilles Tordeuse des fruits Archips podana (Tortricidae) pommier principalement, chenille phyllophage enroulent les feuilles et les dévorent défoliation Ordre des Hémiptères Pièces buccales piqueuses Psocoptères (psoques), petits insectes (<10mm) ressemblent à des pucerons, diurnes, fréquents dans les habitations et les entrepôts ; Hétéroptères : Punaises Ailes antérieures en hémélytres Homoptères : cigales, pucerons, cochenilles Ailes antérieures membraneuses, aplaties en toit , pas d’hémélytres Cigale de l’orne Cochenille Puceron 4mm Ordre des Orthoptères Sauterelles, grillons, criquets Pattes postérieures allongées et spécialisées pour le saut Tête orthognathe ; Ailes perpendiculaires au corps en vol Organes stridulants chez les mâles et tympans auditifs Coelifères :criquets Ensifères : sauterelles et grillons Antennes longues, femelles avec long oviscapte Tympans auditifs tibiaux stridulation: champ élytral Antennes courtes, Oviscapte court Tympans abdominaux, stridulation: crête fémorale Locusta migratoria (criquet migrateur) Oviscapte long Sauterelle femelle Schistocerca gregaria (criquet pèlerin) Cycle de développement holométabole du Hanneton commun (Coléoptère) Durée = 3 ans Larve = ver blanc phytophage Exemple de la capacité de prolifération du coléoptère Tribolium castaneum: - Facteur de reproduction 70 dans les conditions optimales - 1 génération tous les 28 jours - descendance théorique d’un couple calculée ( 2 générations coexistent) - 1er mois 2x70 = 140 • 2ème mois 140x70 = 9800 • 3ème mois 9800x70 = 686000 Influence des facteurs externes sur le développement des Insectes: • • • • optimum de température : 25 à 32°C T°C <14° ou > 42°C : pas de reproduction T°C < 5°C ou > 45°C : létales humidité relative de l’air (HR) environ 70% (seulement qq espèces capables de survivre en milieu très sec) + influence des variations de lumière sur l’activité de reproduction. Dissémination des ravageurs Ex: grand capucin du maïs : PROPAGATION DU GRAND CAPUCIN DU MAÏS Prostephanus truncatus en AFRIQUE 2nde introduction accidentelle en Afrique de l’Ouest (1986) Coléoptère ravageur des stocks de maïs Origine: Amérique centrale • Propagation via les sacs de grains, transports nationaux et internationaux introduction accidentelle en Tanzanie (1980 dissémination pays voisins Kenya, Malawi, Burundi • Lutte biologique en cours : utilisation d’un prédateur naturel Présence suspectée: RD Congo, Namibie, Mozambique Source FAO (2001) 2. La lutte intégrée contre les ravageurs Définition (directive communautaire 91/414/CEE du 15 juillet 1991) « Combinaison de mesures biologiques, biotechnologiques, chimiques, physiques, culturales ou intéressant la sélection des végétaux dans laquelle l'emploi de produits chimiques phytopharmaceutiques est limité au strict nécessaire pour maintenir la présence des organismes nuisibles en dessous du seuil à partir duquel apparaissent des dommages ou une perte économiquement inacceptables. » Lutte chimique 1950-70 Lutte raisonnée 1970-80 Lutte intégrée >1980 (Integrated Pest Management = IPM) 2.1. la lutte chimique Dans des conditions de stockage déterminées, les produits ne doivent pas altérer le goût, la couleur et la saveur des denrées. • Emploi de produits insecticides: mesure curative • 2 grands types de traitements chimiques: fumigation (gaz) et pulvérisation (liquide) • Utilisation des produits insecticides largement répandue (plein champ et stockage) Efficacité pour la lutte contre les insectes ravageurs mais : -problèmes de résistance des insectes vis a vis des produits -toxicité vis a vis des autres espèces dont l’homme effets sanitaires -accumulation dans les sols et pollution durable des écosystèmes Evolution des quantités de pesticides utilisées en France et dans le monde Pesticides= fongicides + herbicides + insecticides + molluscicides, rodenticides, nématicides… Industrie mondiale des pesticides : 31 Milliards dollars US (UIPP, 2005) France: -3ème consommateur mondial de pesticides (après les Etats-Unis et le Brésil) - 1er consommateur européen: 76 000 tonnes en 2004 dont - Pays d’ Europe qui a le plus de substances autorisées sur le marché > 500 Fongicides 50% Herbicides 35% Insecticides 15% (source : UIPP, 2005) Depuis 2000: - Baisse des tonnages de substances actives mises sur le marché (retrait d’herbicides et insecticides jugés dangereux): de 120 000t (1999 ) à 72 000t (2006) - Diminution du nombre de substances actives depuis 1993 (800) : 470 en 2003 dont une centaine d’insecticides. 2.1.1 Les différents types de produits insecticides > 100 molécules insecticides et acaricides appartenant à 3 grands types: a) Insecticides minéraux utilisés a l’état gazeux : produits hautement toxiques (poisons du métabolisme) Phosphure d’hydrogène (phosphine PH3 ) le plus utilisé Acide cyanhydrique ou cyanure d’hydrogène (HCN) Bromure de méthyle (bromométhane, CH3Br) détruit la couche d’ozone, substance interdite en 2005 mais nbses dérogations b) Insecticides organiques d’origine synthétique: majorité des produits utilisés depuis les années 1940 ; neurotoxiques, classés en 3 groupes principaux: - organochlorés (OC)/soufrés (OS) - organophosphorés (OP) - carbamates c) Insecticides organiques d’origine biologique ex: pyréthrines, nicotinoïdes d’origine végétale, antibiotiques bactériens, bactéries (Bacillius thuringiensis) // lutte biologique 2.1.2. Effets sanitaires des insecticides Nombreuses molécules classées POP: « Polluants Organiques Persistants » persistent dans l’environnement et voyagent sur de longues distances contaminent durablement les eaux et les sols s’accumulent dans les organismes vivants (phénomène de bioaccumulation), et se concentrent dans les chaînes alimentaires ex: DDT produisent des effets toxiques à long terme sur les organismes vivants: 2.1.2. Effets sanitaires des insecticides • Neurotoxiques −Perturbation des enzymes du SNC (cholinestérases) −Augmentation du risque de dévt des maladies neuro-dégénératives (Alzheimer , Parkinson) • Perturbateurs endocriniens -action sur le fonctionnement des cytochromes P450 donc la synthèse des stéroïdes - baisse de fertilité • CMR −Cancérogènes: Seraient responsables de l’augmentation de la fréquence des lymphomes et des leucémies de l’enfant , −Affaiblissement du système immunitaire −Mutagènes −Reprotoxiques induisent des malformations de l’appareil génital, des troubles de la reproduction Populations à risques: tout le monde, et plus particulièrement les agriculteurs et leur descendants, les enfants et les femmes enceintes. 2.1.3. Mode d’action des insecticides Mode d’action physique et / ou physiologique a) Action physique par pénétration à travers le tégument : insecticides de contact liposolubles solubilisés par les cires cuticulaires Ex: DDT se fixe sur la chitine par ingestion (TD) : absorption au niveau de l’intestin moyen dépourvu de cuticule Conditions: être attractants et non répulsifs pour l’insecte par inhalation (trachées): insecticides fumigants à l’état gazeux, pénètrent dans les trachées trachéoles diffusion dans le corps b) actions physiologiques Insecticides neuro-actifs (les + nombreux) Insecticides agissant sur la production d’énergie (ATP) Insecticides agissant sur le système endocrinien Insecticides agissant sur la synthèse de cuticule Mode d’action des insecticides neurotoxiques PRE ORGANOCHLORES PYRETHRINOIDES Ca++ Canal sodique Ca++ATPases Canal sodique Choline + AcétylCoA Acétylcholine Récepteur cholinergique (nicotinique, muscarinique) Membrane pré-synaptique NICOTINOIDES ORGANOPHOSPHORES CARBAMATES Membrane post-synaptique Récepteur octopamin Récepteur GABA FORMAMIDINES AVERMECTINES Acétylcholinestérase ORGANOCHLORES POST Insecticides bloquant la production d’énergie Mode d’action: se fixent sur les cytochromes , protéines de transport e- dans la mitochondrie bloquent la synthèse d’ATP Synthèse ATP Insecticides agissant sur le système endocrinien • • Insect Growth Regulators (IGR) miment l’Hormone juvénile et prolongent la durée des stades larvaires perturbation du développement, stade surnuméraires non viables pas de formation d’adulte Intérêts: - produits plus spécifiques - Faible toxicité pour les autres espèces - Non persistants dans l’environnement (dégradation a la lumière IGR utiles pour lutter contre les ravageurs à l’état adulte (mais la prolongation de la vie larvaire ne diminue pas la prise de nourriture...) Insecticides agissant sur la synthèse de chitine • CSI : Chitin Synthesis Inhibitor : dérivés de la benzoylurée (lufenuron, diflubenzuron, hexaflumuron, teflubenzuron) • découverts en 1972, diflubenzuron = première matière active commercialisée. • Mode d’action: inhibition de la synthèse de chitine, principal composant de la cuticule des Insectes , les insectes meurent lors de la mue suivante; délai d'action : 2 à 7 jours. • Longtemps considérés comme faiblement toxiques pour l'homme (demie-vie : 2 semaines) Diflubenzuron a des effets cancérogènes chez l’homme Malgré un important arsenal de molécules d’origine biologique ou synthétiques développé depuis + 200 ans… …toujours des dégâts considérables dans les cultures et les stocks et des pertes ~35% de denrées alimentaires … La résistance des insectes aux insecticides Utilisation intensive de pesticides sélection d’individus résistants Définition de la résistance (OMS, 1957) : Développement d’une capacité à tolérer des doses de toxiques qui seraient létales pour la majorité des individus d’une population normale de la même espèce Diminution de la mortalité dans une population d’insectes soumise à un traitement constant en produit. Evolution dans le temps de la résistance aux pesticides 1950: 10 espèces résistantes 1960: 100 espèces résistantes 1990 > 500 espèces résistantes Résistance croisée pour plusieurs insecticides 2.2. La lutte physique Méthodes de lutte non polluantes, peu/pas utilisées en France, développées au Canada, en Australie Applicables seulement en milieu confiné (stockage) 2.2.1. Les filets paragrêles 2.2.2. Les particules abrasives 2.2.3. La température 2.2.4. Les gaz 2.2.5. Les radiations ionisantes 2.2.1 Les filets paragrêle Protection physique associée ou non à d’autres stratégies • Dégâts moyens : 0,07% - 0,13% 2.2.2 Les particules abrasives Substances qui adsorbent les lipides, notamment les cires cuticulaires de l’épicuticule externe déshydratation et mort de l’Insecte Après traitement : la cuticule apparaît comme une juxtaposition de matériel amorphe et de globules denses a la place de sa structure fibrillaire classique Mode d’action inconnu car biosynthèse de chitine encore mal comprise 2.2.3. La température Facteur qui conditionne le développement des insectes Froid: • Arrêt développement si T°C < à 10°C Insectes, < à 8°C Acariens • Maintien du stock < 8°C pas de traitement insecticide • Méthode répandue au Canada/ peu utilisée en France: coût ? (mais voir le rapport coût/efficacité de de la lutte chimique… Chaleur • Séchage: destruction efficace des Insectes et Acariens • Traitement 55/60°C pendant 15 minutes • Lit fluidisé : suspension des grains dans un courant d’air chaud à 150°C 8 sec ou 60°C 1 min • Micro-ondes : semences et épices (petites Q) • Méthode très coûteuse 2.2.4. Les gaz inertes Dioxyde de carbone (CO2) et azote (N2) - Conservation des grains dans cellules étanches à l’air : [CO2] (respiration des grains) - Remplacement de l’atmosphère par un gaz inerte durée de traitement : qq jours à qq semaines en fonction de la T°C Asphyxie des Insectes et Acariens Avantages: - Gaz non toxiques - Pas de résidus , pas de nuisance a l’environnement Alternative aux fumigènes toxiques comme le bromure de méthyle (CH3Br) Méthode utilisée dans les pays en voie de développement 2.2.5. Les radiations ionisantes Rayonnement à ondes courtes (gamma) détruit efficacement les œufs et les larves • Trop dangereux pour les manipulateurs • Trop onéreux (équipements spécialisés) • Altération des produits traités 2.3. La lutte biologique Elimination des ravageurs par l’introduction d’autres organismes (prédateurs ou parasites) ou l’utilisation des molécules de communication chimique 2.3.1. Lutte par entomophages (insectes auxiliaires) 2.3.2. Lutte microbiologique (entomopathogènes) 2.3.3. Lutte autocide (par mâles stériles) 2.3.4. Lutte par confusion (molécules de la communication chimique) Développement années 60 comme alternative aux traitements chimiques (polluants , coûteux) Conditions de mise en œuvre de la lutte biologique : • Connaissance de la biologie de la physiologie et du comportement des espèces de ravageurs • Connaissance de la biologie de ses ennemis naturels (prédateurs , parasites) 2.3.1. Lutte par entomophages Utilise des prédateurs d’insectes, qui se nourrissent surtout des larves des espèces ravageuses - Représentants parmi les Hyménoptères, les Coléoptères (Coccinella, Adalia,Harmonia "dévoreuses de Pucerons...), les Hémiptères (Macrolophus prédatrices d'Acariens...) les Névroptères (larves de Chrysope prédatrices de pucerons...), les Diptères (larves de Syrphides prédatrices de pucerons)... Les plus intéressants sont les espèces prédatrices au stade larves et imagos (Coccinellidés) Utilisation du Chrysope (Névroptère) pour la lutte contre les pucerons Puceron Stade adulte de Chrysope et larve prédatrice de pucerons 2.3.1. Lutte par entomophages Utilisation de la Coccinelle (Coléoptère) pour la lutte contre les pucerons La "Coccinelle à sept points" Coccinella septempunctata, auxiliaire commun prédateur de pucerons aux stades larve et imago: Ce sont les auxiliaires les plus employés. D’autres insectes s’attaquent aux pucerons comme les larves de certaines espèces de Syrphes (mouches jaunes et noires) Utilisation du Trichogramme (Hyménoptère) pour lutter contre la Pyrale du maïs: Très petits insectes <1mm Parasites, pondent dans les œufs de Pyrale lâchers inondatifs 300 000 Trichogrammes/ ha Autre utilisations: -contre la tordeuse de la vigne - contre la noctuelle Utilisation des prédateurs entomophages comme auxiliaires Cadelle: Tenebroides mauritanicus prédateur de Tribolium castaneum Introduction de Teretriosoma nigrescens (Coléoptère) , prédateur naturel du grand capucin du maïs (Togo, Kenya 1991) 2.3.2. Les entomopathogènes Bactéries Ex: Bacillus thuringiensis bactérie Gram + du sol - produit des toxines, pro-toxines commercialisées sous forme de cristaux - Activées dans l’intestin moyen de l’insecte, elles lysent les cellules épithéliales du TD mort - Efficacité plusieurs mois - Traitement de surface suffisant pour les céréales Bio-pesticides spécifiques : lutte contre la pyrale du maïs Colonie de Bacillus thuringiensis. © Photo J. Niore/INRA. Le plus utilisé en agriculture biologique (dégradé par la lumière) Apparition de résistances Baculovirus: virus spécifiques des Arthropodes : infectent les larves de Lépidoptères, Coléoptères Ex: NPV Nuclear Polyhedrosis Virus: virus inclus dans des polyèdres (corps protéiques de 1 a 5 µm) pathogène de Pyralidés (Plodia interpunctella) Polyèdre du baculovius d'Autographa californica 2.3.3. Lutte autocide (lâchers de mâles stériles ) Principe: introduction en grand nombre de mâles stériles , au comportement sexuel intact Compétition avec les mâles sauvages Pas de descendances Réduction de la population ciblée Exemple: lutte contre la Cératite (ver des fruits) en Amérique centrale Emploi restreint à quelques cas bien adaptés. 2.3.4. Lutte par confusion chimique Utilise les propriétés des molécules naturelles de la communication chimique émises par les insectes pour perturber leurs signaux de communication intra-et/ou interspécifiques: phéromones (intraspécifiques): -Phéromones sexuelles: émises par femelles, permettent l’ attraction des mâles (Lépidoptères) La phéromone de synthèse épandue sur la culture entraîne une saturation de signaux sexuels, rendant les papillons mâles incapables de détecter les femelles Confusion sexuelle donc pas d’accouplement - Phéromones d’agrégation: effet attractif sur les 2 sexes destruction d’une partie ou de la totalité d’une population estimation de la taille de la population * substances allélochimiques (interspécifiques) capables d’affecter la physiologie, la biologie ou le comportement d’une autres espèce - allomones et kairomones Utilisation des phéromones dans la lutte contre les ravageurs • années 60 : commercialisation des premières molécules de synthèse (USA), utilisation en protection des cultures • Emploi en association avec des pièges Avantages / insecticides chimiques: Molécules spécifiques Non polluantes Biodégradables Non toxiques pour les autres espèces Méthode peu répandue marché < 1% du marché des insecticides chimiques… Au-delà de la lutte biologique: la lutte biotechnologique • plantes transgéniques "Bt", modifiées par ajout d'un ou plusieurs gènes codant la toxine insecticide (Cry1Ab) de Bacillus thuringiensis dans le génome de la plante hôte. Ex: Maïs Bt gène de résistance à la pyrale du maïs Ostrinia nubilalis. Ex: Coton Bt > Protection efficace et ciblée contre le ravageur Inconvénients • Risque de dissémination aux plantes non OGM/sauvages • Présence dans tous les PGM d’un gène de résistance aux antibiotiques utilisé comme «gène marqueur» • Persistance du transgène dans l'environnement • Impacts collatéraux sur espèces non-cibles • Risque d’apparition de résistances 2.4. Aménagement des pratiques culturales 1. Mesures prophylactiques • Emploi de matériel végétal sain (certifié) ; choix variétal • Elimination des résidus de récoltes 2. Moyens de désinfection physiques et chimiques • Chaleur / eau bouillante / ultrasons / formol / eau de javel 3. Pratiques culturales • Rotation des cultures : mise en place d’une culture non hôte ou défavorable à la vie d’un ravageur pendant une durée > celle de son cycle de dvlpt ou ses capacités de survies • Modification de dates / densité de semis • Sélection de variété résistante/tolérante • Emploi de plantes pièges (stratégie push-pull P&P)