OA21103A - Procédé de fabrication d'un biopesticide par nano formulation à base d'huiles essentielles du clou de girofle (Syzygium aromaticum) et de gingembre (Zingiber officinalis). - Google Patents

Abstract

Dans la lutte perpétuelle contre les agents microbiens associés à la dégradation des denrées alimentaires, les produits de synthèses chimiques sont grandement sollicités par environ 94 % des cultivateurs en Afrique noir. Malgré leur efficacité, on note une recrudescence des phénomènes de résistance microbienne, l'accumulation des résidus chimiques dans les aliments pouvant entraîner des intoxications alimentaires chez l'Homme, la contamination des nappes phréatiques et la pollution de l'environnement. Compte tenu de la demande croissante des consommateurs pour des denrées naturels dits « Bio », ces aliments traités aux pesticides chimiques sont pour la grande majorité interdits de vente dans certains marché à cause du nonrespect des exigences liées aux pratiques agricoles. Le procédé de fabrication d'un bio pesticide par nano formulation à base d'huiles essentielles de Syzygium aromaticum et de Zingiber officinalis objet de la présente invention vient remédier à cette situation. Le Nano biopesticide qui en est issu présente plusieurs intérêts à savoir : il conduit à un bio pesticide riche et diversifié en composés bioactives provenant des deux huiles essentielles combinées des plantes de la flore tropicale. Les molécules constitutives du Nano bio pesticide ont une très fine taille de 20-200 nanomètre et peuvent donc facilement pénétrer entre les tissus des plantes pour les protéger des agressions phytopathogènes. Ce Nano biopesticide présente plus d'efficacité par rapport aux autres biopesticide que l'on trouve sur le marché. Il est sans impact sur la santé de l'homme et de l'environnement. Il est une alternative fiable comparativement aux produits phytosanitaires de synthèse chimique dans l'optique d'améliorer les rendements et les pratique agricoles. /-

Description

I. INTRODUCTION

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un bio pesticide par nano formulation à base d’huiles essentielles du Clou de girofle (Syzygium aromaticum) et de Gingembre (Zingiber officinalis). Il s’agit d’une nouvelle génération de bio pesticide, combinant les molécules bioactives de deux huiles essentielles aux potentiels antimicrobiens très efficace, à large spectre d’action et respectueuse de la santé de l’homme et de l’environnement.

Les pesticides sont un ensemble de produits chimiques et biologiques destinés à assurer la destruction ou à prévenir l’action d’animaux, végétaux ou microorganismes nuisibles pour l’agriculture. Ils regroupent les insecticides, les fongicides, les herbicides et les parasiticides conçus pour avoir une action biocide.

Bien qu’ayant démontré une certaine efficacité, l’utilisation prépondérante des pesticides de synthèse chimique ont révélé une recrudescence des phénomènes de résistance microbienne, la pollution de l’environnement, la destruction de la biodiversité, la contamination des nappes phréatiques et l’accumulation des résidus chimiques dans les aliments pouvant entraîner des intoxications alimentaires chez l’Homme et la survenue de nombreuses maladies chroniques.

Les effets secondaires des produits de synthèse chimique ont poussé les agriculteurs à remettre en cause cette pratique culturale. Il s’est donc avéré nécessaire de rechercher une autre alternative qui prendrait la relève dans la lutte antimicrobienne afin de garantir la sûreté et la sécurité alimentaire. C’est cet étal de fait qui a aiguisé l’intérêt de mettre au point ce procédé de fabrication par nanoformulation d’un bio pesticide à base d’huiles essentielles de Syzygium aromaticum (Clou de girofle) et de Zingiber officinalis (Gingembre).

Un Bio pesticide est un produit de synthèse formulé à partir de substances naturelles issues des animaux, des microorganismes ou des plantes et utilisées pour lutter contre des organismes considérés comme nuisibles pour les produits agricoles. Dans une géosphère actuel ou le bio se veut être un luxe pour la certification et la commercialisation des denrées alimentaires dans le marché international, les propriétés biologiques des plantes servent de base pour le développement de cette formule, car la matière première utilisée est majoritairement constituée d’eau et des huiles essentielles des plantes, notamment du clou de girofle (Syzygium aromaticum) et du gingembre (Zingiber officinale).

Ces huiles essentielles qui sont des concentrés de métabolites secondaires entre autres l’eugénol et le gingérol qui sont de puissants composés antimicrobiens donc l’efficacité dans la protection des cultures n’est plus à démontrer. Le clou de girofle et le gingembre sont deux plantes de la flore tropicale, disponibles et abondamment cultivés dans les régions du Littoral, plus précisément dans la localité de Njombé-Penja et de l’Ouest Cameroun.

L’un des avantages majeurs de ce procédé dit de nanoformulation est la réduction de la taille des molécules bioactives, leur encapsulation dans les micelles et leurs biotransformation en particules de très petite taille (nanomètre). Tout ceci permet d’améliorer leur stabilité, réduire leur photosensibilité, optimiser leur efficacité et potentialiser leurs pouvoirs antimicrobiens contre les pathogènes des produits agricoles.

La faible taille des molécules bioactives obtenues leur confère une plus grande aptitude à se diffuser entre les tissus de la matière végétale pour d’atteindre facilement l’agent phytopathogène et le détruire. Il s’agit ici du mode curatif de traitement de la matière végétale. En outre, de manière préventive, les métabolites secondaires bio transformés ont la capacité d’induire dans les plantes une forme de prémunition. Celle-ci consiste en la synthèse de nombreux autre composés antimicrobiens au sein de plante pouvant permettre à celle-ci de faire face à une éventuelle agression biotique ou abiotique (mode préventif).

II. ETAT DE LA TECHNIQUE

Les produits phytosanitaires sont variés et se retrouve sous trois formes : liquide, et solide et en poudre. Ils peuvent être utilisé par pulvérisation, dépôt ou encore fumigation. Les bio pesticides sont des produits phytosanitaires fabriqués jusqu’à ce jour de manière traditionnelle par les agriculteurs à partir des poudres de plantes séchées de Neem, de Thym et de Piment. Le procédé de fabrication de ces produits utilise les équipements et les méthodes simplifiés de production à savoir : le séchage des plantes, le broyage, l’addition à l’eau et l’homogénéisation. Sauf que cette méthode reste limité à cause de la non maîtrise des doses applicable par les populations, une efficacité rapporté de moins de 50% car la grande partie des composés actifs restent emprisonnée dans les tissus de la plante. Ce qui pousse très souvent les agriculteurs à faire de nouveau recours aux pesticides de synthèse chimique.

Le nano biopesticide à base des combinaisons d’huiles essentielles issues de ce procédé de formulation a l’avantage de rendre disponible l’ensemble des molécules bioactives des deux plantes à une taille nanométrique. Ceci permet d’optimiser l’efficacité à plus de 95% et agrandir le spectre d’action vis-à-vis des microorganismes phytopathogènes tels que le Fusarium solani, Colletotrichum gloeosporoides, Lasiodiploidia theobromae, Rhizopus stolonifer et Aspergillus niger.

III. DESCRIPTION DE L’INVENTION

Dans la présente invention, on entend par nanobiopesticide, la combinaison de faible volume d’huiles essentielles de clou de girofle ou de gingembre, de très faible quantité de tensio-actif (Tween 80, Glycérol, Monostéarate de propylène glycol) et de grand volume d’eau. L’ensemble est soumis au procédé de cisaillement et d’encapsulation moléculaire. Le nano biopesticide sous forme de solution laiteuse est fabriqué dans des conditions d’hygiène rigoureuse et dans le respect des exigences scientifiques de formulation.

III.1. Description détaillée du procédé de fabrication

Le procédé fabrication d’un bio pesticide par nano formulation à base des combinaisons d’huiles essentielles de Syzygium aromaticum (Clou de girofle) et de Zingiber officinalis (Gingembre) se fait en trois principales étapes : (1) l’extraction des huiles essentielles des boutons floraux de girofle et des rhizomes de gingembre, (2) le cisaillement et l’encapsulation moléculaire à basse température, (3) les tests de stabilisation et le conditionnement.

III.l.l. Extraction des huiles essentielles des plantes

Les huiles essentielles du clou girofle (Syzygium aromaticum) et de ginger (Zingiber officinale) sont extraites par hydrodistillation à l’aide d’un appareillage de type Clevenger selon le procédé de la figure 1 ci-dessous. Ce procédé est repartit en 8 étapes subsidiaires suivantes :

- L’approvisionnement : les boutons floraux de girofle sec et les rhizomes de gingembre frais ont été collecté auprès des plantations paysannes du Littoral ;

Le tri et nettoyage : il consiste a lavé les plantes avec de l’eau courante ceci afin d’éliminer les débris solides, le sable et la boue ;

Le découpage : les rhizomes de gingembre sont découpés en fine lamelle avec un scalpel ;

La macération : Un kilogramme de chaque plante est introduit séparément dans un récipient dans lequel l’on ajoute deux (02) litres d’eau et l’ensemble est recouvert pendant 24 heures, dans l’optique de ramollir les tissus de la matière végétale afin de la préparer pour la distillation ;

L’hydrodistillation : les plantes macérées sont introduites dans un chauffe ballon avec un litre d’eau supplémentaire. L’hydrodistillation consiste à soumettre la matière végétale macérées à de forte température d’ébullition d’eau (+100 °C) pendant 10 heures pour le girofle et 6 heures pour le gingembre. Ceci pour induire la fragilisation des cellules des plantes et la libération des composés bioactifs volatils qui seront entraînés par les vapeurs d’eau vers un réfrigérant ou ils seront condensés sous forme de gouttelettes. Ces gouttelettes sont constituées à la fois d’eau florale (phase hydrophile) et d’huile essentielle (phase hydrophobe) ;

La purification de l’huile essentielle : la phase hydrophobe ou huileuse qui surnage est récupéré et desséché à l’aide du sulfate de sodium anhydre (desséchant chimique qui a la capacité de capter les traces d’eau présente dans un mélange) ;

Conservation : les huiles essentielles obtenues sont introduites dans des flacons sombres/opaques et conservées au réfrigérateur à -4 °C. Ceci afin de protéger les composés des huiles contre l’oxydation à la lumière et la volatilité des molécules.

L’analyse de la composition chimique des huiles essentielles est faite par

Chromatographie en phase gazeuse couplé à la Spectrométrie de masse.

Eau propre

Eau tintée-matière

Gouttelettes et trace végétale d'eau

Figure l : Procédé d’extraction des huiles essentielles par Hydrodistillation

IIL1.2. Cisaillement et encapsulation moléculaire à basse température

Les huiles essentielles pures obtenues ont été soumises à de forte pression et vitesse de rotation d’un barreau aimanté sous l’effet d’un agitateur magnétique à basse température avec ajout du tensioactif (Tween 80), des cotensioactifs (Glycérol, Monostéarate de propylène glycol) et de l’eau. Le mélange est fait de manière à assurer l’équilibre hydrophilique lipophilique (HLB) entre les quatre composantes de la figure 2 (Huile essentielle du clou de girofle, Huile essentielle de gingembre, Tween 80, Glycérol et Monostérate de propylène glycérol). Ainsi, les particules d’huiles deviennent très minuscules et se dispersent dans l’eau pour former des micelles stables. Cette deuxième étape comporte 5 sous étapes :

Choix des composants

Les composants entrant, dans la formulation du Nanobiopesticide objet de la présente invention sont notamment les huiles essentielles (HE) des plantes et de l’eau. Le tween 80 (HLB=15,01) a été utilisé comme tensioactif dans le mélange ; le Monostéarate de propylène glycol (HLB=1,8) et le glycérol (HLB=3,8) ont été utilisés comme cotensioactifs.

Tableau : ingrédients pour la formulation de 100 ml de Nanobiopesticide

	Matières	Quantité
1	Huile essentielle de clou de girofle	7 mL
2	Huile essentielle de gingembre	3 mL
3	Tween 80	3 mL
4	Monostéarate de propylène glycol (MPG)	1 mL
5	Glycérol (Gly) f	1 mL
6	H2O	85

Source : nos soins

Combinaison des huiles essentielles

Les deux huiles essentielles obtenues à base du clou de girofle et du gingembre sont introduites dans un Becher et portées sous agitation dans un Erlenmeyer fermé à l’aide d’un agitateur magnétique à 400 rpm pendant une durée de 30 minutes pour un volume final de 10 mL d’huile essentielle combinée (HECO).

Homogénéisation du Tween 80 avec Monostéarate de propylène glycol et le glycérol

Un mélange de 3 mL de tensioactif (tween 80) et 2 mL (v/v) de cotensioactif (MPG + Gly) sont portées sous agitation dans un erlenmeyer à l’aide d’un agitateur magnétique à 400 rpm pendant une durée de 30 minutes afin d’homogénéiser les tensioactifs et former 5 mL de surfactant.

Dispatching de l’huile combiné dans le surfactant

Cette étape consiste à additionner les 10 mL d’huile essentielle combinée au 5 mL de surfactant. Le tout est porté sous agitation magnétique (800 rpm) à vase clos pendant 1 heure. Ensuite, le mélange est introduit dans un Bain Marie Shaker à 45 °C pendant 30 minutes. Puis, ce mélange est soumis de nouveau à une agitation rotative de 800 rpm pendant 30 minutes. Au cours de cette étape, il y’a cisaillement moléculaire et réduction de la taille des molécules bioactives des huiles essentielles.

Encapsulation des molécules

A l’aide d’une burette graduée, on fait couler 85 mL d’eau distillée à un débit constant de 2 mL/min dans le mélange HECO-Surfactant sous agitation. Après ajout de l’eau, le mélange HECO-Surfactant-Eau est maintenu sous agitation magnétique de 800 rpm pendant 4 heures. Le mélange formulé est conservé pendant 72 heures au réfrigérateur à + 4 °C et soumis de nouveau à une agitation magnétique de 400 rpm pendant Ih. Ici, les molécules de bioactives de très petites tailles sont encapsulées dans les micelles d’eau ce qui permet de réduire leur photosensibilité et leur volatilité. A la fin de cette étape nous obtenons le Biopesticide qui est par la suite soumis à une analyse granulométrique.

Analyse granulométrie

Le biopesticide ainsi formulé est soumis à une mesure granulométrique à l’aide d’un Granulomètre Laser Mastersizer Hydro 2000 afin de déterminer la taille des particules présentes dans le mélange. Pour une nanoformulation, la taille des particules du mélange doit être comprise entre 20-200 nanomètre. C’est cette étape qui confirme la présence des nanoparticules d’huiles essentielle dans ce biopesticide et lui confère l’appellation Nanobiopesticide.

400 tpm 30 minutes

.Agitation magnétique

HE: Huile essentielle

HECO: Huiles essentielles Combinées

Figure 2 ; Procédé de cisaillement et d'encapsulation moléculaire

IIL1.3. Test de stabilisation et le conditionnement

Après 72h de conservation, le Nanobiopesticide est soumis au test de centrifugation, de lavabilité et aux tests rhéologiques afin de déterminer sa stabilité dans le temps.

- Test de centrifugation : Il consiste à soumettre 3 mL de Nanobiopesticide à une forte vitesse de rotation (3000 rpm) pendant 10 minutes et observer son comportement. Le but étant de déterminer si après centrifugation le Nanobiopesticide reste uniphasique.

Test de lavabilité : Il consiste à additionner 10 mL d’eau distillée à 2 mL de Nanobiopesticide et à observer si la solution obtenue reste homogène.

Tests rhéologiques : Il consiste à stocker le Nanobiopesticide à température ambiante pendant 180 jours et à observer quotidiennement s’il y a ou pas, l’apparition des phénomènes de floculation, de coalescence, de crémage et de sédimentation. Une bonne nanoformulation ne devrait laisser apparaître aucun de ces phénomènes.

Le Nanobiopesticide est conditionné dans des flacons translucides en matière plastique. Pour une efficacité optimale, 100 mL de ce Nanobiopesticide doivent être ajouté à 100 L d’eau avant application et/ou pulvérisation sur les cultures en prés ou post récolte.

Claims (1)

1. i. Procédé de fabrication d’un Nanobiopesticide liquide à base d’huiles essentielles du clou de girofle et du gingembre caractérisé en ce qu’il est comprend les étapes suivantes :

   • L’extraction par hydrodistillation des huiles essentielles du clou de girofle et du gingembre à travers le nettoyage, le découpage, la macération, la distillation et la purification, • La formulation du Nanobiopesticide sous forme de liquide par cisaillement et encapsulation moléculaire des huiles essentielles dans les micelles d’eau, • La stabilisation du Nanobiopesticide à travers les tests de centrifugation, de lavabilité et de phénomènes rhéologiques.

   ii. Procédé de fabrication d’un Nanobiopesticide liquide à base d’huiles essentielles du clou de girofle et du gingembre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composés actifs de l’huile du clou de girofle et du gingembre sont optimisés en vue d’améliorer leur spectre d’action vis-à-vis des agents phytopathogènes ;

   iii. Procédé de fabrication d’un Nanobiopesticide liquide à base d’huiles essentielles du clou de girofle et du gingembre selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que le procédé de nanoformulation utilisé aboutit à un biopesticide donc les molécules ont une très petite taille qui oscille entre 20-200 nanomètres et de ce fait pénètrent facilement dans les tissus de la plante afin de la protéger contre les attaques des agents phytopathogènes.

   iv. Nanobiopesticide selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est utilisable comme produit phytosanitaire dans l’assainissement des plantations agricoles et les lieux de stockage des cultures en tant que microbicide, insecticide et insectifuge contre les agents phytopathogènes que sont les bactéries, champignons, virus, puces et insectes.

   v. Nanobiopesticide liquide à base d’huiles essentielles du clou de girofle et du gingembre obtenu suivant le procédé de la revendication 1.