Étude de la formulation d'un herbicide biosourcé à base d'huile essentielle de cannelle encapsulée dans des dendrimères

Abstract

Durant les années 50, lors de l’avènement de la révolution verte, la production de pesticides chimiques, comme le glyphosate, a beaucoup amélioré le rendement des denrées alimentaire et la consommation de la population. Mais 3 principaux problèmes peuvent être relevés : le danger pour l’humain, la persistance dans le sol et le développement de résistance au sein des plantes. C’est pourquoi, de plus en plus d’alternatives voient le jour afin de pallier ces problèmes comme les huiles essentielles et notamment l’huile essentielle de cannelle qui provient de l’écorce de Cinnamomum zeylanicum et qui est connue dans la littérature pour son activité antioxydante, anti-inflammatoire, antimicrobienne, antibactérienne et biologique. Cette dernière est due essentiellement à la présence de trans-cinnamaldéhyde qui est un composé majoritaire. Ce travail a pour but d’étudier la formulation d’un herbicide biosourcé à base d’huile essentielle de cannelle (CAN) encapsulée dans des glycérodendrimères, de 3ème génération, constitués de polypropylène-imines (GD-PPI-3). Pour se faire, quatre aspects ont été approfondis : la quantification de l’encapsulation et la cinétique de relargage de formulation herbicide par HS-GC-MS et TDU-GC-MS respectivement, les propriétés physicochimiques de la formulation par microscopie optique et granulométrie et des essais biologiques sur les graines d’A. thaliana en boîtes fermées et ouvertes avec une recherche de la concentration minimale d’inhibition, de l’efficacité d’inhibition de la formulation sur terreau et lorsque le GD-PPI-3 est vieillie de 1, 2, 4 et 8 semaines. De ce fait, l’huile essentielle de cannelle est encapsulée à raison de 216,49 mg/g de GD-PPI-3 (45%). Ensuite, les profils de relargage expriment un relargage contrôlé et lent du trans-cinnamaldéhyde dans le temps pour tout les paramètres testés (Température, matrice de support, vieillissement) sur la formulation herbicide. En outre, a microscopie et la granulométrie montre une distribution monodisperse des tailles des gouttelettes, ce qui reflète la stabilité de la formulation. Enfin, les essais biologiques démontrent l’efficacité de la formulation herbicide lorsqu’elle est vieillie de 8 semaines (Plus de 60% d’inhibtion) et sur du terreau (60% d’inhibtion). De plus, la concentration minimale d’inhibition de la germination en boîtes fermées et ouvertes est de 0,125 et 3,6 mg/ml de solution GD-PPI-3 à 2 mM.

During the 1950s, with the advent of the Green Revolution, the production of chemical pesticides, such as glyphosate, greatly improved food yields and consumption by the population. But 3 main problems can be identified: the danger for humans, the persistence in the soil and the development of resistance within plants. This is why more and more alternatives are emerging to alleviate these problems, such as essential oils and in particular cinnamon essential oil, which comes from the bark of Cinnamomum zeylanicum and is known in the literature for its antioxidant, anti-inflammatory, antimicrobial, antibacterial and biological activity. The latter is mainly due to the presence of trans-cinnamaldehyde which is a major compound. The aim of this work is to study the formulation of a biosourced herbicide based on cinnamon essential oil (CAN) encapsulated in 3rd generation glycerodendrimers made of polypropylene imines (GD-PPI-3). To this end, four aspects were studied in depth: quantification of the encapsulation and release kinetics of the herbicide formulation by HS-GC-MS and TDU-GC-MS respectively, the physicochemical properties of the formulation by optical microscopy and granulometry, and biological tests on Arabidopsis thaliana seeds in closed and open boxes with an investigation of the minimum inhibition concentration, the inhibition efficiency of the formulation on soil and when GD-PPI-3+CAN is aged for 1, 2, 4 and 8 weeks. Thus, cinnamon essential oil is encapsulated at 216.49 mg per g of GD-PPI-3 (45%). Then, the release profiles express a controlled and slow release of trans-cinnamaldehyde over time for all tested parameters (temperature, carrier matrix, ageing) on the herbicide formulation. In addition, microscopy and particle size analysis shows a monodisperse droplet size distribution, which reflects the stability of the formulation. Finally, bioassays demonstrate the efficiency of the herbicide formulation when aged for 8 weeks (more than 60% inhibition) and on soil (60% inhibition). In addition, the minimum germination inhibition concentration in closed and open boxes is 0.125 and 3.6 mg per ml of GD-PPI-3 solution at 2 mM.