7. Nouvelles méthodes delutte7.4. Utilisation réduite de pesticides grâce auxdéveloppements dans le domaine desformulations7.4.l. Innover dans la technologie desformulations pour une application despesticides plus respectueuse del'environnement

Schiffers B.Copin A.

Faculté des Sciences Agronomiques de GemblouxChimie analytique et PhytopharmaciePassage des Déportés 2B - 5030 Gembloux

Roland L. Faculté des Sciences Agronomiques de GemblouxBureau Environnement et AnalysesPassage des Déportés 2B - 5030 Gembloux

632.95/98

Mots clés Pesticide, formulation, réduction des doses, formulation sans solvant,microgranulé, enrobage des semences, localisation

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RésuméL'innovation dans la technologie des formulations de pesticides vise,en valorisant l'efficacité biologique, autant à la réduction de la con-sommation d'énergie que des quantités de matières actives appli-quées à l'hectare, pour un meilleur respect de l'environnement. Cebut peut être atteint par un choix adéquat d'adjuvants et par ledéveloppement de nouvelles formulations qui exaltent le potentield'activité des pesticides.Ainsi, le succès d'un traitement ne s'explique pas seulement parl'efficacité de la matière active utilisée mais aussi, sinon tout autant,par les qualités intrinsèques de sa formulation conditionnant parexemple la persistance d'action, la pénétration, la ténacité ou lasélectivité du pesticide. Le choix de la présentation du produit, desadjuvants et des emballages permet de réduire l'impact du traitementsur l'environnement. Les formulations à base d'eau, les microémul-sions ou les suspoémulsions, offrent une alternative intéressante auxproduits à base de solvants. De même, le développement des granu-lés, des enrobages de semences et des formulations à libérationrétardée de matière active, s'inscrit dans cet objectif de minimiserl'impact des traitements grâce à l'exploration de méthodes d'applica-tion très localisées, et accroît les possibilités de mettre au point desstratégies de lutte intégrée contre les ravageurs.

1. Importance et objectifs de la technologiedes formulations pour l'environnementBeaucoup de facteurs interviennent pourconduire au succès d'un traitement, et lesquantités de pesticides réellement utiles lorsd'une application sont parfois dérisoires;elles dépendent pour une bonne part desméthodes d'applications et du type de para-site à détruire (Graham-Bryce et Hartley,1978)A côté de l'activité biologique, de l'efficacitéet de la sélectivité qui résultent certes de lanature de la matière active, mais aussi desadjuvants de formulation, il faut s'intéresseraux interactions des propriétés physico-chimiques qui déterminent la persistance, lamobilité, la biodisponibilité (Schiffers etGaloux, 1992). Ainsi, si l'on place sur la sur-face foliaire d'une plante un composé herbi-cide pur, il ne montrera qu'un faible pour-centage - 10 % environ selon Schapira etVincent (1988) - de son activité potentielle.

222

A l'inverse, convenablement formulé avecdes adjuvants appropriés, son efficacité peutêtre nettement augmentée, permettant ainside diminuer la dose requise pour le traite-ment, d'où la part importante que prend laformulation dans le développement d'unproduit à activité phytosanitaire. Le rôle quepeuvent jouer les 'surfactants', c'est-à-dire lesadjuvants qui abaissent la valeur de la ten-sion superficielle, est rappellé par Steurbaut(1992)C'est pourquoi, formuler un produit phyto-sanitaire, c'est d'abord prendre une matièreactive sous sa forme de base, dite technique,et la rendre utilisable, c'est-à-dire qu'onpuisse la transporter et la stocker sans ris-que, la manipuler sans intoxication, préparerla bouillie sans incompatibilité, l'épandresans phytotoxicité, ni manque d'efficacité.Mais c'est aussi s'attacher à :- rendre la matière active plus efficace, dansle but de réduire les doses d'utilisation, par

Landbou •.••.njd ••~hnh - RC'HIC' dl' 1A~muhur('. 1991. Vol 45. Numero hors sene. Nommer buuen reeks

exemple en augmentant sa pénétration, sonrecouvrement, sa biodisponibilité, son adhé-sivité, sa persistance et en diminuant savolatilité, sa dégradation;- prévenir et limiter les risques de pollutionde l'environnement, notamment en choisis-sant adéquaternent ses adjuvants (par exem-pte, la nature des solvants ou des émulga-teurs), ou encore en améliorant lalocalisation du traitement;- combiner plusieurs matières actives dansune seule préparation commerciale;- réduire les coûts de production;- économiser la main d'œuvre, surtout aumoment de l'application;- pouvoir conditionner les pesticides dansdes emballages réutilisables ou dont la des-truction ne pose pas préjudice à l'environ-nement.

2. Situation actuelle et voies nouvellesRépondre à tous ces objectifs amène à uncompromis entre l'optimum d'efficacité bio-logique, la rentabilité du traitement et uncoût de fabrication acceptable pour l'indus-triel, où les intérêts de l'utilisateur mais éga-Iement de l'environnement seront pris encompte. Le résultat c'est un nombre croissantde types de formulations mises sur le mar-ché: en 1978, le Groupement Internationaldes Associations nationales de Fabricants deProduits Agrochimiques (GIFAP) en avait

recensé 51; six ans plus tard, il établissait lescodes de 64 spécialités différentes, et dans latroisième édition de son catalogue, en 1989,c'est quelques 71 types de formulations quisont décrits, reflétant les progrès dans cettetechnologie.Cependant, les concentrés émulsionnables(EC), poudres mouillables (WP) et concen-trés solubles (SL) représentent encore plusde 50 % des préparations présentes sur lemarché. La figure 1 donne une idée de larépartition des différents types de formula-tions en Belgique (Schiffers et Galoux, 1992).Notons que parmi ces formulations, unegrande proportion est constituée de mélangesde deux ou plus de deux molécules.Les nouvelles formulations, comme les gra-nulés dispersables (WG), pénètrent progressi-vement le marché. Ces dernières années,sont apparues de nombreuses matières acti-ves dont la dose d'utilisation s'exprime eng/ha au lieu de kg/ha; ce fait a sans contestepermis le développement non seulement denouvelles formes de présentations, mais aussid'emballages des produits phytosanitaires.Nous commenterons ou illustrerons briève-ment ci-après les développements qui sontactuellement menés et qui visent par exem-ple à réduire la toxicité et l'écotoxicité desproduits (élimination des poussières ou decertains solvants, encapsulation, ...) tout enaméliorant la facilité d'emploi (produits prêts

Figure 1 Répartition des formulations selon leur nature en Belgique

30 "/0

25

20

15

10

5

oEC SL scWP

Sem - formulations speciahsees pour semences

GR SE Sem AutresWG CS

223

à l'emploi, emballages plus propres et plusefficaces, dosages plus aisés), à mieux valori-ser la dose de matière active appliquée (for-mulations retard, enrobage des semences), àassocier plusieurs matières actives.

3. Réduire la toxicité et l'écotoxicité

3.1. Eliminer les poussières, faciliter ledosage et rendre les emballages moinstoxiquesLes poudres mouillables (WP) sont des for-mulations souvent moins onéreuses et plussûres pour la culture que les formulationsliquides, en raison de l'absence de solvantsorganiques dans leur composition. Cepen-dant, elles sont plus difficilement dosables,ce qui peut conduire à un risque de surdo-sage, et elles donnent lieu à un dégagementde poussières lors de la mise en œuvre.Pour éviter ce problème, on les conditionnedepuis quelques années en emballageshydrosolubles. En 1989, une société françaisea conditionné 4.200 tonnes de produitsphytosanitaires sous films hydrosolubles àpartir de résines d'alcool polyvinyliques(PYA). Les sachets de 5 g à 2.500 g de con-tenance se dissolvent complètement en quel-ques minutes. Le suremballage reste indemnede traces de poudre et peut donc être détruitcomme un cartonnage ménager (Charmet,1990). Ce succès s'explique également parl'apparition des gels, en sachets solubles(géludoses) permettant un dosage simple etprécis et évitant tout contact avec le produit.Le sommet de la convivialité est atteintaujourd'hui par la présentation des produitssous forme de tablettes effervescentes embal-lées individuellement sous aluminium; lecontact avec le produit est ainsi supprimé, le .dosage est très facile et aucune dérive,vapeurs ou poussières ne sont à craindre.Les granulés dispersables dans l'eau (WG)présentent l'avantage de ne pas former depoussières et d'être aussi facilement dosablesque des formulations liquides. Le taux derecouvrement obtenu est excellent du fait dela division des particules. De plus, et con-trairement à certaines formulations liquides(SC), les emballages vides sont propres cequi facilite leur destruction et prévient legaspillage de produit. Les procédés de fabri-cation récents permettent d'y associer plu-sieurs matières actives et de ne plus êtrelimité uniquement à celles qui sont solides.Incontestablement, les avantages offerts par

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cette formulation devraient se traduire dansles parts de marché conquises par celle-cidans les années à venir.Pour toutes ces présentations, il faudracependant veiller à ce que la dissolution soitsuffisament rapide et complète sous peine devoir les têtes de jet se boucher; la dureté del'eau, plus encore que sa température, condi-tionne les performances de désagrégation etde mise en suspension.

3.2. Eviter ou remplacer les solvants lesplus aggressifsEn 1987, l'E.P.A. a classés dans 4 listes parordre de toxicité environ 1200 adjuvantscouramment utilisés en formulation de pesti-cide, comme les solvants des solutions érnul-sionnables (EC) (Thomas, 1990). Cela signi-fie que le xylène, et à terme tous les solvantsaromatiques, est considéré comme un adju-vant toxique et que toute formulation nou-velle contenant ce solvant devra être approu-vée par l'E.P.A. (Almhôjd, 1989). EnBelgique, des solvants tels le méthanol, lesoxyéthanols, le benzène, l'hexane, le nitro-propane, le nitrobenzène et la diméthylfor-mamide sont interdits sauf si la preuvescientifique de leur nécessité technologiqueest fournie (Schiffers et Galoux, 1992).L'idéal serait de se passer des solvants enémulsionnant la matière active; mais du faitde leur viscosité, des problèmes posés parleur mise en émulsion et du manque de sta-bilité de la phase dispersée, les mélanges dematière active concentrée et d'émulsifiantsne représentent pas une solution, sauf casparticulier. Par ailleurs, le remplacement dessolvants aromatiques pour la fabrication desEC s'avérant délicat, des émulsifiants quirendent possible l'usage de l'eau comme sol-vant ont été développés. Deux types de for-mulations liquides à base d'eau sont mainte-nant disponibles pour la préparation decertaines molécules: la microémulsion (ME)et l'émulsion (EW).L'apparition de ces formulations est toutbénéfice pour l'environnement. Ainsi,l'absence de solvant dans les microémulsionsleur confère certains avantages non négligea-bles:une réduction de la toxicité; moins d'odeurdésagréable; un point éclair plus élevé - cequi signifie une manipulation et un transportmoins risqués; des emballages moins coû-teux; et dans certains cas, une augmentationde l'activité biologique et une diminution de

1..•mdbouwnjdsc hnf . RfYUt" dl' l"A,Knculturt'. 1992, Vol i'j. Numero hors sene. Nummer buuen reeks

la phytotoxicité. De même, selon Chiba(1990), en plus des qualités d'incombustilitéet de sécurité au transport, les formulationsEW limitent fortement l'irritabilité de la peaudes pyréthrinoïdes, réduisent les risques dedérive (les gouttes pulvérisées étant plusgrosses qu'avec les EC) et améliorent la sta-bilité en empêchant l'hydrolyse (Schiffers etGaloux, 1992).Le succès des suspensions concentrées (SC),avec près de 20 % des préparations, tient àleurs qualités intrinsèques: suppression dessolvants - à part un faible pourcentage deglycol comme anti-gel - et forte division dela matière active (micronisation) permettantd'obtenir une répartition très régulière,tenace sur le végétal traité et particulière-ment efficace. Elles permettent aussi desapplications à volume/ha plus réduit. Ellessont malheureusement réservées aux matiè-res actives combinant une faible solubilitédans l'eau et un point de fusion supérieur à60°C.D'un autre côté, les possibilités offertes parles huiles végétales sont de plus en plus pro-metteuses. Chaque année apparaissent sur lemarché des formulations à base d'huile végé-tale, essentiellement des esters de colza. Mais

les huiles végétales sont surtout utilisées en'tank mix' pour exalter l'efficacité des matiè-res actives. Salembier (1992) a passé enrevue l'utilisation de diverses huiles et autresadjuvants, ainsi que leur rôle sur l'efficacitéd'antigraminées foliaires en froment.

4. Mieux valoriser l'applicationMieux valoriser les quantités de pesticidesappliquées, c'est aussi allonger leur persis-tance d'action et réduire l'impact des pestici-des sur l'environnement par la ponctualisa-tion des dépôts. Les formulations à libérationretardée, comme la microencapsulation oul'enrobage des semences avec des matièresactives intégrées à des polymères biodégrada-bles, grâce à la diffusion progressive de lamatière active vers l'extérieur, libèrent lajuste quantité nécessaire à la destruction del'insecte, du nématode ou de l'adventice(Figure 2).Les micro capsules (CS) présentent une toxi-cité réduite pour les mammifères des matiè-res actives, insecticides et herbicides, leursparois agissant comme un isolant. De plus,la taille et le poids spécifique des capsulesrendent ces spécialités moins sensibles aulessivage par les pluies que les autres formu-

Figure 2 Comparaison de la persistance d'efficacité de deux formulations à dose de matièreactive épandue égale (formulation EC versus formulation retard). Le niveau de 500 gm.a./ha est considéré comme efficace

m.a./ha2500

2000

or- - - - - - - - - -- -- -- - - - - - - - - - ---- ----- - - - - - - - - - -----•"•\....•- - .. - - -- _ .. _ .. -- - - - - - - - - - - -- - - - - -- - - - - - - - - - - - - -,•-,

•- - ---~-- -------------- ----------- -------------•\.•\.- --- ..- - - -•...- - -- _ .. _ .. - - - - - - - - - -.- - --_ ..-_ ..---- - ---" .•\.

1500

1000

500

o6 Il 16 26 3121

- •• - Formulation EC~ Formulation retard

Semaines

225 Landbouwujdschrtf . R~vut de rAgncuhurt. 1992. Vol 15. Numtro hors sene. Nommer buuen reeks

lations. Les capsules permettent de maintenirla matière active dans la zone superficielledu sol (zone de germination des adventices)et évitent son entraînement dans les nappesphréatiques par les eaux de percolation(Petersen et Shea, 1989). Ainsi en Italie, seu-les les formulations microencapsulées del'alachlore sont autorisées à la vente (Mauve,1992).Le dépôt d'insecticide peut être réduitjusqu'à la ponctualisation en incorporantle(s) pesticide(s) à l'enrobage des semences,moins de 1 % de la surface cultivée est alorstraitée. La localisation du produit sur lasemence et son incorporation au sol condui-sent à un rendement d'utihsation de loinsupérieur à celui d'une pulvérisation ou del'épandage d'un granulé, à une contaminationminimale de l'environnement et à une expo-sition réduite, voire nulle, des insectes auxi-liaires. Ce respect pour l'environnement setraduit d'ailleurs dans la nouvelle réglemen-tation sur les produits végétaux bio qui pré-voit que les agriculteurs biologiques peuvent

utiliser les semences traitées classiquement(règlement CEE de juin 1991). En outre, lestraitements industriels de semences sont réa-lisés dans des installations fermées, souscontrôle, et sont confiées aux soins d'opéra-teurs entraînés, ce qui penn et l'applicationde produits de plus en plus élaborés sanscraindre d'interférences avec les impondéra-bles climatiques ou autres.Des formulations spécialement adaptées autraitement des semences ont donné une nou-velle jeunesse à cette méthode de lutte: lepelliculage ('coating') et l'enrobage en billes('pelleting';' combinés aux techniques récen-tes d'encapsulation, permettent d'obtenir unelongue persistance d'efficacité et une écono-mie en matière active dépensée ('slow releaseformulations').Les matières actives peuvent être incorporéesà des matrices (polymères), broyées et cali-brées, qui seront intimement mélangées auxmatériaux d'enrobage pour obtenir un effetde libération-retard de la matière active; lessemences de légumes, de céréales ou de

Figure 3 Comparaison entre les cinétiques de libération du carbofuran à partir de microgranu-lés ou de formulations d'enrobages de semence; du chlorfenvinphos et du furathio-carbe à partir d'autres formulations d'enrobage (enrobages réalisés dans notre labora-toire)

% Cumulés X_X-X-X • ~.~.....;,.,;.....c..-o100

90X.... /.~

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0 ~'-~--I 1

2 8 9 10 II 12 13 14 15

Nombres d'élutions

4 6

•• - Furathiocarbe.Q- Chlorfenvinphos

• •• Carbofuran enrobages'X' Carbofuran granulés

226 Landbouwnjdschrtf . Revue de l'Agnculturt, 1992, Vol i5, Numero hors strie", Nummer buiten reeks

légumineuses font l'objet de programmesparticuliers de recherche (Schiffers et al.,1988). La figure 3 permet de comparer, dansun test standardisé, les vitesses de libérationde divers insecticides incorporés aux enroba-ges de semences à une formulation demicrogranulés de référence.

5. Associer plusieurs matières activesL'association des matières actives phytophar-maceutiques entre elles ou avec d'autres pro-duits présente de nombreux avantages, dontcelui de lutter simultanément contre desorganismes différents en appliquant enmême temps, par exemple, c!n fongicide etun insecticide. Combinant parfois jusqu'àquatre composés actifs différents et complé-mentaires dans la même formule, ces mélan-ges présentent l'avantage de supprimer toutepréparation en tank, de diminuer globale-ment le nombre de spécialités sur le marché,de permettre un gain de temps en réduisantle nombre de passage et donc de réduire lecoût des interventions. Du point de vue dela sauvegarde de notre environnement, utili-ser des associations de produits dont, parsynergie, le résultat d'efficacité est supérieurà la somme de l'activité de chacun des corn-

posés, est très intéressant car il permet deréduire les doses d'application.Cependant, il faut rester conscient que laréduction de produit entraîne non seulementla réduction de la matière active mais aussicelle de tous les adjuvants et donc de leurconcentration dans la bouillie. Ainsi, pourun EC de phenrnédipharne, passer d'uneconcentration de 2 1 à 0,5 l/hl entraîne unesérie d'effets secondaires qui ont pour princi-pal résultat le bouchage des têtes de jet pardes cristaux de matière active. Il est connuque l'association de phenmédiphame avecl'éthofumésate, le triallate ou le cycloate per-met de diminuer la dose d'utilisation, etGaloux (1992) a avancé l'hypothèse que lesmatières actives associées jouant le rôle deco-solvant réduisaient la cristallisation duphenmédiphame dans la bouillie.Les propriétés physico-chimiques des matiè-res actives s'opposent souvent à leur combi-naison et de nouvelles technologies doiventêtre développées pour les combiner dans desformulations contenant plus d'une phase: lessuspo-érnulsions (SE) sont un exemple inté-ressant d'évolution vers ces formulationsmixtes (Schiffers et Galoux, 1992).

ConclusionsRendre les traitements plus efficaces, diminuer l'impact des produitssur l'environnement, ce n'est pas seulement sélectionner de nouvel-les molécules ou améliorer les techniques d'application, mais c'estaussi rendre au produit tout son potentiel d'activité par le choixjudicieux d'adjuvants dont les qualités écotoxicologiques serontreconnues.Cependant, étant donné que les pesticides les plus anciens ne peu-vent être remplacés immédiatement, leur utilisation dans le cadred'une régulation intégrée des ravageurs et des maladies impose uneinnovation continue dans la technologie des formulations pour ren-dre les traitements nécessaires plus sûrs, plus efficaces, plus sélectifset moins polluants. Selon nous, la tendance ira dans le sens d'unremplacement progessif des formulations à base de solvant par cellesà base d'eau, et d'autre part, vers les formulations solides au détri-ment des formulations liquides.En valorisant d'une manière optimum la dépense en produit qui estconsentie par l'exploitant, les formulations contribuent à abaisser le

227 Landbouwnjdschnft - Rf'\U~ de l'Agnculwrt. 1992. Vol 'l'j, Numtro hors sëne. ummer buuen reeks

coût des intrants tout en maintenant l'efficacité biologique qui est laraison même des traitements phytosanitaires.

RemerciementsLes auteurs remercient la firme Zaadunie BV. pourson support financier et sa collaboration à l'élabo-ration de certaines formulations d'enrobage desemences, ainsi que la firme Bayer Belgium S.A.pour la fourniture des microgranulés de car-bofuran.

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Summarylmpr-ovanrnt of pesticide formulations and application methods to reduce their negativernvil'Onmrntal impact

The development of pesticide formulationsand several new methods of application tryto reduce as high as possible the energyconsumption as weil as the amount of activeingredient applied per ha, for an increasingof the environnement protection and biologi-calefficacy.The scope for improving pesticidal efficiency

228

through formulation can be reached by thechoice of sorne adequate adjuvants and newformulations types which intensify the acti-vity potentiel of the pesticide. Water baseformulations instead of solve nt base formula-tions, solid formulations against liquid for-mulations, and controlled release pesticideformulations, like microgranules or pelleted

Landbcuwnjdschnfr • Revue de l'Agriculture. 1992. Vol '45, Numtro hors série, Nummer butten reeks

seeds, will try ta decrease the negativeimpact on environ ment in the near future.Seed pelleting with controlled release formu-lations offers a real opportunity to minimize

the application rates used and enhances theinsecticide efficacy. Typical patterns of activeingredients release are given.

229 Landbouwnjdschnft . Revue de l'Agnculrure. 1992, Vol. 15, Numéro hors strie. Nummer buiten reeks