nsecticide
Avion diffusant de l'insecticide sur un champ (États-Unis). Cette pratique est interdite dans l'
Union européenne.
Vaporisation d'insecticide sur un arbre à cajou en
Tanzanie.
Les insecticides sont des substances actives ou des préparations phytosanitaires ayant la propriété de tuer les insectes, leurs larves et/ou leurs œufs. Ils font partie de la famille des pesticides, eux-mêmes inclus dans la famille des biocides, tous deux réglementés en Europe par des directives spécifiques.
Le terme générique « insecticide » inclut aussi les pesticides destinés à lutter contre des arthropodes qui ne sont pas des insectes (ex : araignées ou acariens tels que les tiques) ainsi parfois que des répulsifs.
On distingue des produits agissant par contact, des produits « systémiques », et des produits à mode intermédiaire, dits « translaminaires ».
En termes de pollution et de dégradation de la biodiversité, parmi les produits phytopharmaceutiques et autres biocides, les insecticides semblent les plus impliqués, car biologiquement très actifs, et de plus en plus répandus dans l'environnement. Une étude récente (2015), la première ayant cherché à faire une évaluation globale de leurs impacts sur les milieux aquatiques a montré que plus de 50 % des insecticides détectés dans l'eau (sur la base de 11 300 analyses) l'étaient à des taux « dépassant les seuils réglementaires », ce qui fait conclure aux auteurs que « la pollution des eaux de surface résultant de l'utilisation actuelle d'insecticide agricole constitue une menace excessive pour la biodiversité aquatique » et qu'« une révision fondamentale des procédures réglementaires en vigueur et des pratiques d'application de pesticides sont nécessaires pour diminuer les impacts environnementaux globaux de l'agriculture intensive basée sur l'agrochimie »1.
De 1955 à 2000, l'intensification de l’agriculture a entraîné une augmentation de plus de 750 % de la production de pesticides, une industrie qui représente aujourd’hui un marché de 50 milliards de dollars dans le monde1.
Familles chimiques
Elles sont liées aux modes d'action des insecticides, fondés par exemple sur la neurotoxicité de certaines molécules, ou sur leur impact sur la respiration cellulaire, la formation de la cuticule chitineuse, ou de la perturbation de la mue.
Ce sont principalement les :
Les organochlorés (organohalogénés)
Très utilisés de 1940 à 1970, ils sont en très nette régression.
Ce terme n'inclut pas systématiquement tout insecticide comportant dans sa formule un atome de chlore.
Ce sont des insecticides de contact : aucun n'a besoin d'être véhiculé par la sève dans les végétaux pour agir sur les insectes qui les mangent.
Les organochlorés sont des toxines neurotropes qui altèrent le fonctionnement des canaux sodium indispensables à la transmission de l'influx nerveux. Leur spectre d'action est large.
Le DDT, par exemple, agit sur l'insecte par contact et ingestion, induisant un tremblement généralisé (incoordination motrice) puis une paralysie qui met parfois 24 h pour s'installer.
La toxicité aiguë des organochlorés envers l'homme est relativement faible, dans les conditions normales d'utilisation, mais ce sont des substances très stables et bioaccumulables, donnant des produits de dégradation et de biotransformation (métabolites) encore plus stables, peu solubles dans l'eau, à faible tension de vapeur, d'où des problèmes d'accumulation dans les organismes et les écosystèmes via les chaînes alimentaires. Certains peuvent persister très longtemps dans les sols, les tissus végétaux et les graisses, ce pourquoi ils ont été interdits dans bon nombre de pays.
Outre leur rémanence excessive, leur usage a été freiné par des phénomènes de résistance apparus en particulier chez les Diptères (cas de l'aldrine), dont chez certains moustiques.
Exemples :
-
- groupe du DDT : DDD, DDT, perthane, métoxychlore, dicofol
- groupe du HCH : lindane
- groupe du chlordane : chlordane, heptachlore, aldrine, dieldrine, endrine, chlordécone, perchlordécone, diénochlore.
- dérivé de l'essence de térébenthine : endosulfan, toxaphène, polychlorocamphène
- divers : chlorfénétol, mirex, BHC (lindane), pentachlorophénol, chlorbenside.
Les organophosphorés
La première commercialisation (parathion) date de 1944. Ils sont actuellement les insecticides les plus variés du marché. Ces produits n'ont guère de points communs entre eux, si ce n'est leur origine, une certaine liposolubilité et leur mode d'action sur le système nerveux. Ce sont des inhibiteurs de la cholinestérase, qui est bloquée sous une forme inactive : l'acétylcholine s'accumule au niveau de la synapse, empêchant la transmission de l'influx nerveux et entraînant la mort de l'insecte. Ce mode d'action explique leur haute toxicité vis-à-vis de l'homme et des animaux à sang chaud.
La plupart des organophosphorés pénètrent plus ou moins dans le tissu des plantes, étant semi systémiques, ou sont transportés par le système vasculaire de la plante : ils sont alors systémiques.
Ils se situent à l'opposé des organochlorés, avec une toxicité aiguë élevée mais une faible rémanence. Leur faible rémanence nécessite souvent la répétition des traitements pour assurer une longue protection. Ils pénètrent facilement dans l'organisme des insectes par leur liposolubilité élevée. Certains sont spécifiquement acaricides.
On distingue :
- Organophosphorés aliphatiques : acéphate, déméton, dichlorvos, dicrotophos, diméthoate, éthion, formothion, malathion, mévinphos, monocrotophos, naled, ométhoate, phorate, phosphamidon, trichlorfon
Ils sont généralement hautement toxiques et peu stables.
- Organophosphorés à cycle phényl : bromophos, chlorfenvinphos, fénitrothion, fenthion, fonofos, isofenphos, parathion, parathion éthyl, parathion méthyl, phosalone, profénofos, protiophos
Ils sont plus stables que le groupe précédent (meilleure rémanence).
Des produits issus de ces 3 groupes sont regroupés ci-dessous selon leur mode d'action :
- Produits de contact : bromophos, diazinon, fénitrothion, malathion, dichlorvos, fonofos, parathion, phosmet, profénofos, téméphos, hepténophos, mevinphos, trichlorfon, phosalone
- Produits systémiques : diméthoate, formothion, isofenphos, triazophos, monocrotophos, ométhoate, phosphamidon, thiométon, vamidothion …
Les carbamates
Ce vaste groupe regroupe les dérivés de l'acide carbamique, comprenant aussi un grand nombre de fongicides et d'herbicides.
Ils agissent comme les organophosphorés ; en inhibant la cholinestérase. Certains ont des actions spécifiques (aphicide, molluscicide). Le propoxur, bendiocarbe et dioxacarbe sont utilisés en lutte anti-paludique pour leur grande rémanence.
Ils agissent le plus souvent par contact bien que certains aient une action systémique (aldicarbe, benfuracarbeé). Leur rémanence est généralement faible.
On distingue :
- les méthyl carbamates à structure cyclique phényl : aminocarbe, BPMC, carbaryl, isocarbe, isoprocarbe (MICP), méthiocarbe, métolcarbe (MTMC), mexacarbe, promécarbe, propoxur.
- les méthyl et diméthyl carbamates à structure hétérocyclique : bendiocarbe, carbofuran, dimétilan, dioxacarbe, pirimicarbe.
- Les méthyl carbamates à chaîne aliphatique : aldicarbe, méthomyl, oxamyl, thiodicarbe.
Les pyréthrinoïdes de synthèse
Insecticides dits « de troisième génération », ils sont copiés sur les pyrèthres naturels, en cherchant à augmenter leur toxicité et leur photostabilité.
Dotés d'une toxicité considérable et agissant par contact, ils tuent presque instantanément les insectes par effet choc neurotoxique, permettant de les utiliser à des doses très réduites (10 à 40 g de matière active par ha).
Comme les organochlorés, ils tuent l'insecte en bloquant le fonctionnement des canaux sodium indispensables à la transmission de l'influx nerveux.
Réputés peu toxiques pour l'homme, on leur attribue le coefficient de sécurité (rapport des toxicités pour les insectes et pour les mammifères) le plus élevé parmi les insecticides chimiques. Très biodégradables, ils ne persistent pas dans le milieu édaphique, mais ils sont très toxiques pour certains organismes aquatiques (poissons) ainsi que pour les auxiliaires de l'agriculture (dont les abeilles). Ils possèdent des propriétés diverses.
Une molécule donnée présente de nombreux isomères aux degrés d'activités variés. La synthèse industrielle cherche à ne produire que l'isomère le plus actif de la molécule.
- Exemples : bifenthrine, bioresméthrine, deltaméthrine, dépalléthrine, éthofenprox, fenpropathrine, cyperméthrine, fenvalérate, esfenvalérate, cyfluthrine, alphaméthrine, tralométhrine, fluvalinate, perméthrine, lambda-cyhalothrine, flucythrinate, téfluthrine, tralométhrine, zetacyperméthrine, bétacyfluthrine.
Les néonicotinoïdes
Les néonicotinoïdes sont une classe d'insecticides agissant sur le système nerveux central des insectes avec une toxicité inférieure chez les mammifères. Cette classe présente trois grandes caractéristiques : D'abord, ils sont hautement toxiques pour les insectes. Ensuite, leurs propriétés systémiques qui les rendent présents dans toutes les parties de la plante traitée. Enfin, ils ont une longue persistance dans l'environnement.
Les sulfones et sulfonates
Ils ont en commun une liaison soufre. Faiblement toxiques, ils ont des propriétés acaricides (contre œufs et larves), mais ils sont pratiquement inefficaces vis-à-vis des insectes.
Les formamidines
Ce sont des insecticides acaricides caractérisés par la présence d'une structure -N=CH-N. Ils tuent les œufs et les jeunes stades larvaires. Ils sont efficaces contre les insectes ayant développé une résistance aux organophosphorés ou aux organochlorés.
Les benzoylurées (perturbateurs de mues)
C'est un groupe d'insecticides découvert en 1972, le diflubenzuron étant la première matière active commercialisée. Elle se caractérise par son mode d'action qui perturbe la formation de la chitine qui n'est plus sous forme fibrillaire des larves d'insectes. La chitine synthétase est le site actif. Les insectes meurent lors de la mue suivante. Ils sont faiblement toxiques pour l'homme. Le délai d'action est de 2 à 7 jours. Leur demi-vie est de 2 semaines.
Autres familles
Carbinols : Ce sont pratiquement tous des acaricides spécifiques. Proches du groupe du DDT, ils comprennent des dérivés chlorés et bromés.
Insecticides d'origine végétale
Toutes les plantes produisent des molécules pour se défendre de leurs prédateurs, et en particulier des insectes. De nombreuses graines (Pois, haricots, grain de café notamment) contiennent des protéines spéciales (globulines) insectifuges). Certaines plantes sont depuis longtemps utilisées pour éloigner ou tuer des insectes, ou pour tuer d'autres invertébrés (comme vermifuge...), etc.
En Europe, les insecticides végétaux ont connu un développement important entre les deux guerres, avant d'être éclipsés par les insecticides de synthèse moins coûteux. Des cultures à grande échelle de plantes à propriété insecticide furent menées dans les années 50. Ces insecticides sont extraits de diverses plantes par macération, infusion ou décoction. En voici quelques exemples :
Des composées du genre Chrysanthemum accumulent naturellement dans leurs capitules des substances insecticides, les pyréthrines. Tanacetum cinerariifolium est l'espèce la plus employée. Les fleurs, rappelant par leur forme les marguerites, sont broyées et séchées. La poudre obtenue est diluée au 1/10ème dans de l'eau. L'effet est augmenté par l'addition d'adjuvants, tel que le piperonyl butoxyde. Peu toxiques, les pyréthrines sont très vite dégradées dans la nature. Elles sont actives contre de nombreux insectes avec un effet choc.
Elles sont extraites de racines, feuilles ou graines de légumineuses (Derris spp en Asie du Sud-Est et Lonchocarpus spp en Amérique du Sud). Elles sont très toxiques pour les poissons et certains insectes qu'elles paralysent (inhibition du complexe mitochondrial I, c'est-à-dire de la chaîne respiratoire à échelle cellulaire) mais sont à tort réputées inoffensives pour les abeilles et peu toxiques pour les animaux à sang chaud2. Leurs effets résiduels sont réputés faibles. C'est un insecticide de contact, utilisé contre les insectes suceurs et broyeurs (pucerons, teignes, mouches des fruits, altises, noctuelles).
Préparation : des racines de Derris elliptica de 2,6 cm de diamètre sont lavées puis broyées avec un peu d'eau et de savon (1 part de savon, 4 parts de racines et 225 d'eau). La solution obtenue par filtrage est utilisée immédiatement. Attention ! Les roténones provoquent par contact de sévères lésions des régions génitales.
Extraite au niveau des feuilles et des tiges du tabac, Nicotiana tabacum (Solanaceae). Cet alcaloïde agit par inhalation, ingestion et contact. La nicotine a des propriétés acaricides, insecticide et fongicide. La nicotine se dégrade en 3-4 jours. C'est une substance très toxique pour l'homme, les mammifères et les poissons. Sa DL 50 est de 50 mg·kg-1. Elle peut être inhalée et absorbée directement à travers la peau : il faut donc éviter tout contact lors de sa manipulation. Le traitement est plus efficace s'il se déroule à température élevée (>30 °C). Il ne faut pas consommer les cultures traitées avant un délai de 4 jours.
Préparation : la bouillie se prépare en arrosant 1 kg de tiges et de feuilles avec 15 l d'eau plus une poignée de savon (agent mouillant). Après 24 h, ce mélange est filtré et prêt à l'emploi.
L'azadirachtine, azadirine et autres alcaloïdes (neem)
Extraite d'un arbre (Azadirachta indica : Margousier) de la famille des Meliaceae, l'azadirachtine possède des propriétés insecticide et répulsive sur plus de 200 espèces d'insectes de 6 ordres différents et a des propriétés fongicides. Elle agit par contact et ingestion. Le produit se dégradant sous l'action de la lumière, il est conseillé de traiter en fin de journée. Le produit est efficace contre la teigne des crucifères, la coccinelle du melon et certaines cicadelles.
Le neem extrait des graines permet, à une concentration de 3-5 ppm, de protéger les denrées stockées sur une période de 6 mois.
Préparation : les graines sont débarrassées de la pulpe et les noyaux sont séchées à l'ombre. Une fois bien secs, ils peuvent être conservés plusieurs mois. Puis les graines sont réduites en poudre et mises à tremper dans de l'eau (25 à 50 g de graines par litre) pendant une nuit. La solution obtenue à partir des feuilles et graines est utilisée en pulvérisation contre les chenilles défoliatrices des cultures maraîchères.
Les feuilles et les fleurs sont placées sous la literie contre les poux et les puces. Une usine d'extraction de cette substance existe en Inde (1995) avec une capacité de traitement de 20 t par jour.
À Madagascar, l'espèce végétale utilisée est Melia azedarach (Meliaceae).
Ce produit est un perturbateur endocrinien3, carcinogène génotoxique4et provoque des atrophies sur les jeunes abeilles5 et des lésions dans le foie et les poumons des rats6.
Par la décision 2008/941/CE du , la Commission Européenne a refusé l'inscription de l'azadirachtine (substance active de l'Huile de neem) à l'annexe I de la directive 91/414/CEE, ce qui revient à interdire aux États membres d'incorporer cette substance active dans les préparations bénéficiant d'une autorisation de mise sur le marché sur leur territoire. Par conséquent son usage comme insecticide est interdit en agriculture, maraîchage, jardinage, espaces verts, serres. Un délai d'utilisation est maintenu jusqu'en 12/2010 (pouvant être prolongé au maximum jusqu'en 12/2011) [1] [archive]. L'azadirachtine n'est d'ailleurs pas autorisée en France [2] [archive]. Elle figure cependant parmi la liste des substances actives naturelles proposées par la commission « Moyens alternatifs et protection intégrée des cultures » de l'AFPP [3] [archive]. Un usage dans des locaux (habitation, bureaux) est logiquement autorisé, car le produit relève alors de la directive biocides.
Ce produit est extrait d'un arbre de 4 à 6 m de haut, le Quassia amara, de la famille des Simarubaceae au Brésil et en Amérique centrale, ainsi que d'un autre arbre atteignant 12 m, Picraena excelsa7.
Cette substance est présente essentiellement dans le bois. La quassine est pratiquement inoffensive pour les animaux domestiques et l'homme. Il n'affecte pas les insectes utiles tels que les abeilles et les coccinelles.
Soluble dans l'eau, c'est un produit systémique utilisé essentiellement contre les insectes suceurs (pucerons)7.
Préparation : on fait macérer 2 à 3 jours 1 kg de copeaux dans 6 litres d'eau. L'eau de trempage est utilisée en pulvérisation additionnée de 1 % de savon blanc. La quassine a une action insecticide et nématicide.
La longue persistance du goût très amer du produit empêche d'appliquer directement le produit sur les feuilles ou fruits consommables.
Par la décision 2008/941/CE du , la Commission Européenne a refusé l'inscription de la quassine (quassia) (substance active de l'Huile de neem) à l'annexe I de la directive 91/414/CEE, ce qui revient à interdire aux États membres d'incorporer cette substance active dans les préparations bénéficiant d'une autorisation de mise sur le marché sur leur territoire. Par conséquent, son usage comme insecticide est interdit en agriculture, maraîchage, jardinage, espaces verts, serres. Un délai d'utilisation est maintenu jusqu'en 12/2010 (pouvant être prolongé au maximum jusqu'en 12/2011) [4] [archive]. La quassia n'est d'ailleurs pas autorisée en France [5] [archive]. Elle figure cependant parmi la liste des substances actives naturelles proposées par la commission « Moyens alternatifs et protection intégrée des cultures » de l'AFPP [6] [archive]. Un usage dans des locaux (habitation, bureaux) est logiquement autorisé, car le produit relève alors de la directive biocides.
Cette substance est extraite de Ryania speciosa, de la famille des Flacourtiaceae et se rencontre en Amérique du Sud. On utilise les tiges, les racines et la sciure de tronc. Le produit agit par contact et l'effet est lent mais très puissant, les insectes cessant de se nourrir, de se déplacer et de se reproduire. C'est un insecticide sélectif par ingestion. Le ryania est peu toxique pour les vertébrés et l'effet dure au champ 5 à 9 jours. On obtient de bons résultats envers les larves de Lépidoptères.
Préparation : les racines, les feuilles ou les tiges sont séchées puis moulues finement. 30 à 40 g de poudre sont mélangés à 7 à 8 litres d'eau puis le liquide obtenu par filtrage est pulvérisé, tous les 10 à 14 jours en arboriculture.
Cette substance provient de diverses espèces d'Aconitum (A. fischeri, A. kuznezoffi, A. autumnale, A. napellus). Ces plantes contiennent de l'aconitine et d'autres alcaloïdes très toxiques pour les mammifères, les oiseaux et les invertébrés. Par voie orale, la dose létale chez l’homme varierait de 2 à 5 mg. En Chine, ces plantes sont cultivées pour le traitement de semences.
Le géraniol
Le géraniol est obtenu par distillation fractionnée d'extraits naturels de Cymbopogon winterianus Jowitt. Il a été démontré que le géraniol en solution aqueuse avait une double action sur les insectes et tous les stades de la métamorphose, par étouffement et déshydratation de l'insecte, des œufs et des larves. C'est même l'un des meilleurs larvicides du marché.
Le piment
Une décoction de piment a également un effet insecticide.
Le café ?
Une étude brésilienne a montré que les grains de café (non-torréfié) sont riches en globulines insecticides8. Ces globulines se sont avérées en laboratoire très efficaces contre la larve du charançon du niébé (insecte modèle couramment utilisé pour tester l'activité insecticide des protéines) ; 50 % des larves exposées étaient rapidement tuées par d'infimes quantités de ces protéines du café. Des scientifiques imaginent créer des OGM exprimant le gène codant cette protéine, par exemple dans des céréales, en espérant que ces protéines ne soient pas directement ou indirectement nocives pour l'homme ou l'environnement si produites par des parties consommables des plantes cultivées ou si par croisement génétique elles étaient produites par des cousines sauvages.
Efficacité
Elle varie selon les produits, selon les conditions d'application (vent, hygrométrie, qualité du pulvérisateur).
L'apparition et/ou diffusion (par le jeu de l'évolution et de la sélection naturelle) de gènes de résistance chez les insectes-cibles9,10 ou non-cibles (ou arthropodes11) peut réduire ou annuler leur efficacité ou poser de nouveaux problèmes (pullulation d'une espèce devenue résistante par exemple, telle que la mouche domestique12 ou le moustique ou divers déprédateurs des cultures).
Marché
En 2011, le marché mondial des insecticides (y compris acaricides et nématicides) s'élevait à 14 milliards de dollars, dont 11,6 milliards pour les applications agricoles (traitements foliaires, du sol et des semences) et 2,4 milliards pour les applications non-agricoles13.
Impacts environnementaux
De par ses objectifs et son mode d'action, tout insecticide utilisé dans le milieu naturel a un impact écologique, plus ou moins important selon son efficacité, sa toxicité plus ou moins ciblée14 et sa rémanence dans l'environnement, même s'il s'agit d'un produit dit d'origine naturelle ou microbienne (Toxine Bt par exemple)15.
Parfois l'insecticide tue aussi les prédateurs naturels de l'espèce-cible (ou les fait régresser), ce qui perturbe les réseaux trophiques, y compris des agroécosystèmes, dans les rizières notamment16 ou la prédation intraguilde peut être modifiée17. Les insecticides peuvent ainsi dégrader de nombreux services écosystémiques (via la régression des apidés et des papillons pollinisateurs par exemple) et paradoxalement favoriser la diffusion d'insectes parasites devenus résistants, dont Nilaparvata lugens, devenu le premier parasite du riz dans les rizières18. Ils contribuent aussi directement et indirectement au déclin du plancton aérien19 à faire régresser les populations d'animaux insectivores (dont oiseaux tels qu'hirondelles et martinets)20 et d'autre part à limiter l'efficacité des pesticides en favorisant des phénomènes de résistances aux insecticides21. À titre d'exemple, on a montré qu'en Camargue le fipronil était dans la nature in fine inefficace pour limiter certaines espèces de moustiques qui y sont pourtant sensibles en laboratoire : ainsi, le fipronil destiné à tuer les larves de chironomes a aussi dans la nature un impact négatif sur leurs prédateurs invertébrés (et indirectement sur les vertébrés), d'où l'absence paradoxale de différence dans l'abondance des chironomes entre parcelles biologiques et parcelles traitées par le fipronil21. Dans les premières diffusions, l'espèce survit normalement, mais sans la seconde les insectes qui échappent aux pesticides ou devenus résistants se reproduisent d'autant mieux qu'ils ont moins de prédateurs (la biomasse en macroinvertébrés prédateurs) diminue dans les zones traitées21 ; soit par intoxication via l'alimentation, soit via le manque de nourriture pour les insectivores ou prédateurs d'insectivores. Plus haut dans la chaîne trophique, certains oiseaux tels les hérons régressent aussi21. Les rizières conventionnelles ont donc une moindre valeur trophique que les rizières biologiques21.
Parfois, l'insecticide tue des insectes qui eux-mêmes contrôlaient des ravageurs herbivores, ce qui peut poser de nouveaux problèmes dans les agrosystèmes22.
Plusieurs études scientifiques menées par des chercheurs (INRA, CNRS) et des ingénieurs des filières agricoles et apicoles (ACTA, ITSAP-Institut de l’abeille, ADAPI), ont souligné l'impact négatif d'une classe d'insecticides, les néonicotinoïdes, sur les abeilles et bourdons en laboratoire et lors de tests en conditions contrôlées. Ces insecticides agissent sur le système nerveux central des insectes, et sont parmi les insecticides les plus utilisés à travers le monde. Ces molécules sont mises en cause par de nombreux apiculteurs pour expliquer le syndrome d'effondrement des colonies d'abeilles23.
Mode d'utilisation
Il est recommandé de ne pas pulvériser en présence de vent ou par temps ensoleillé (déshydratation des gouttelettes et évaporation dans l'air). Une hygrométrie élevée est favorable, mais il ne doit pas pleuvoir pendant ou juste après le traitement.
Il est parfois recommandé d'appliquer les insecticides à usage externe à la tombée de la nuit car, l'humidité de l'air remonte, certains composés sont détruits par les rayons du soleil et donc moins actifs s'ils sont répandus en journée. D'autre part, cela permettrait d'éviter de tuer certains insectes utiles tels que les abeilles. En effet, les abeilles s'abreuvant notamment de la rosée du matin, elles sont souvent intoxiquées si l'insecticide a été répandu en tout début de matinée. C'est cependant le soir que se forme la rosée, qui peut également être bue par d'autres espèces (espèces nocturnes notamment).
Perspectives, prospective et recherche
Pour mieux étudier et comprendre le mode d'action des insecticides et répulsifs notamment utilisés dans la lutte anti-vectorielle pour le contrôle de maladies véhiculées et transmises par des moustiques, poux, puces, tiques de nouvelles méthodes pourraient être bientôt disponibles.
- la modélisation moléculaire et la modélisation des interactions moléculaires ;
- l'utilisation de cultures cellulaires. On a ainsi récemment (publication 2011) réussi à cultiver et utiliser des neurones isolés de moustiques Anopheles gambiae adultes, qui semblent pouvoir aider à mesurer l'efficacité plus ou moins répulsive ou insecticide de certaines molécules24.
Dans la lutte anti vectorielle, des alternatives aux produits chimiques existent ou sont en cours développement, dont la lutte biologique (auxiliaires de l'agriculture), le piégeage par des phéromones, la diffusion de mâles et/ou femelles stérilisées, l'utilisation de virus, champignons ou bactéries25 infectieux pour les insectes (avec le risque de toucher des espèces non ciblées dans ce dernier cas, et de susciter des résistances)
Notes et références
- La contamination des cours d’eau, rivières et estuaires dans le monde par les insecticides agricoles est sous-estimée et a un impact dévastateur sur les écosystèmes aquatiques, révèle une recherche allemande publiée lundi aux États-Unis [archive] ; AFP ; Lundi, 13 avril 2015 16:29, mis à jour le 13 avril 2015 21:17
- « Tous les insecticides sont dangereux pour les abeilles… | ForumPhyto » [archive] (consulté le )
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Voir aussi
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Articles connexes
Liens externes
Accélérateur MHD
Mouvement d'une particule chargée dans un champ électrique (loi de Coulomb)
Sans champ magnétique, la présence d'un champ électrique (électrostatique) accélère[Information douteuse] les particules chargées d'un fluide conducteur par la force électrostatique (selon la loi de Coulomb) :
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F → e = q E → {\displaystyle {\vec {F}}_{e}\ =\ q\;{\vec {E}}\,} 
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Le sens de cette force est opposé pour les particules positives (accélérées du + vers le -) et les particules négatives (accélérées du - vers le +). Le fluide (par exemple un gaz ionisé ou plasma) est dans ce cas globalement neutre et reste statique. Dans le cas particulier où une seule espèce chargée est extraite d'un plasma (par exemple les électrons) et temporairement stockée, le plasma n'est plus neutre et les ions positifs restants peuvent être accélérés électrostatiquement, avec le reste du fluide par le jeu des collisions ion-ion et ion-neutre : c'est le principe du moteur ionique.
Mouvement d'une particule chargée dans des champs électrique et magnétique (force de Lorentz)
Dans le cas où un champ magnétique est présent, les particules chargées accélérées par un champ électrique au sein de ce champ magnétique subissent une force électromagnétique dite force de Lorentz selon l'équation :
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F → e m = q E → + q v → ∧ B → {\displaystyle {\vec {F}}_{em}\ =\ q\,{\vec {E}}\ +\ q\,{\vec {v}}\wedge {\vec {B}}\,} 
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- Fem est la force électromagnétique ou force de Lorentz, en newtons
- q est la charge de la particule, en coulombs
- E est le champ électrique, en volts par mètre
- v est la vitesse de la particule, en mètres par seconde
- B est le champ magnétique, en teslas
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Le sens de cette force dépend de la charge q, il est donc inverse pour les particules positives et les particules négatives.
Cas d'un conducteur solide (force de Laplace)
Cette force de Lorentz est souvent simplifiée, dans le cas d'un conducteur électrique solide tel qu'un fil électrique, en la force de Laplace :
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d F → = I d L → ∧ B → {\displaystyle d{\vec {F}}\ =I\ d{\vec {L}}\wedge {\vec {B}}\,} 
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- I est le courant électrique, en ampères
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Les vecteurs F, I et B sont perpendiculaires les uns aux autres et forment un trièdre dans l'espace selon la règle de la main droite (= trièdre direct).
Cas d'un conducteur fluide (MHD)
Un fluide conducteur (liquide ou gaz ionisé) possède en son sein des porteurs de charge de différents signes : ions positifs et ions négatifs ainsi que, dans le cas d'un plasma, des électrons libres (négatifs).
La force de Lorentz dans une interaction MHD n'agit pas sur une particule chargée isolée, ni sur les électrons libres parcourant le réseau atomique d'un métal conducteur. C'est une densité de force ou « force volumique » (une force par unité de volume) agissant sur une densité de charge homogène dans le volume d'un fluide en mouvement :
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f → = Q E → + J → ∧ B → {\displaystyle {\vec {f}}\ =Q{\vec {E}}+{\vec {J}}\wedge {\vec {B}}\,\!} 
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Le champ électrique accélère les particules chargées vers les électrodes en sens opposé selon leur charge et le champ magnétique dévie ces particules chargées, durant leur accélération, également en sens opposé selon leur charge. Cette double inversion[pas clair], accélération électrique puis déviation magnétique, résulte en une distribution des forces de Lorentz toutes parallèles et de même sens[réf. nécessaire]. Le fluide est mis en mouvement uniforme, car toutes les particules, quelle que soit leur charge (positive et négative, de même que les particules neutres par le jeu des collisions), sont entraînées dans le même sens[pas clair].
Typologie
Champs électromagnétiques
On distingue les accélérateurs MHD :
- à conduction : création de courants électriques dans le fluide par des électrodes, en présence d'un champ magnétique généralement uniforme ;
- à induction : création de courants induits dans le fluide par un champ magnétique variable (selon la loi de Lenz), sans électrode.
Écoulement du fluide
Si le fluide est accéléré à l'intérieur d'un conduit dans lequel est concentrée l'interaction MHD, il s'agit d'un accélérateur MHD à écoulement interne (écoulement à la manière des tuyères des moteurs à réaction).
Si les champs électromagnétiques agissent sur le fluide environnant la paroi extérieure d'un appareil, il s'agit d'un accélérateur MHD à écoulement externe (écoulement à la manière des micro-organismes ciliés tels la paramécie).
Géométries
Les convertisseurs MHD fonctionnant sans pièce mécanique mobile, ils peuvent prendre une multitude de formes :
- écoulement interne, dans des canaux à veine ronde, carrée, annulaire, hélicoïdale, etc. Exemples : tuyères de Faraday à électrodes planes ou segmentées, tuyères de Hall à électrodes décalées ;
- écoulement externe, linéairement le long de surfaces planes ou quasi planes (tuiles MHD) ou radialement autour de formes en volume (géométries cylindrique, sphérique, coniques, discoïdales…).
Applications
Les accélérateurs MHD sont principalement utilisés dans l'industrie sous forme de pompes électromagnétiques ainsi que dans les aspects propulsifs de véhicules de haute technologie ; et pour certains types d'armes militaires.
Pompes électromagnétiques
Les pompes électromagnétiques se divisent en quatre grandes catégories :
- les pompes à conduction :
- à courant continu,
- à courant alternatif monophasé ;
- les pompes à induction à courants polyphasés :
- plates (à barres de court-circuit, FLIP en anglais),
- annulaires (dites aussi cylindriques, ALIP en anglais).
Les pompes à conduction à courant continu se rapprochent de la roue de Barlow. Deux électrodes injectent un courant continu pendant qu'un électroaimant (ou un aimant permanent) crée le champ magnétique. Leur grand inconvénient est qu'il faut mettre en œuvre des intensités très élevées pour des tensions très faibles, d'où des pertes énormes par effet Joule proportionnel au carré de l'intensité (dans la pompe, dans l'alimentation en courant et dans le système redresseur). Leurs deux avantages fondamentaux sont leur compacité et leur capacité à supporter de hautes températures sans refroidissement. Dans certains cas particulier de pompes de petite taille, des bobinages en argent ont permis un fonctionnement à des températures pouvant atteindre 600 °C.
Les pompes à conduction à courant alternatif font appel aux deux phénomènes de conduction et d'induction. Leur fonctionnement rappelle celui de certains transformateurs à entrefer. Leur principal défaut, hormis leur très faible rendement, est la cavitation. La pression à l'entrée de la pompe doit donc à tout instant être suffisante (le plus souvent supérieure à un bar).
Les pompes à induction se rapprochent des moteurs asynchrones. Le rendement de ces machines est de l'ordre de 15 à 45 %. Il y a plusieurs causes à la limitation du rendement : les métaux liquides sont le plus souvent véhiculés par des conduits eux-mêmes métalliques, qui sont le siège de courants électriques parasites induits et de courants de dérivation dans le cas des pompes plates, l'ensemble provoquant des pertes très importantes par effet Joule. Les effets d'extrémités (à l'entrée et à la sortie de la pompe) génèrent des courants parasites diminuant de 15 % à 35 % la puissance d'une pompe et donc son rendement. L'épaisseur de l'entrefer est très importante, à cause d'une part de l'épaisseur du conduit et d'autre part de l'épaisseur des isolants thermiques à mettre en œuvre (sodium, aluminium, magnésium, zinc…). À cet entrefer physique s'ajoute un entrefer magnétique supplémentaire, dit entrefer de Carter, lié aux effets de denture de l'inducteur. Ces entrefers centimétriques génèrent des fuites magnétiques. Dans la majorité des cas ces champs magnétiques de fuite sont plus importants que les champs magnétiques utiles. Les bobinages devant produire les champs magnétiques inducteurs sont donc très volumineux et sont le siège de pertes par effet Joule importantes. Ils doivent donc être refroidis par de puissants systèmes de ventilation.
Tous ces types de pompes ont été très utilisés dans les circuits secondaires et de secours du réacteur nucléaire Superphénix pour faire circuler le sodium liquide, ainsi que dans certaines fonderies d'aluminium pour doser ou transférer l'aluminium liquide.
Propulsion spatiale
Les accélérateurs MHD dans l'espace sont généralement appelés propulseurs électromagnétiques à plasma (le plasma est un gaz ionisé). Ils s'inscrivent dans le futur proche de l'exploration spatiale au XXIe siècle1.
Un gaz ionisé peut être accéléré grâce aux forces de Lorentz, interaction de courants électriques, émis à travers ce gaz, avec des champs magnétiques soit directement induits par ces courants (self-field accelerators) soit générés par des solénoïdes externes (applied-field accelerators). Les propulseurs équipés de solénoïdes peuvent d'ailleurs être conçus pour fonctionner sans décharge électrique dans le gaz (et donc sans électrode), par induction. Dans ce cas, c'est un champ magnétique rapidement variable qui induit des courants électriques dans le gaz, la combinaison des deux générant les forces de Lorentz. La propulsion électromagnétique est la sous-catégorie la plus évoluée de la propulsion électrique2, qui en compte trois :
- Propulsion électrothermique. De telles interactions peuvent servir, dans une première approche, à compresser un arc électrique de grande intensité dans une colonne d'hydrogène, afin de chauffer ce gaz et de l'éjecter en expansion à travers une tuyère divergente : on parle alors de propulseur électrothermique, dont une réalisation est l'arcjet ;
- Propulsion ionique électrostatique. On envisage ensuite d'utiliser ces forces pour contraindre magnétiquement un plasma à l'intérieur d'une enceinte dont on extrait uniquement des ions, accélérés par un champ électrique, ou encore pour contrôler magnétiquement la direction de diffusion de ces ions une fois sortis de l'enceinte : c'est un moteur ionique (à forces électrostatiques) où le champ magnétique joue un rôle de confinement. Ces moteurs ioniques électrostatiques permettent de grandes vitesses d'éjection (en moyenne, 40 km/s) mais génèrent de faibles poussées (à cause de la faible densité du flux ionique) et sont utilisés pour le contrôle fin de l'orbite de satellites et la propulsion de sondes spatiales où la durée de voyage n'est pas critique ;
- Propulsion plasmique électromagnétique. Ces forces peuvent enfin être elles-mêmes de nature propulsive, en accélérant directement le plasma. On parle alors de propulseurs électromagnétiques à plasma.
Voici les principaux moteurs électromagnétiques à plasma, par puissance croissante.
- PPT : Le Pulsed Plasma Thruster3 utilise l'énergie électrique pour décaper un matériau solide ablatif (généralement du téflon), processus qui l'ionise. Ce plasma peu dense est ensuite accéléré électromagnétiquement par une impulsion magnétique ultra-brève, générée par un solénoïde, qui induit des courants électriques dans le plasma s'opposant au champ magnétique inducteur, et in fine leur répulsion mutuelle par induction selon la loi de Lenz. La poussée est extrêmement courte et faible (quelques micronewtons), et est donc utilisée à des fins de pointage de précision ou pour remonter une orbite.
- PIT (Pulsed Inductive Thruster, propulseur à induction pulsé)4 : utilise un solénoïde plat (généralement d'un mètre de diamètre) et un injecteur de gaz à valve ultra-rapide, qui injecte quelques milligrammes de propulsif au milieu de la bobine. Un banc de condensateurs se décharge dans le solénoïde en 10 microsecondes sous 30 kV, générant dans le gaz une brève impulsion de champ magnétique axial, inductif, qui ionise le gaz. Le gaz est alors repoussé vers la sortie sous l'effet des courants induits, selon la loi de Lenz. L'avantage principal de ce type de propulseur à induction est le confinement du plasma loin de la paroi, ainsi que l'absence d'électrodes et d'arc électrique, ce qui élimine l'érosion. Un autre avantage du PIT est sa polyvalence à fonctionner avec divers propulsifs, tels que l'argon, mais aussi l'hydrazine, l'ammoniac, le dioxyde de carbone... à des impulsions spécifiques maximales de 6000 secondes avec un rendement de 60 %, un PIT de 1 MW fonctionnerait en 200 Hz.
- Propulseur MPD ou LFA : moteur électromagnétique de haute puissance (quelques centaines de kilowatts à plusieurs mégawatts électriques par propulseur) le plus étudié depuis les années 1960 est le propulseur MPD (magnétoplasmadynamique) également appelé LFA (Lorentz Force Accelerator) dans ses versions améliorées. Les propulseurs MPD les plus performants permettent à la fois une poussée très forte (jusqu'à 200 newtons) et des vitesses d'éjection élevées (atteignant la centaine de kilomètres par seconde, avec des impulsion spécifique de l'ordre de 10 000 secondes). Voir l'article propulseur magnétoplasmadynamique.
- VASIMR : Le Variable specific impulse magnetoplasma rocket5 (Fusée magnétoplasma à impulsion spécifique variable) utilise une force propulsive continue, d'origine principalement électrothermique, avec une composante utilisant les forces électromagnétiques qui éjecte de l'hydrogène ou de l'hélium ionisé. L'appareil fait intensivement appel aux champs électromagnétiques variables (sans électrodes), à travers une série de plusieurs « cellules magnétiques ». À vitesse maximale (Escape Mode, pour s'extraire de la gravité planétaire), VASIMR doit être capable d'assurer une poussée continue -quoique temporaire- de 500 newtons avec une impulsion spécifique de 6 000 secondes. À vitesse de croisière (Cruise Mode, entre deux planètes) VASIMR doit donner continuellement une poussée de 50 newtons sous l'impulsion spécifique record de 30 000 secondes. Voir l'article VASIMR.
- PMWAC (Propagating Magnetic Wave Plasma Accelerator)6 ou IPA (Inductive Plasma Accelerator)7 : Propulseur à induction par onde magnétique (sans électrode). De multiples solénoïdes sont placées en série les uns à la suite des autres autour d'une tuyère cylindrique, à l'intérieur de laquelle ils génèrent un champ magnétique axial. Ce champ est d'abord uniforme, il magnétise le plasma qui se retrouve accessoirement confiné loin de la paroi. Les solénoïdes subissent ensuite individuellement une élévation impulsionnelle du courant électrique les parcourant. Cette impulsion électrique est distribuée dans chaque solénoïde avec la même amplitude mais en déphasage par rapport au solénoïde précédent, de telle sorte qu'une onde magnétique péristaltique se met à parcourir l'intérieur du tube. Le plasma est accéléré en suivant cette onde, entraîné par le pincement des lignes de champ générant une hausse localisée de la pression magnétique (le plasma est diamagnétique et fuit les régions où le champ magnétique est élevé), et expulsé par les forces de Lorentz, générées par l'interaction du champ magnétique axial avec les courants azimutaux qu'il induit dans le plasma du fait de l'élévation rapide de son intensité. Ces forces de Lorentz ont en effet à la fois une composante centripète (confinante) et axiale (propulsive). Un propulseur à onde magnétique de 5 mètres de long et d'une puissance de 2 MW propulse un plasma à la vitesse de 300 km/s (Isp = 30 000 s) et une poussée record de 4 000 newtons. Une version de 25 mètres et 20 MW à la même poussée offre une vitesse d'éjection record de 1 000 km/s (Isp de 100 000 secondes)8.
Propulsion maritime
Les premières études sur la propulsion MHD en milieu océanique datent de la fin des années 1950 aux États-Unis9. En 1958, l'ingénieur Stewart Way, du département R&D de Westinghouse à Pittsburgh, publie un premier rapport officiel10 sur le sujet. En 1961, Warren A. Rice dépose le premier brevet11, en parallèle aux travaux des américains James B. Friauf12 et O. M. Phillips13. Un second rapport de Stewart Way14 est publié en 1964 par l'American Society of Mechanical Engineers (ASME). En 1966, S. Way teste avec succès le premier modèle-réduit de submersible à propulsion MHD muni de deux électrodes, long de 3 mètres et pesant 400 kg, dans la baie de Santa Barbara, en Californie. Ces recherches sont stoppées durant la décennie suivante, en raison de l'impossibilité de fabriquer les bobines produisant de très forts champs magnétiques nécessaires à un rendement MHD correct. Les Soviétiques continuent cependant les recherches militaires sur la propulsion MHD des sous-marins, afin de rendre ceux-ci silencieux et donc furtifs.
La disponibilité d'électroaimants supraconducteurs, capables de produire les champs magnétiques nécessaires (plusieurs teslas), relance ensuite ces études. Aux États-Unis, celles-ci sont destinées en priorité aux submersibles de l'US Navy15. Dans les années 1990, l'Université de Pennsylvanie mène des expériences au FBNML (Francis Bitter National Magnet Laboratory) du MIT (Massachusetts Institute of Technology) en circuit fermé une configuration hélicoïdale, et obtient des vitesses d'écoulement de 3,7 mètres par seconde et un rendement de 10 % avec un champ magnétique de 8 teslas16. En parallèle à ces recherches universitaires, l'US Navy ne commente pas les éventuelles réalisations effectives, mais publie à la même époque plusieurs brevets17 décrivant des sous-marins à propulsion MHD et à diminution de la traînée par contrôle de la couche limite en poupe.
Les Japonais mènent des recherches civiles sur la propulsion MHD depuis les années 1970. L'université de la marine marchande de Kobé réalise en 1976, sous la direction du physicien Yoshiro Saji, une première maquette suivie d'une seconde de 3,6 mètres de long pesant 700 kg en 1979, et envisage à cette époque la future construction d'un brise-glace sans hélices propulsé par MHD18. Le premier véritable navire à propulsion MHD, le Yamato 1 (utilisant 12 accélérateurs linéaires de Faraday) navigue pour la première fois en 1992.
La Chine teste également à la fin des années 1990 un prototype de bateau à propulseur MHD hélicoïdal muni d'un électroaimant de 5 teslas, le HEMS-119, et entreprend un partenariat avec le Japon pour tester la propulsion MHD en laboratoire avec des champs magnétiques de grande intensité (15 teslas)20.
En France, le physicien Jean-Pierre Petit du CNRS réalise, à l'Institut de Mécanique des Fluides de Marseille (IMFM), en 1976, l'annihilation de la vague d'étrave et de la turbulence de sillage autour d'un profil cylindrique, immergé dans un courant d'eau acidulée dans un champ magnétique de 4 teslas, par les forces de Lorentz en écoulement externe21. Dans les années 1990, la Marine nationale passe un contrat avec l'Université Grenoble-1, afin d'effectuer au LEGI (Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels) une veille technologique sur la propulsion MHD. Une étude expérimentale d'une maquette de bateau à propulsion MHD est publiée en 2017, comparant avec succès la vitesse de croisière théorique aux vitesses mesurées en laboratoire pour une large gamme de paramètres22.
Propulsion atmosphérique
L'action MHD sur l'air est aussi possible si cet air est rendu conducteur de l'électricité, par une ionisation qui le transforme en plasma.
Les applications propulsives de la MHD-gaz en milieu atmosphérique visent à vaincre le mur de la chaleur à vitesse hypersonique. Diverses études sont concernées, par ordre de difficulté technique croissant :
- Rentrée atmosphérique à bouclier MHD sur les capsules spatiales
- Contrôle de l'écoulement interne pour les moteurs à réaction (pontage MHD)
- Contrôle de l'écoulement externe : réduction des ondes de choc, des traînées de frottement, de sillage et d'onde
- Propulsion électromagnétique par poussée MHD
Ce cas particulier de la magnétohydrodynamique appliquée au milieu atmosphérique est la magnétoaérodynamique (MAD).
Canons à plasma
Certains canons électromagnétiques accélèrent un plasma par les forces de Lorentz, soit pour la propulsion directe des particules chargées à vitesse relativiste, soit pour la poussée d'un obus matériel :
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
Notes et références
- (en) R.H. Frisbee, « Advanced propulsion for the XXIst century [archive] », JPL, AIAA-2003-2589, juillet 2003.
- Lire à ce propos l'ouvrage de référence sur la propulsion électrique :
(en) R.G. Jahn, Physics of Electric Propulsion [archive], McGraw-Hill Books Co, NY, 1968
et les développements récents :
(en) R.G. Jahn, E.Y. Choueiri, « Electric Propulsion [archive] », p. 125-141 dans Encyclopedia of Physical Science and Technology, Princeton University, Academic Press, vol. 5, III Ed. 2002 ; J.M. Sankovic, « NASA Technology Investments in Electric Propulsion: New Directions in the New Millennium [archive] », Glenn Research Center, NASA, 2002.
- (en) Pulsed Plasma Thrusters [archive], NASA, Glenn Research Center, 2004.
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- (en) Propagating Magnetic Wave Accelerator (PMWAC) for Manned Deep Space Missions [archive]
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- (en) Propulsion of submarines by Lorentz forces in the surrounding sea, S. Way, ASME Paper 64 WA/ENER7, 29 novembre-4 décembre 1964.
- Recherches effectuées notamment à l'ARL (Applied Research Laboratory) de l'Université de Pennsylvanie, à l'ANL (Argonne National Laboratory [archive]) de Chicago, et au Naval Underwater System Center de Newport (devenu le Naval Undersea Warfare Center, Newport dit "NUWC-N")
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- (en) A superconducting helical MHDP experiment ship (HEMS-1) [archive].
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- (en) Jean-Pierre Petit, « Is supersonic flight without shock wave possible? [archive] (analogic results in hydraulics) », VIII International Conference on MHD Electrical Power Generation, Moscou, 1983. Voir aussi les pages 29 à 39 de cette note technique CNES [archive] rédigée par le physicien des plasmas Bernard Zappoli en 1981.
- (en) Experimental and Theoretical Study of Magnetohydrodynamic Ship Models [archive], D. Cébron, S. Viroulet, J. Vidal, J.-P. Masson, P. Viroulet, PLoS ONE, 12, (6) : e0178599, 2017.
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