Formulation d’insecticides en poudre par adsorption des huiles essentielles de Xylopia aethiopica et de Ocimum gratissimum sur des argiles camerounaises modifiées

Insecticidal powder formulations by adsorption of Xylopia aethiopica and Ocimum gratissimum essential oils on cameroonian modified clay

• Auteur / Autrice : Marie Goletti Nguemtchouin Mbouga
• Direction : Marc Cretin, Richard Kamga, Martin Benoît Ngassoum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/06/2012
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie en cotutelle avec Ecole nationale supérieure de chimie (Montpellier)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Cretin, Richard Kamga, Martin Benoît Ngassoum, Randa Khoury, Cécile Pagnoux, Pascale Chalier, David-Jacques Cornu, Léonard Simon Tinkeu Ngamo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Randa Khoury, Cécile Pagnoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Huiles essentielles

Bioinsecticides

Argile

Adsorption

Mots clés libres

Adsorption

Argiles modifiées

Formulation insecticide

Xylopia aethiopica

Ocimum gratissimum

Huile essentielle

Adsorption

Modified clay

Insecticidal formulation

Xylopia aethiopica

Ocimum gratissimum

Essential oil

Résumé

En Afrique sud- saharienne, plusieurs méthodes de protection des stocks alimentaires sont utilisées ; parmi elles, les insecticides synthétiques qui représentent un risque réel pour la santé humaine. Pour apporter une alternative à ces insecticides chimiques potentiellement dangereux, le présent travail a pour objectif de développer des bio-insecticides en formulant des poudres par adsorption d’huiles essentielles sur des argiles. Deux argiles naturelles du Cameroun ont été utilisées comme adsorbants des composés terpéniques des huiles essentielles de Xylopia aethiopica et Ocimum gratissimum pour la préparation d’insecticides. Dans le but d’améliorer leur capacité d’adsorption, ces argiles ont été traitées par la soude et l’acide sulfurique. Elles ont également été modifiées par des solutions de polycations d’aluminium ou de fer de rapport molaire varié ainsi que par des cations d’alkylammoniums. Une bentonite commerciale a été utilisée comme référence dans le suivi des modifications. Ces différentes matrices ont été caractérisées avant et après modifications par diffraction des rayons X, adsorption-désorption d’azote, spectroscopie infra rouge à transformée de Fourier, analyses thermogravimétriques et différentielles, et photométrie de flamme. Il ressort de la caractérisation que l’échantillon de Wak est majoritairement constitué de kaolinite, et celui de Maroua de montmorillonite. Le traitement par l’acide sulfurique et par les polycations métalliques entraînent une augmentation de la surface spécifique des argiles, tandis que la soude et les cations d’alkylammoniums la réduisent fortement. La surface spécifique de la montmorillonite passe de 82 m².g-1 à 4,5 m².g-1 après traitement au céthyl triméthyl ammonium (CTMA). Les diffractogrammes montrent une augmentation de la distance interfoliaire des argiles étudiées après modification aux cations alkylammoniums. La distance interfoliaire augmente de 5,5 Å et de 10,6 Å respectivement pour la montmorillonite et la bentonite traitée par le CTMA. Les argiles de type smectite après modifications aux polycations métalliques, présentent en revanche un étalement du pic caractéristique de l’espace interfoliaire. Les cations alkylammoniums entraînent donc une intercalation effective des molécules de CTMA et phényl triméthyl ammonium (PTMA) entre les feuillets de montmorillonite et de bentonite tandis que les polycations métalliques entraînent une exfoliation du matériau argileux. Les argiles-alkylammoniums présentent les plus grandes capacités d’adsorption des composés terpéniques malgré les plus faibles surfaces spécifiques. Ainsi, face aux composés terpéniques, la capacité d’adsorption des argiles ne dépend pas uniquement de la surface spécifique mais également de l’espacement interfoliaire de l’adsorbant ainsi que de l’affinité des molécules d’adsorbât vis-à-vis de l’adsorbant. Des tests insecticides ont montré que les formulations à base de la Mont-CTMA présentent une toxicité plus stable que celle préparée à partir de l’argile brute (Mont-Na). La formulation Mont-Na-HE perd la totalité de son activité insecticide au bout de 30 jours de conservation dans les boîtes ouvertes. La formulation Mont-CTMA-HE par contre n’en perd qu’environ 60% dans les mêmes conditions. La rémanence de la formulation varie avec l’adsorbant utilisé ; car l’effet insecticide de l’huile essentielle d’O. gratissimum persiste pendant 107 jours lorsqu’elle est fixée sur la Mont-CTMA, tandis que fixée sur l’argile brute, elle perd son activité au bout de 45 jours. Ces résultats nous permettent d’affirmer que les argiles modifiées augmentent la durée de l’effet insecticide des huiles essentielles et peuvent être utilisées pour une application industrielle dans la production des bio-insecticides.

In sub-Saharan Africa, several methods to protect food stocks are used ; amongst them are synthetic insecticides. These synthetic insecticides pose high real risk to human health. This study aims at providing an alternative to the dangerous synthetic chemical insecticides, by developing bioinsecticides formulating powders through adsorption of essential oils on Cameroonian clays. Two natural clays collected in Cameroon were used as adsorbents of terpene compounds of Xylopia aethiopica and Ocimum gratissimum essential oils, for the preparation of insecticides. The clay fractions were obtained from soil aggregates by sedimentation. In order to improve their adsorption capacity, these clays were treated with sodium hydroxide and sulfuric acid. They were also modified with solutions of aluminum, iron polycations with molar ratio varied and alkylammoniums cations. A commercial bentonite was used as reference for these modifications. These different adsorbents materials were characterized before and after modifications by X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption, infrared Fourier transform spectroscopy, thermal analysis, and flame photometry. According to the characterizations of the clay materials, Wak sample contained more kaolinite clay, while Maroua sample contained more montmorillonite clay. The sulfuric acid and metallic polycations caused an increase in the specific surface of clays, while sodium hydroxyl and alkylammoniums cations greatly reduced the SBET. For example, the Mont-Na+ SBET decreased from 82 m². g-1 to 4.5 m².g-1 after treatment with cetyl trimethyl ammonium (CTMA). Diffractogrammes showed spacing of smectites interlayer (montmorillonite and bentonite) after treatments with alkylammoniums cations at 5.5 Å and 10.6 Å respectively, for the interlayer space of Mont- CTMA and Bentonite- CTMA clays. After treatments with metallics polycations, smectite clays show a broadening of characteristic peak. Alkylammoniums cations led to an effective insertion of CTMA molecules and phenyl trimethyl ammonium (PTMA) between the interfoliar space of montmorillonite and bentonite while the metal polycations led to an exfoliation of the same clays. The interreticular spacings of kaolinite remain unchanged after any treatments. The kinetic model of pseudo second order is applicable to the adsorption of terpenic compounds by clays. Finding also showed that spread is not the only limiting factor in the process of adsorption of terpene compounds. Alkylammoniums-clays have the largest adsorption capacities of terpene compounds despite the lower specific surface they present. All this allows us to maintain that in the presence of terpenic compounds, the adsorption capacity of clays depends not only on the SBET but more on the interlayer spacing of the adsorbent and on the affinity of the adsorbate molecules toward the adsorbent. Concerning bioassays, it appears that the formulations made with Mont- CTMA presented a more stable toxicity than Mont-Na. Mont-Na-EO formulation loses all its insecticidal activity after 30 days of storage in the open boxes ; while Mont-CTMA- EO formulation only loses about 60% under the same conditions. Moreover, the Mont-Na-EO loses 50% of its insecticidal power (LD50) after 6 days ; while Mont-CTMA- EO loses the same quantity after 16 days when stored in open boxes. The remnance effect of the formulations based on essential oil varied with the adsorbent used. Because the insecticidal effect of O. gratissimum essential oil persisted during 107 days when it is adsorbed on Mont-CTMA, when adsorbed on Mont-Na, it loses all its activity for about 45 days. These results allow us to assert that modified clays increase the duration of the insecticidal effect of essential oils and can be used for industrial application in the production of bio-insecticides based on essential oils.