Atrazine

Nous avons choisi de nous concentrer sur l’Atrazine, elle fait partie des Triazines et plus précisément des chloro-diamino-S-triazines. Son rôle est de tuer les plantes par blocage du photosystème II.

Molécule d'Atrazine

Molécule d’Atrazine

Elle est composée de la molécule 2-chloro-4-éthylamino-6-isopropylamino-1, 3, 5-triazine ou l’Atrazine pour son nom courant.

Formule : C8H14ClN5

L’Atrazine a été élaborée en 1956 par l’entreprise suisse Geigy.

Elle sert principalement dans les cultures de maïs et permet de lutter efficacement contre les mauvaises herbes et les graminées.

Son utilisation s’est développée mondialement grâce à son efficacité et son prix abordable. Ainsi, en France environ 80% de la surface cultivée en maïs était traitée avec cet herbicide. Cela représentait 5000 tonnes utilisées chaque année.

Cependant, depuis 2003 la molécule est considérée comme nocive pour l’homme et toxique en milieu aquatique. Ce risque est connu à partir d’une certaine concentration, ce qui a mené à son interdiction totale d’utilisation en France. Néanmoins, d’autres pays comme les Etats-Unis ou le Canada continuent à l’utiliser.

L’Atrazine et plus généralement les triazines sont répandues sur le sol et l’absorption par les mauvaises herbes se fait par les racines. La molécule provoque la mort de la plante en bloquant la photosynthèse, mécanisme fondamental pour la production d’énergie chez les végétaux. Vous trouverez ci-dessous le fonctionnement précis de la photosynthèse ainsi que la manière dont l’Atrazine bloque ce processus.

La photosynthèse et le Photosystème II

Les végétaux sont des êtres-vivants autotrophes, c’est-à-dire capables d’élaborer leur propre matière organique.

Pour cela, ils vont utiliser l’énergie lumineuse afin de produire des glucides selon l’équation :

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

cellule végétale

Schéma d’une cellule végétale

Les pigments photosynthétiques permettent d’utiliser cette source d’énergie en absorbant différentes longueurs d’onde.

Ils se trouvent au niveau des thylakoïdes, eux-mêmes inclus dans les chloroplastes, des organites propres aux cellules végétales.

Les principaux pigments photosynthétiques des végétaux sont les chlorophylles et les caroténoïdes. Ils permettent l’absorption d’un large éventail de longueurs d’onde.

pigment

Les pigments forment des amas de plusieurs centaines de molécules, dans lesquels on peut distinguer un centre réactionnel (ou chlorophylles centres).

Celui-ci est composé d’une paire précise de molécules de chlorophylle a et d’une antenne constituée d’autres molécules.

Cette dernière permet de transmettre les photons incidents au centre réactionnel. Celui-ci est responsable des réactions photochimiques, par transfert d’un électron à un accepteur.

Cet ensemble d’élément est un photosystème. Il se trouve dans la membrane des thylakoïdes.

Il en existe deux chez les végétaux : le photosystème I et le photosystème II.

Nous allons nous intéresser au fonctionnement du photosystème II (PSII) qui est la cible des herbicides inhibiteurs de la photosynthèse.

L’antenne du PSII est principalement composée de chlorophylle b. Le centre réactionnel du photosystème II est appelé P680 en référence à la longueur d’onde correspondante à son absorption maximale et est donc composé d’un dimère de chlorophylle a.

Schéma du fonctionnement des deux photosystèmes

Schéma du fonctionnement des deux photosystèmes

Lorsqu’un photon atteint la chlorophylle du centre réactionnel, celle-ci est excitée et peut céder un électron à un accepteur. Il s’agit donc d’une réaction de réduction.

Cet électron va ensuite être transféré le long d’une chaîne de transporteurs jusqu’à un accepteur final.

Le manque d’un électron au niveau du centre réactionnel va ensuite être comblé par l’oxydation de molécules d’eau H2O.

Il s’agit d’une réaction de photolyse qui produit de l’O2 selon l’équation :

2H2O → O2 + 4H+ +4e-.

2 page 82

ISBN : 2-7380-0211-0

L’accepteur primaire de l’électron est la phéophytine, une molécule de chlorophylle particulière dont l’atome de magnésium Mg est dépourvu d’un cation central.

La charge négative est ensuite transférée à une quinone QA puis à une seconde QB. Une quinone est une molécule ayant un composé aromatique avec un noyau de benzène dont deux atomes d’hydrogène sont remplacés par des atomes d’oxygène.

L’électron est ensuite accepté non plus dans le PSII mais dans la membrane du thylakoïde par la Plastoquinone, une coenzyme de la famille des quinones.

Cela se traduit par l’équation de réaction :

2H2O + 2PQ + 4H+ → O2 + 2PQH2 +4H+.

Les molécules de plastoquinone associées à deux atomes d’hydrogène PQH2 ainsi créées ont un rôle dans le fonctionnement du PSI. Les deux photosystèmes couplés permettent la formation d’ATP, c’est-à dire la transformation d’énergie lumineuse en énergie électrochimique.

4 page 85

ISBN : 2-7380-0211-0

L’Atrazine permet ainsi de bloquer tout ce processus, en se fixant au niveau de la protéine QB présente dans le PS II et porteuse d’un site d’affinité pour les inhibiteurs.

Sa présence empêche la réduction des éléments le long de la chaîne de transporteurs en bloquant le passage des électrons entre QA et QB.

De façon plus précise elle provoque un retour en arrière de l’électron transféré à QB qui se retrouve à nouveau sur QA.

L’énergie lumineuse est alors évacuée sous la forme de fluorescence et de chaleur.

La résistance aux herbicides

En plus de l’interdiction de l’utilisation de l’Atrazine en France, les agriculteurs doivent faire face à la résistance des mauvaises herbes aux herbicides.

On dit qu’une plante est résistante lorsqu’elle peut supporter une quantité d’herbicide supérieure à la quantité habituellement létale pour cette espèce, tout en pouvant continuer à se reproduire et dont la descendance aura les mêmes propriétés.

On peut distinguer deux mécanismes distincts de résistance chez les plantes :

  • La résistance par mutation cible et pression de l’environnement
  • La résistance par détoxification

La résistance aux triazines se fait par mutation cible, c’est la première à avoir été remarquée et ce dès 1970.

Contrairement à ce que l’on pourrait croire, ce n’est pas l’exposition aux herbicides qui provoque une mutation chez la plante.

En effet, les mutations sont aléatoires lors de la réplication du génome de n’importe quel être-vivant, ce qui permet l’évolution. Ainsi, la plupart du temps ces mutations ne provoquent aucun avantage ou désavantage.

Dans le cas qui nous intéresse, la mutation a provoqué une résistance au désherbant, lui conférant un avantage par rapport aux autres individus de son espèce.

En effet, la mutation provoque une perte d’affinité pour le site de fixation habituel de l’herbicide étudié plus tôt.

La pression du milieu, c’est-à-dire ici l’exposition à l’Atrazine, va alors faire évoluer les espèces de plantes vers des populations possédant cette mutation et donc cet avantage.

Les plantes avec la mutation vont survivre et vont pouvoir se reproduire. C’est la sélection naturelle.

Environnement/Toxicologie/Risque

Le danger principal de l’Atrazine provient de la contamination des eaux provoquée par son utilisation massive.

On peut le constater au niveau des rivières, des nappes d’eau souterraines et donc indirectement dans l’eau potable qui dessert les habitations.

En effet, la concentration maximale légale de l’Atrazine est de 0,1 μg/L. Or de nombreuses études montrent que cette quantité a allégrement été dépassée, parfois avec une concentration vingt fois supérieure.

Graphique eau

On peut alors se demander quels sont les risques pour la santé de l’homme mais également pour l’environnement, alors que la recommandation en vigueur est de ne pas dépasser 40 μg/kg/jour.

Ainsi, la molécule pourrait augmenter les risques de cancer, notamment celui des ovaires. Cependant, aucun lien n’a pu être clairement établi. La molécule a donc été déclarée comme non cancérigène. Toutefois, elle serait un perturbateur endocrinien. Elle pourrait donc gêner le fonctionnement normal des hormones dans l’organisme.

Il est alors difficile de quantifier le réel impact de l’herbicide sur l’organisme.

Pour se donner une idée, la DL50 (dose létale pour 50% de la population testée) a été calculée pour certains animaux :

DL50

Qu’est ce qui est utilisé de nos jours ?

CanadaNous pouvons constater avec ce graphique ci-dessus qu’en plus de l’interdiction de l’Atrazine en France et dans certains pays d’Europe, l’utilisation des triazines est en baisse au Canada.

La résistance des plantes à ces désherbants est un des facteurs de cette baisse.

Les agriculteurs ont alors dû trouver des solutions pour remplacer ces molécules et continuer d’assurer le rendement dans leurs productions.

Les herbicides bloquant la synthèse des acides aminés sont aujourd’hui majoritairement utilisés, comme l’illustre son principal représentant le glyphosate C3H8NO5P présent dans le célèbre Roundup. Pour plus d’information sur cet herbicide une page lui est consacré.

Conclusion :

Les herbicides ont donc une part importante et indispensable dans l’agriculture de notre époque. Les agriculteurs doivent également faire face à de nombreuses contraintes écologiques, sanitaires et au développement des résistances. L’enjeu des prochaines années sera de toutes les concilier.

Publicités