Le biofertilisant est défini comme une substance qui contient des microorganismes vivants qui, lorsqu'ils sont appliqués aux semences, surfaces des plantes ou dans le sol, colonise la rhizosphère ou à l'intérieur de la plante et favorise ainsi la croissance en augmentant la disponibilité des éléments nutritifs primaires à la plante hôte. Cette définition est basée sur la logique que le terme biofertilisant est une contraction du terme fertilisant biologique « biological fertilizer » (Vessey, 2003).
Par ailleurs, le biofertilisant devrait contenir des organismes vivants qui augmentent la teneur en éléments nutritifs de la plante hôte à travers leur existence permanente en association avec la plante (Vessey, 2003). De plus, le terme biofertilisant ne doit pas être utilisé de manière interchangeable avec les termes suivants : les engrais verts, fumier, cultures intercalaires ou organique complétée d'engrais chimiques (Vessey, 2003).
Cependant, une partie des PGPR ne sont pas considérés comme biofertilisants. Ainsi, Les bactéries qui favorisent la croissance des plantes par le contrôle de l'organisme nuisible sont les biopesticides, mais pas des biofertilisants. Il est intéressant de savoir que certains PGPR favoriser la croissance en agissant à la fois comme biofertilisants et biopesticides (Vessey, 2003).
5.2. Quelques rhizobactéries utilisées comme biofertilisant
Un nombre croissant de recherches et d'études porte sur la gestion du système sol-végétal et micro-organismes. Il s'agit de recherches encouragées et développées dans le cadre de nombreux projets internationaux. Elles ont permis notamment l’identification et la sélection de différents genres de rhizobactéries, telles que l’Azospirillum (Krieg et Döbereiner, 1984), Raoultella (Van Elsas et al., 2007) et Bacillus (Siddiqui, 2006).
Le but de ces recherches est de développer des bioengrais sous forme sèche et d'obtenir une concentration bactérienne nécessaire pour améliorer la croissance des plantes.
Le tableau 4 montre l’effet de l’utilisation des rhizobactéries sur l’augmentation de la croissance et de la protection aux maladies chez les plantes.
Tableau 4: L’augmentation de la croissance des plantes et la protection aux maladies par les rhizobactéries (Mauricio, 2010).
Rhizobactéries Culture Effet Références
Pseudomonas fluorescence Betterave Meilleure résistance aux maladies Moenne-Loccoz et al.,1999 Bacillus pumilus Tomate Meilleure résistance
aux maladies
Benhamou et al .,1998
Bacillus subtilis Riz
Promotion de la croissance des plantes Vasudevan et al., 2002 Azospirillum brasilense Blé Promotion de la croissance des plantes Kim et al., 2005 Pseudomonas fluorescence Blé Promotion de la croissance des plantes de Freitas et Germida, 1992
Par exemple, Pseudomonas spp. libère dans le sol l'enzyme phytase. Cette enzyme est responsable de la libération du phosphate, tel que l’inositol hexaphosphate. Dans des essais pratiqués au Québec (Canada) en champ ouvert, l’inoculation Pseudomonas spp. a généré une augmentation du rendement du champ de maïs étudié. Dans un autre essai, ce même rhizobactérie a permis une augmentation du rendement des cultures de laitue de 18 % (Smith, 1995).
5.3. Autre microorganisme considéré comme biofertilisant
D’autres microorganismes sont considérés également comme biofertilisants qui sont des champignons rhizosphériques tels que les mycorhizes à arbuscules et Bilaii Penicillium (Vessey et Heisinger, 2001) sont depuis longtemps connus pour avoir des effets bénéfiques favorisant la croissance des plantes.
5.4. Les différents supports
Les supports d’un bon inoculum sont des substances solides, semi-solides ou liquides qui peuvent contenir un certain nombre de cellules bactériennes durant un temps donné (khavazi et Redjali, 2000). Ces supports augmentent le taux de survie des rhizobactéries en le protégeant contre la dessiccation et la mort de cellules (Nakkeeran et al., 2005).
5.4.1. L’inoculum liquide
Les inocula sous forme liquide sont les plus simples à utiliser et les moins coûteux. La préparation de ce type d’inoculum s'effectue en mélangeant les bactéries soit avec un milieu de culture, soit avec une solution spécifique préalablement formulée. Il existe principalement deux façons de traiter les semences pour l’application d’inoculum liquide bactérien. La première façon consiste à mélanger les graines dans l’inoculum liquide et la deuxième à pulvériser l’inoculum sur le sillon des semis (Mauricio, 2010).
5.4.2. L’inoculum sous support (solide)
Les microorganismes peuvent également être introduits dans le sol par l’intermédiaire d’un inoculant solide, dont le composant principal est appelé support. Un bon support doit avoir comme caractéristiques essentielles : la capacité de libérer un grand nombre de cellules viables dans de bonnes conditions physiologiques.Le plus souvent, les supports utilisés dans les formulations solides sont organiques et minéraux. Il s’agit de tourbe, de talc, d’argile et de vermiculite. Ils permettent d’améliorer le taux de survie des bactéries (Mauricio, 2010). L’inoculum solide est le plus utilisé pour l’inoculation des légumineuses (Beck et al., 1993).
Les différents types de supports les plus souvent utilisés (Figure 7) : A. Le talc
Le talc est un minéral naturel sa structure chimique est Mg3Si4O10(OH) 2, provenant des industries adaptées à une large gamme d'applications. Il a un très faible équilibre d'humidité, hydrophobie relative, inertie chimique, et il empêche la formation de ponts hydrates qui permettent des périodes de stockage plus longues (Nakkeeran et al., 2005).
B. Le Marc de café
Le marc de café est obtenu à partir des graines du caféier, un arbuste du genre Coffea. Composent principalement de Polysaccharide représentent près de 50% du poids du grain de café vert. Il est disponible et peu coûteux.
C. La tourbe
Est formé par la décomposition lente de couches successives de plantes aquatiques et semi aquatiques. La qualité de la tourbe est variable et n'est pas facilement disponible dans le monde entier. Bien que les supports de tourbe ne coûtent pas cher à utiliser, elle recèle beaucoup de contaminants (Nakkeeran et al., 2005). Et elle maintient une grande concentration de bactéries viables.
D. La vermiculite
Sa nature non organique fait qu’elle est facilement stérilisable sans risque de production de toxines ou causer de nouveaux changements structuraux. La structure multi-laméllaire de la vermiculite fournit une aération supérieure et de l’espace pour une prolifération microbienne. Ce support possède une grande propriété à couvrir les graines (Graham et al., 1987).
Figure 7 : Les principaux supports utilisés pour l'inoculation de rhizobactéries dans le sol : la tourbe (A), le talc (B), l'argile (C) et la vermiculite (D) (Mauricio, 2010).
5.5. L’encapsulation des rhizobactéries
Au cours des dernières décennies, l’encapsulation des rhizobactéries dans des hydrogels par la méthode de “dripping” a été évaluée. Le polymère qui a été le plus utilisé est l’alginate qui forme des gels dans des conditions douces pour les microorganismes. Ces polymères ont démontré largement leur potentiel en tant que supports bactériens (Bashan, 1998).
Le principe de l'encapsulation des cellules est de protéger les microorganismes vis-à-vis du milieu environnant pour mieux les libérer dans le sol et de façon progressive et prolongée (Paul et al., 1993). La vitesse de dégradation du polymère employé dépendra de l'activité biologique des micro-organismes du sol. En règle générale la dégradation du polymère doit se produire lors de la germination des semences.
Les capsules déshydratées sont stockées à température ambiante pendant une longue période. La capsule offre aux bactéries un milieu favorable en diminuant le risque de mortalité et permet une longue conservation (Wang et al., 1999).
Ces inocula peuvent être améliorés avec l’apport de types de nutriments pour les bactéries afin d'améliorés la survie des microorganismes, ce qui est indispensable pour la réussite de l'inoculation de bactéries dans le sol.
5.5.1. Les techniques d’encapsulation
L’encapsulation est utilisée dans un grand nombre d’activités industrielles. Le nombre de travaux de recherche en encapsulation s’est densifié dans l’industrie agricole, en partie pour ce qui est de la réduction de l’emploi d'engrais chimique (Cassidy et al., 1996).
L'encapsulation est réalisée généralement en trois étapes :
! La première étape consiste en l'incorporation du principe actif dans la matrice ou le cœur de la capsule peut être liquide ou solide.
! La deuxième étape est une opération mécanique consistant soit à réaliser une dispersion liquide/air ou liquide/liquide (cas d'une matrice liquide), soit à pulvériser une solution sur les particules solides sous agitation mécanique (cas d'une matrice solide).
! La dernière étape consiste en une stabilisation par un procédé chimique de polymérisation, ou par un procédé physico-chimique (gélification, coacervation), ou physique (évaporation, solidification) réalisée sur les gouttelettes ou sur l’enrobage formé durant l’étape précédente.
Les applications potentielles offertes par l’encapsulation ont conduit à l’invention et au développement de nombreuses méthodes et techniques. Cette diversité de méthodes a fini par susciter des classifications complexes souvent incomplètes. Il est souvent très difficile de les différencier par catégories. Il existe ainsi une grande confusion dans les termes. Une même technologie porte des noms variables en fonction du domaine, un même terme pouvant parfois être utilisé pour des technologies différentes. Il y a souvent aussi confusion entre encapsulation et enrobage.
5.5.2. L’intérêt d’ encapsuler des rhizobactéries
Selon Bashan et al., (1998; 2002) il existe de nombreux avantages liés à l’encapsulation de rhizobactéries. Ainsi cela permettrait de :
! Réduire la possibilité de contamination des inoculant pendant le stockage, le transport et l’application.
! Produire l’inoculant en grande quantité et le stocker durant une longue période sous la forme de capsules sèches.
! Produire des inocula avec une forme adaptée aux équipements de semoir existant. ! Libérer de manière contrôlée et progressive les cellules dans le sol. De plus, les
capsules sont biodégradables et non toxiques.
Cependant, l’encapsulation des rhizobactéries peut présenter un certain nombre d’inconvénients, parmi lesquels :
! La diffusion de l'eau et des gaz est réduite dans la capsule.
! Le procédé d’encapsulation peut entraîner des modifications métaboliques des cellules, notamment dues au stress hydrique engendré par le séchage (Cassidy et al., 1996). Ainsi, il peut être nécessaire de répéter l’application des capsules dans le sol pour un effet optimal.
Les chercheurs ont actuellement à leur disposition un éventail de techniques et de matériaux pour immobiliser des cellules qui se sont largement développées durant ces trente dernières années. L’encapsulation constitue certainement à l’heure actuelle la voie la plus prometteuse pour permettre l'inoculation et une protection efficace des rhizobactéries dans les sols.
5.6. Commercialisation des biofertilisants
Actuellement, diverses formulations commerciales de PGPR sont en vente. Des formulations bactériologiques de Rhizobium spp. sont disponibles dans plusieurs pays afin de favoriser la nodulation des légumineuses et de diminuer la fertilisation azotée des cultures. La formulation Zea-nit Plus est en vente en Italie. Il s'agit d'un inoculum à base d'Azospirillum sp. développé pour inoculer le maïs. De même, la formulation Quantum 4000, à base de Bacillus subtilis, est commercialisée aux États-Unis pour lutter contre le Rhizoctonia solani Kùhn chez l'arachide, le haricot et le coton .depuis 1985 En Chine, des PGPR qui accroissent les rendements sont utilisées dans plusieurs cultures (Beauchamp,1993).
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