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Etude en laboratoire de la sensibilité à l’anhydride carbonique et à l’azote de plusieurs espèces d’insectes
des denrées stockées en vue d’une application à la désinsectisation des stocks
J.M. Le Torc’H
To cite this version:
J.M. Le Torc’H. Etude en laboratoire de la sensibilité à l’anhydride carbonique et à l’azote de plusieurs espèces d’insectes des denrées stockées en vue d’une application à la désinsectisation des stocks.
Agronomie, EDP Sciences, 1983, 3 (5), pp.399-406. �hal-02719440�
Etude
enlaboratoire de la sensibilité
àl’anhydride carbonique
et àl’azote de plusieurs espèces d’insectes
des denrées stockées
en vued’une application à la
désinsectisation des stocks
Jean-Marc LE TORC’H
LN.R.A., Laboratoire des Insectes des Denrées, Centre de Recherches de Bordeaux, F33140 Pont-de-la-Maye
RÉSUMÉ Les variations de la sensibilité des insectes à un séjour prolongé dans une atmosphère privée d’oxygène sont
étudiées après une revue des principaux effets physiologiques.
La tolérance au séjour en atmosphère d’azote ou d’anhydride carbonique est observée avec plusieurs espèces
d’insectes nuisibles aux denrées stockées : Trogoderma granarium Everts, Carpophilus ligneus Murr., Alphi- tobius diaperinus Panz., Tenebrio molitor L., Tribolium confusum Duv., Anagasta kuehniella Zell. et Plodia interpunctella Hübn.
Les essais sont réalisés en laboratoire dans un dispositif expérimental à circulation continue de gaz dans une
série de chambres d’exposition contenant les lots d’insectes.
Les observations portent sur le taux de mortalité enregistré progressivement avec la durée d’exposition. Dans
la majorité des cas, le temps létal 99 p. 100 (TL 99) est calculé à partir des droites de régression. D’après l’ajustement, on montre que l’efficacité insecticide du traitement augmente avec la température ; des écarts importants sont observés entre les espèces et entre les stades d’une même espèce. La nature du gaz peut induire des durées de survie différentes.
Le procédé de désinsectisation correspondant au maintien prolongé en anaérobiose en utilisant les gaz inertes serait praticable avec des durées d’exposition n’excédant pas une dizaine de jours sauf pour les larves de l’es-
pèce la moins sensible T. granarium.
Mots clés additionnels : Milieu anaérobie, facteur physique milieu, lutte physique, durée d’exposition
létale.
SUMMARY Sensitivity of several species of stored product insects to carbon dioxide and nitrogen and poten- tial applications for disinfestation.
Studies were made on the tolerance of several insect pests of stored products to exposure to carbon dioxide
or nitrogen gas. The experiments were carried out in a controlled environment chamber in a set of small
exposure cells containing the batches of insects, exposed to continuous flow of the inert gases or air
(control). The reactions of 7 species: Trogoderma granarium Everts, Carpophilus ligneus Murr., Alphitobius diaperinus Panz., Tenebrio molitor L., Tribolium confusum Duv., Anagasta kuehniella Zell.
and Plodia interpunctella Hubn. were observed at different development instars at temperatures of 15, 18 and 25°C and 85 % RH. The exposure time needed to kill 99 % of the population was generally estimated by regression after probit transformation of the mortality rate.
The curves showed both gases to have efficient killing action : 6 of the species withstood less than 10 days
of exposure at all temperatures for all stages except eggs. Only the larvae of the khapra beetle, Trogoderma granarium, survived more than 25 days with nitrogen and nearly 17 days with carbon dioxide. Some variation
was observed with species, stages and temperatures. In some cases, the 2 gases did not have the same effect, particularly at the lowest temperature : carbon dioxide was more efficient than nitrogen for T. granarium, C. ligneus, A. diaperinus, T. molitor and less efficient for T. confusum, A. kuehniella, P. interpunctella.
Keeping stored products under an inert atmosphere could be used, like fumigation, as a disinfestation pro- cess, with practicable exposure times.
Additional key-words : Inert atmosphere, physical control, lethal exposure time.
1. INTRODUCTION
La conservation des denrées alimentaires et plus parti- culièrement celle des céréales en absence d’aération, dans des puits ou silos enterrés, a été utilisée depuis des temps très reculés comme un moyen de protection efficace contre
les insectes. Une revue récente des anciennes pratiques de
conservation en atmosphère confinée montre l’importance qui était autrefois accordée à ce procédé (SiGAU!r, 19807).
Actuellement, le stockage étanche paraît être une tech- nique permettant de faire face aux problèmes posés par le coût du séchage des grains récoltés humides. En effet, la conservation des céréales entre 16 et 25 p. 100 de teneur en eau en silos étanches aboutit, par suite de la respiration des grains, à une production de dioxyde de carbone qui peut- être suffisante pour empêcher le développement des microorganismes. C’est le procédé de conservation en
atmosphère confinée qui est pratiqué pour de longues durées
de stockage, à l’intérieur de cellules ou de conteneurs étan- ches aux gaz (RICHARD-MOLARD et al., 1980).
Dans le cas le plus fréquent, lorsque les céréales ont un
faible taux d’humidité, le risque de développement de microorganismes est nul, contrairement à celui que repré-
sentent les contaminations par les insectes. Dans les cas de
stockage de céréales sèches, l’introduction rapide de gaz inertes - azote ou dioxyde de carbone — peut être envisa- gée dans des cellules étanches. Il s’agit alors d’un traitement insecticide semblable à une fumigation de durée limitée.
L’injection expérimentale de gaz inertes liquéfiés a été réa-
lisée à grande échelle notamment en Australie (BAILEY&
B ANK
S, 1975) et aux Etats-Unis d’Amérique (JAY, 1980) en
conditions de température élevée. On y a montré que les durées d’exposition nécessaires pour détruire les insectes
dépendent principalement de la concentration du gaz neu- tre à l’intérieur de la cellule et du débit pendant la purge initiale de l’air intergranulaire.
Un autre procédé, la désinsectisation à l’aide d’atmos-
phères chargées en dioxyde de carbone produites par des
générateurs exothermiques qui réalisent la combustion com-
plète du gaz naturel, est utilisé actuellement à titre expéri-
mental aux U.S.A. (STOREY, 1975, 1980) pour les cas d’ex- positions de courte durée, prolongées ou non par un stoc-
kage en conteneur étanche. Pour rendre impropre au déve- loppement des insectes l’atmosphère d’une cellule remplie
de grains, l’introduction de gaz inertes ou celle de gaz de combustion aurait, semble-t-il, l’intérêt d’être plus rapides
et plus facilement utilisables que la technique de conserva-
tion étanche en atmosphère confinée.
Excepté chez les quelques espèces appartenant aux gen-
res Sitophilus et Tribolium pour lesquels ils ont été étudiés (A
LINIAZEE
, 1971 ; STOREY, 1975 ; JAY, 1980), les effets
comparés de différents gaz simples dans diverses conditions d’environnement restent encore à préciser pour la plupart
des insectes attaquant les denrées entreposées. C’est pour-
quoi, après avoir fait le point de nos connaissances sur les mécanismes et les conditions de survie des insectes en anaé- robiose partielle ou totale, le présent travail se propose de montrer l’action exercée en laboratoire par certains para- mètres physiques du milieu sur la tolérance à la privation
totale d’oxygène sur une large gamme d’espèces nuisibles
aux denrées conservées et difficiles ou impossibles à com-
battre à l’aide de moyens chimiques.
Cette étude expérimentale a été réalisée en condition d’anaérobiose totale provoquée par l’introduction d’azote
ou d’anhydride carbonique purifiés, pour apprécier d’éven- tuels effets spécifiques des deux gaz.
II. CONNAISSANCES ACTUELLES SUR LA RESPIRATION ET LES BESOINS
EN OXYGÈNE DES INSECTES
A. Physiologie et contrôle de la respiration, influence
de l’anhydride carbonique
L’apport d’oxygène est assuré par des mouvements res-
piratoires synchronisés avec l’ouverture et la fermeture des
stigmates et par une diffusion gazeuse passive. Chez Schis-
tocerca gregaria Forsk. au repos, cette ventilation est de l’ordre de 40 ml/h/g de poids frais, mais peut être multipliée
par 8 durant le vol. La régulation des mouvements respira-
toires est sous la dépendance des centres respiratoires de
la chaîne nerveuse ventrale et, en particulier, du ganglion
métathoracique lui-même contrôlé par des centres sensibles à C02présents dans le cerveau. Le mécanisme d’ouverture des stigmates est délicat car il doit assurer à la fois la venti- lation et un contrôle de la teneur en eau. Le rythme dépend
de la présence de C02agissant directement sur les muscles
ou par l’intermédiaire du système nerveux central mais l’hu- midité et la teneur en eau jouent sûrement un rôle encore
mal connu (RACCAUD-SCHOELLER, 1980).
Lorsque la présence partielle d’anhydride carbonique aug- mente, les mouvements de ventilation sont accrus en fré- quence et en amplitude, de façon très variable selon les espè-
ces. De même l’augmentation du taux de C02 dans l’air
accroît la durée d’ouverture des stigmates. Chez Peripla-
neta sp., C02 à 1 p. 100 double la durée de la période d’ouverture ; à 2 p. 100, les stigmates restent ouverts ; un rythme réapparaît ensuite mais, à partir de 10 p. 100, les
stigmates restent à nouveau ouverts en permanence. Cette ouverture des stigmates entraîne une augmentation impor-
tante de la perte d’eau (MILLER, 1964). Les insectes qui,
comme Tenebrio molitor L., sont capables de réguler leur
teneur en eau en absorbant de façon active la vapeur d’eau
(STO BB A
RT& SHAW, 1964) devraient donc manifester une
plus grande tolérance à l’anhydride carbonique.
Chez de nombreux insectes, le métabolisme respiratoire
s’élève de façon quasi linéaire avec l’augmentation de la température, puis passe par un maximum et décroît pour des températures proches du seuil létal supérieur. Cette con-
sommation d’oxygène paraît indépendante de la tension de
ce gaz dans l’atmosphère ; pour la nymphe de T. molitor par exemple, elle reste constante entre 5 et 50 p. 100. Le seuil inférieur est variable selon les espèces, mais générale-
ment voisin de 1 à 2 p. 100 (KEISTEIt & BUCH, 1964) en
absence d’anhydride carbonique.
Le maintien momentané sous de très basses tensions
d’oxygène ou en anaérobiose complète entraîne chez plu-
sieurs espèces une surconsommation d’oxygène lorsque les insectes sont replacés en conditions normales. ZACCHARIAS-
SEN & PASCHE (1976) interprètent ce phénomène, chez l’adulte de Rhagium inquisitor L., comme le besoin d’oxy- dation de l’acide lactique, produit du catabolisme des sucres.
Mais, selon les théories de HARNISCHexposées par CHAU-
VIN(1956), la consommation de glycogène constatée chez les chironomes et chez T. molitor en anaérobiose libérerait de l’oxygène, phénomène nommé « oxybiose secondaire »
qui permettrait une survie prolongée dans ces conditions.
B. Conséquences d’appauvrissements artificiels en oxy-
gène par apports d’anhydride carbonique ou d’azote
Dans une revue bibliographique récente, BAILEY &
B ANK
S (1980) soulignent la diversité des réponses à l’aug-
mentation de la concentration de gaz inertes dans l’atmos-
phère selon les espèces et leurs stades de développement,
mais aussi l’influence des paramètres abiotiques : compo- sition des mélanges, température et humidité relative.
L’efficacité insecticide des gaz neutres (azote ou anhy-
dride carbonique) utilisés purs est montrée sensiblement identique. Ainsi, LINDGREN & VINCENT(1970) ne trouvent
pas de différence sur tous les stades de développement de Sitophilus spp. HAREIN& PRESS(1968) notent une action
létale légèrement supérieure avec l’azote pour les adultes de Tribolium castaneum Herbst et les chenilles de Plodia interpunctella Hübn. De leur côté VERMA& WAHDI(1978)
observent une différence significative entre l’efficacité de
l’anhydride carbonique et celle de l’azote. Les effets de désinsectisation observés sont favorables à l’azote pour les
adultes de T. castaneum et les chenilles de Ephestia cautella
Walk. tandis que l’anhydride carbonique se montre plus
efficace sur les larves de Trogodema granarium Everts et les
adultes de E. cautella. Mais les différences restent faibles
surtout aux températures supérieures à 20°C.
En étudiant l’évolution des courbes de mortalité d’insectes exposés à l’anhydride carbonique, LEGAY(1959) a noté que des adultes de Tribolium confusum Duv., n’accusent aucune
mortalité après 1 h de traitement de même que les chenil- les de Bombyx mori L. après 6 h. Par contre, au bout d’ 1 h,
50 p. 100 des adultes de la bruche Acanthoscelides obtec- tus Say sont détruits. Ce niveau reste à peu près constant jusqu’au delà de 24 h et la mortalité totale n’est obtenue
qu’après 48 h d’exposition. Ces expériences montrent clai-
rement l’existence de mécanismes de défense chez certains insectes, seulement quand ils sont placés en absence totale
d’oxygène dans l’anhydride carbonique, mécanismes qui se
traduisent par un palier de mortalité. Le même phénomène
n’a pas été signalé avec l’azote.
Dans l’étude des effets physiologiques, SILLANS(1977)
a montré que l’arrêt du rythme circulatoire des chenilles de B. mori est obtenu dès le taux de 50 p. 100 de C02 dans l’oxygène, en absence d’azote. ALINIAZEE (1971) obtient la mortalité complète d’adultes de Tribolium spp. en 1,5 j avec 2 p. 100 d’oxygène dans C02et seulement en 4 j avec cette
même quantité d’oxygène dans N2, à 27°C et 38 p. 100 d’humidité relative (H.R.)
Par ailleurs, une relation a été établie entre le taux de mortalité et la perte de poids (NAVARRO, 1978 ; JAY &
C UFF
, 1981). Celle-ci serait la conséquence directe de per-
tes en eau du corps des insectes consécutives à l’ouverture permanente des stigmates sous l’influence des faibles pres- sions partielles d’oxygène, le phénomène étant accentué
quand l’oxygène est remplacé par l’anhydride carbonique.
Un cas particulier est celui du charançon du riz, Sitophi-
lus oryzae L., qui présente une plus grande sensibilité à une
concentration de 1 p. 100 d’oxygène qu’à 0,2 ou 2 p. 100.
Cette observation s’accompagne également de mesures de perte de poids, plus importante à cette teneur (NAVARRO, 1978).
L’influence de la température sur la mortalité est rappor- tée dans la revue de BAILEY& BANKS(1980) qui ont enre- gistré dans un mélange à 1,3 p. 100 d’oxygène dans l’azote
les réductions d’émergences suivantes avec Sitophilus granarius :
> 99,5 p. 100, après 2 semaines de séjour à 29°C
> 99,5 p. 100, après un séjour de 3 semaines à 23,9°C
78 p. 100, après 12 semaines d’exposition à 18,3°C.
Dans un mélange à 48 p. 100 d’anhydride carbonique
dans l’air avec 62 p. 100 d’H.R., HAREIN & PRESS(1968)
trouvent aussi une légère différence de rapidité d’action sur les larves de T. castaneum entre 16, 27 et 39°C. Un phéno- mène particulier a été relevé par JAY(1980) en étudiant l’ef- fet de la combinaison des basses températures avec de fai- bles tensions d’oxygène : il a montré qu’un très petit nom-
bre de charançons (S. oryzae) peut émerger des grains après
une exposition de 2 à 3 semaines à 1,6°C dans des mélan- ges composés de 60 p. 100 CO2, 9 p. 100 O2, 31 p. 100, N2
ou moins de 1 p. 100 02et plus de 99 p. 100 NZ ; alors que les témoins en atmosphère normale, exposés uniquement
au froid, ne produisent aucun survivant, comme si l’apport d’anhydride carbonique ou la privation d’oxygène par l’azote avait induit un mécanisme physiologique de com- pensation qui améliorerait l’ensemble des caractéristiques
de résistance aux modifications physiques de l’environne- ment.
L’humidité relative joue également un rôle sur les niveaux de tolérance des insectes aux gaz neutres comme l’ont observé NAVARRO & CALDERON (1974) qui ont constaté qu’avec l’anhydride carbonique à des concentrations de 21 à 80 p. 100, l’efficacité insecticide diminue lorsque l’humidité
relative augmente.
L’ensemble des observations qui précèdent a orienté l’ex-
périmentation vers l’utilisation de gaz purifiés en diminuant
l’influence des facteurs de faible variation (résidu d’oxy- gène, humidité relative) pour apprécier les effets de para- mètres physiques (température, type de gaz) ou biologiques (espèce, stade) qui semblent être à l’origine des écarts de tolérance les plus importants et dont l’influence est à pré-
ciser avec les nouvelles espèces nuisibles étudiées.
III. MATÉRIEL ET MÉTHODES
A. Dispositif expérimental
Le dispositif expérimental que nous avons réalisé pour
ces essais comprend essentiellement un ensemble de cham- bres d’exposition des insectes au gaz, placé dans des encein-
tes climatiques assurant les températures voulues et reliées à
des sources gazeuses convenables.
Les chambres d’exposition sont des bocaux de verre de 1 1
ou de 250 ml, fermés par un couvercle métallique et un
bouchon en caoutchouc équipé de 2 tubes de verre dont l’un atteint presque le fond, branchés en série pour une même composition gazeuse et déconnectables individuellement.
Ces bocaux reçoivent de petites boîtes plastiques, grillagées, renfermant les insectes soumis à l’expérience dans leur
milieu nutritif approprié. Les chambres d’exposition sont placées soit dans des enceintes à air climatisé à 25 ou 18°
± 1 °C, soit immergées dans un bain thermostatique à 15 °
± 1°C.
Les gaz utilisés sont de l’anhydride carbonique « indus- triel » (moins de 0,5 p. 100 d’impuretés dont 0,1 p. 100
d’0 2
) et de l’azote qualité « U » (moins de 5 ppm d’oxy- gène). Ces gaz sont comprimés dans des bouteilles de 4 m3 équipées de détendeurs et de vannes permettant une diffu- sion au faible débit de 3 1/h assurant un renouvellement continu des atmosphères des chambres d’exposition pen- dant toute la durée de l’essai. Ce débit est contrôlé par un
débimètre à bille de Brooks. Les gaz sont canalisés par un conduit en téflon de 2 mm de diamètre intérieur pénétrant dans les enceintes climatiques ou le bain thermostatique et
suffisamment long pour permettre la mise à la température d’expérience. Ces flux de gaz inertes et le flux d’air servant
de témoin traversent un bocal à barbotage renfermant une
solution à 22 p. 100 d’acide sulfurique produisant théori- quement une humidité relative voisine de 85 p. 100 à 25°C
(S OLOMON
, 1951), humidité relative considérée comme opti-
male pour les insectes étudiés. Ils traversent ensuite les dif- férentes chambres d’exposition montées en série. Le con-
trôle de la circulation des gaz est assuré par l’observation de leur arrivée dans un récipient contenant de l’eau, placé
en sortie de la dernière chambre.
B. Matériel vivant utilisé
Nous avons utilisé pour ces essais 7 espèces d’insectes des denrées stockées d’origine végétale, provenant d’élevages programmés de notre laboratoire.
Le choix des insectes a été guidé par des considérations
pratiques en particulier leur nuisibilité en France (Tribo-
lium confusum Duv. et Anagasta kuehniella Zell. dans les
produits céréaliers, Carpophilus ligneus Murr. et Plodia interpunctella Hübn. sur les fruits secs) et aussi leur intérêt
physiologique (Trogoderma granarium Everts pour ses facultés de résistance aux traitements par les gaz, Tenebrio molitor L. et Alphitobius diaperinus Panz. pour leur posi- tion systématique).
Pour les coléoptères, nous avons soumis aux essais des adultes et des larves généralement d’âges connus ainsi que des nymphes d’A. diaperinus seulement. Pour les lépidop- tères, on a utilisé des nymphes et des larves d’âges connus.
Chaque échantillon élémentaire comprenait entre 25 et 100
individus. Les caractéristiques des élevages des différents insectes (milieux nutritifs, conditions de température et
d’humidité relative) figurent au tableau 1.
C. Mode opératoire
En début d’essai, les insectes, installés sur leur milieu nutritif dans les boîtes plastiques grillagées, sont placés dans
les chambres d’exposition. Celles-ci sont d’abord balayées
par un flux de gaz au débit de 81/h pendant un quart d’heure
pour réaliser la purge d’air. Le débit est alors ramené à 3 1/h. Les 2 gaz et le témoin « air » sont utilisés simultané- ment en séries parallèles. Un flux continu est maintenu tout
au long de l’expérience.
Au terme de chacun des intervalles de temps, définis pour
chaque espèce par des essais préliminaires, variant de 12 à 120 h. pour l’ensemble des espèces sauf pour Trogoderma (de 3 à 25 j), un bocal de chacun des 3 lots est déconnecté du
dispositif expérimental.
Les bocaux retirés sont immédiatement ventilés à l’air et
placés ensuite en chambre climatisée aux conditions favo- rables aux insectes. Le dénombrement des insectes morts et vivants a lieu après 24 h. Pour les stades peu mobiles (lar-
ves de Trogoderma on a recours à une excitation par la chaleur en plaçant les insectes sur une plaque chauffante à 45°C. La mortalité des nymphes est estimée d’après le taux d’émergence des adultes. On dispose ainsi de séries de taux de mortalité observés après des temps croissants d’exposi-
tion des insectes aux 2 gaz étudiés qui sont corrigés par les résultats obtenus avec le témoin de contrôle maintenu en
atmosphère d’air reconstitué, dans les mêmes conditions.
IV. RÉSULTATS ET DISCUSSION
A partir des données recueillies, nous avons tenté de pré-
senter les résultats sous la forme de droites de régression pondérées des taux de mortalité transformés en unités « pro- bit » (y) sur le logarithme décimal des temps d’exposition (x) permettant l’estimation d’un temps d’exposition provo- quant 99 p. 100 de mortalité (temps létal 99 p. 100 = TL 99) et ses limites de confiance au seuil d’erreur de 5 p. 100
(tabl. 2).
Pour les 3 espèces, C. ligneus, T. molitor, A. kuehniella, le phénomène de survie temporaire des insectes à la priva-
tion d’oxygène en présence de C02provoque des paliers de mortalité dans le temps ; il s’ensuit une réduction passagère
de la pente de la courbe de mortalité qu’il est alors difficile de corriger pour l’assimiler à une droite, même en utilisant les ajustements déjà éprouvés pour l’étude d’autres causes
de mortalité. On ne peut donc calculer les TL 99 et les résul-
tats, pour ces espèces, figurent au tableau 3 uniquement sous
la forme des durées d’exposition à partir desquelles la mor-
talité totale a pu être réellement observée.
A. Comparaison de l’action de l’anhydride carbonique et
de l’azote
En lreanalyse, à la température la plus élevée de 25°C,
pour l’ensemble des espèces étudiées, il paraît difficile de faire apparaître des actions spécifiques de l’un ou de l’au-
tre des 2 gaz, les mortalités constatées étant attribuables essentiellement à la privation d’oxygène.
Aux températures plus basses de 15 à 18° C, en compa- rant 2 à 2 les TL 99 obtenus, sur les 9 cas observés, 3 sont
en faveur d’une action plus rapide de C02, principalement
avec les larves de coléoptères T. granarium et A. diaperi-
nus, 1 seul est favorable à l’azote avec les larves de T. con-
fusum à 18°C et les autres écarts ne sont pas significatifs.
Il semble cependant que les nymphes de coléoptères, les che-
nilles et les chrysalides de lépidoptères supportent généra- lement mieux C02 que l’azote (tableaux 2 et 3, fig. 1).
On note le plus souvent des intervalles de confiance rela- tivement plus grands avec l’anhydride carbonique qu’avec l’azote, ce qui reflète une augmentation de la variance dans
