Biostimulant

Le vocabulaire utilisé pour décrire ces produits et leurs propriétés varie selon qu'il s’agit de publicité, d’articles scientifiques ou de vulgarisation, de documents destinés au grand public ou réglementaires, de fiches techniques de produits, de présentation sur des sites Internet de firmes, du catalogue e-phy, etc.[4], etc.

• pour les plantes et concernant la phytoprotection on parle par exemple de « stimulateur de défense » ; « éliciteur », « inducteur de résistance », « SDN », « SDP ». Ces produits sont parfois présentés comme « Stimulateur de vitalité » ou « Vaccin pour plantes » ;
• pour les sols et leur amélioration : les biostimulants sont aussi dénommés « activateur de sol », « agent nutritionnel », « biofertilisant », « conditionneur de plantes », « nutriciteur », « phytostimulant », « physioactivateur » ;
• Concernant la notion générale de stimulation : on parle de « biointrant », « bionutrition », « bouclier naturel », « PGPR » (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) ou encore de « PGPF » (Plant Growth Promoting Fungi).

Plusieurs de ces mots ou expressions n’ont pas de définition réglementaire, consensuelle ou officielle.

• Stimulateur de défense des plantes (SDP) : Elicitra[5] le définit comme « substance ou micro-organisme vivant non pathogène capable d’induire (ou de préparer à l’induction) des réponses de défense chez une plante qui conduisent à une meilleure résistance de la plante face à des stress biotiques » ;
• biostimulant ; l’EBIC[6] le définit le comme « matériel qui contient une (des) substance(s) et/ou micro-organisme(s) » dont la fonction (quand il est appliqué aux plantes ou à la rhizosphère) est de « stimuler les processus naturels pour améliorer/avantager l’absorption des nutriments, l’efficience des nutriments, la tolérance aux stress abiotiques, et la qualité des cultures, indépendamment du contenu en nutriments du biostimulant »

Un biostimulant ne contient généralement pas de xénobiotique [7]

Selon le contexte, ces produits seront classés d'après leur objectif ou en fonction des substances actives qu’ils contiennent ou de leurs origines[8] - [9] - [10] - [11] - [12] - [13] - [14] - [15].

Les approches étant souvent dans ces domaines préventives, holistique et systémique, un produit biostimulant a souvent plusieurs objectifs (dont éventuellement biocide et/ou antagoniste), en plus d’augmenter la résistance immunitaire et la résilience agroécologique de l'organisme traité.

Les biostimulants et les SDP allèguent une amélioration de la résistance/résilience face aux stress biotiques (pour les SDP) ; et aux stress abiotiques (pour les biostimulants).

Le mécanisme mis en avant est tantôt un mode d’action biologique impliquant des phénomènes physiologiques, histologiques ou cellulaires et tantôt un mode d'action biochimique généralement de nature enzymatiques[16].

Les SDP ne sont pas directement biocides mais renforcent les défenses non spécifiques face à un stress biotique, avec une réponse rapide (de quelques secondes à quelques heures) et parfois une réponse ultérieure plus rapide et plus intense (Cf. effet de potentialisation ou « priming »)[3].
Le récepteur détecte le SDP. S’ensuit une « cascade de réactions intracellulaires » et si le récepteur était pertinent, une résistance induite. Un autre mode d’action passe par l’activation de kinases puis de facteurs de transcription spécifiques de gènes de défense activant la production de molécules de défense au niveau des cellules, feuilles, racines (protéines, phytohormones, métabolites secondaires, etc.).
Un autre mode d’action peut être la production accrue par les cellules stressées de FAO « Formes actives de l'oxygène » dont par exemple peroxyde d’hydrogène et oxyde nitrique qui ont des vertus antibiotiques, accélèrent certains processus de défense et contribuent à consolider les parois cellulaires[3]. Les SDP cherchent aussi à mobiliser les voies de signalisation intracellulaires permettant d’installer une résistance induite. Enfin des molécules signalisatrices de type phytohormone permettent une activation des défenses de toute la plante voire des plantes voisines si l’hormone est perçue par ces dernières[3] (résistance induite systémique).

Ces approches visent à induire une résistance « naturelle » aux pathogènes, à certains déprédateurs voire à la pollution de l’air, à la déshydratation et à d’autres facteurs abiotiques.
Le mécanisme en jeu varie selon l’éliciteur utilisé.

Les principaux mécanismes sont :

• l' hypersensibilisation : Dans ce cas, l'éliciteur induit l’apoptose de la cellule inectée, ce qui bloque généralement l’infection vers les cellules voisines saines, de manière parfois très rapide[17] - [18] ;
• la consolidation de la paroi cellulaire ; il s’agit de faire physiquement barrière (lignine) à l’entrée et/ou à la circulation du micro-organismes pathogènes dans la plante via la production de callose, de silice, de composés phénoliques, de subérine[19] - [20] ;
• la production de métabolites de défense (phytoncides, phytoalexines) via l’activation de facteurs de transcription (c’est l’une des réponses normales à l’attaque par un bioagresseur, mais on cherche ici à l’accélérer). Les phytoalexines sont antibiotiques à faibles doses et persistent autour du point d’infection [21]..
• la production de protéines PR (Pathogenesis-Related) (induite par un éliciteur approprié). Elles résistent aux protéases endogènes et exogènes et s’accumulent dans la plante et surtout autour des tissus infectés, participant aussi à la cicatrisation ;
• la production d'une résistance systémique, c'est-à-dire de l'ensemble de l'animal ou de la plante. Elle apparaît après diffusion du signal de défense émis par quelques cellules localement attaquées comme l'a montré A. Ross dès 1961 dans le cas d'une attaque virale[22]. Chez la plante, ce phénomène correspond souvent à une production accrue d'acide salicylique (SA) et à l’expression de protéines PR [23] - [14] ; la résistance est alors dite « SA-dépendante ».
  Rem : l’éthylène et l’acide jasmonique (JA) sont souvent impliqués comme signal dans ce cas[14] ; ils peuvent aussi être utilisés pour créer une résistance systémique alors dites « SA-indépendante »[24] - [14], souvent naturellement activée par des rhizobactéries (non pathogènes) dites PGPR (pour Plant Growth Promoting Rhizobacteria), ainsi que par des insectes et des bactéries nécrotrophes[25] - [26].

Elle dépend du génotype de l'organisme et de l'individu qui reçoit la « stimulation ». Elle dépend aussi en partie du contexte édaphique, ainsi que de la météo (la pluie peut lessiver un biostimulant avant qu'il n'ait agi). La lumière ou l'absence de lumière, c'est-à-dire le cycle nycthéméral de l'organisme ont aussi une importance (ex : la plante modèle Arabidopsis thaliana réagit bien mieux à une infection par le pathogène Pseudomonas syringae dans un environnement plus lumineux. Même à faible intensité la lumière améliore l'accumulation de SA et l’expression de la protéine PR1. Inversement c'est dans la partie nocturne du cycle nycthéméral (ou en l’absence de lumière) que les bactéries biostimulantes croissent le mieux, et la JA et une phytoalexine utile (la camalexine) sont également mieux produites dans le noir). D'autres conditions, encore mal comprises, modulent enfin l’expression des gènes de défense contre les microbes et déprédateurs.

L'efficacité des « stimulateur de défense des plantes » (SDP) est moindre (et plus contestée) que celle des « biostimulants ». Les premiers présentent des résultats plus aléatoires, moins reproductibles et sont plus souvent inefficace en plein champ[27], alors qu'ils l'étaient en laboratoire et qu'ils ont obtenu une autorisation de mise sur le marché avec homologation[28] - [29] - [15].

L'induction d'une défense systémique chez une plante par les SDP a un « coût physiologique » pour cette dernière.

Ce coût peut être plus élevé que dans la nature, car normalement la plante ne déploie ses défenses qu'en réponse à l'attaque de bioagresseurs (un virus, un microbe, une chenille..) alors que la biostimulation cherche à préventivement induire et faire durer une réponse à un bioagresseur qui n'arrivera peut-être jamais. La plante dépense de l'énergie pour produire ces défenses, elle détourne certaines ressources et plusieurs mécanismes de défense présentent une certaines auto-toxicité[30]. Dans un contexte de carence en eau ou nutriments, ce coût pourrait être exacerbé montrent Dietrich et al.(2005)[31].

Des études ont montré que l'emploi de SDP pouvait effectivement améliorer la résistance aux maladies des plantes, mais sans in fine améliorer le rendement de la culture[30].

Plusieurs risques peuvent être envisagés :

• Les biostimulants peuvent contenir des microbes et des produits naturels non anodins pour la personne qui les pulvérise par exemple.
• Les éliciteurs et biostimulants pourraient parfois avoir des effets inattendus sur interactions entre la plante et ses symbiotes, et aussi favoriser ou surfavoriser des plantes non souhaitées dans la culture. Une stimulation augmentant la résistance aux microbes semble réduire les défenses d’Arabidopsis thaliana ou de plants de tomates face aux chenilles de Spodoptera exigua[32] - [33].
• Des substances utilisées comme ingrédient ou de produits de stimulation peuvent ne pas être anodines à l'égard de l'environnement (ex : phosphite de potassium). Quelques-unes relèvent du Règlement européen REACH. Les études toxicologiques et écotoxicologiques ne portent souvent que sur les ingrédients actifs, et pas sur les synergies entre produits et entre ces produits et les engrais ou pesticides...
• L'un des mécanismes de résistance induite par un SDP est la production supplémentaire par la plante de protéines PR, or il ne semble pas y avoir eu d'études visant à vérifier que ces protéines allergènes ne sont pas également plus présentes dans les fruits ou graines ou feuilles consommées par l'homme ou l'animal. Ces protéines font partie d'une famille (les protéines PR) qui constituent 42 % des 440 allergènes d’origine végétale connus[34]. Ce risque doit toutefois être mis en balance avec le fait qu'une attaque par certains champignons, certaines bactéries ou invertébrés peut également susciter une production de molécules allergènes. Le bilan coût-avantage est encore à calculer.
• Certains produits d'origine animale (os, plumes, poils, protéines animales, etc.) peuvent être contaminés par des microbes, des virus, des métaux lourds, voire des prions). La pulvérisation d'eau de station d'épuration en forêts sur les feuilles est utilisée dans certains pays pour faire pousser les arbres plus vite. Les microbes contenus dans ces eaux peuvent affecter les animaux herbivores ou exposés aux pulvérisations.
• Innocuité de la réponse (résistance) induite par les SDP dans la plante n'a jamais été étudiée (en 2014)

Chez l'animal ce sont des probiotiques ajoutés à l'alimentation.

Chez la plante, avec les biostimulants, on cherche à renforcer les synergie et symbioses tissées entre la plante, le sol et ses espèces symbiotes. Un biostimulant est donc généralement un assemblage complexes de plusieurs substances actives, et éventuellement d'êtres vivantes (bactéries et/ou champignons « utiles ») et souvent des substances humiques (acides humiques, acides fulviques, humines...) connus pour favoriser la nutrition des plantes.