LABRATIRE INTERNATINAL ASSCIE Antananarivo-Lyon 1 Directeurs Pr Marc LEMAIRE, Enseignant-Chercheur à l Université Claude Bernard Lyon 1 E mail : marc.lemaire@univ-lyon1.fr Tel : +33 (0)4 72 43 14 07 Dr Voahangy RAMANANDRAIBE, Enseignant-Chercheur à l Université d Antananarivo E mail : voahangy.ramanandraibe@gmail.com Tel : +261 (0)34 17 524 64 1
Contacts Laboratoire International Associe Faculté des Sciences BP 906 Enceinte IST, Ampasampito Université d Antananarivo - Université de Lyon1 Laboratoire International Associé, Antananarivo- Lyon 1 : Etude et valorisation de la biodiversité malgache Le Laboratoire International Associé, «Etude et valorisation de la biodiversité malgache», a été créé à l initiative des deux Universités (Antananarivo et Lyon 1) pour réaliser des travaux de recherche dans les domaines de l écologie chimique et de la chimie durable, en réunissant des expertises multidisciplinaires en chimie, écologie, biologie, microbiologie et entomologie. L objectif était de développer des recherches plus proches des besoins et des préoccupations malgaches que celles réalisées dans les coopérations précédentes. Finalement, il était aussi prévu de faire bénéficier les collègues malgaches de l expérience des équipes lyonnaises en matière de recherche en partenariat avec les entreprises des secteurs chimiques et parachimiques. La convention de création du LIA a été signée en 2011 pour une durée de quatre années et a été renouvelée en 2015 pour quatre ans également. L IUF a soutenu cette opération via l intégration du Pr Marc Lemaire, membre sénior ( 2011-2015) La Région Rhône-Alpes a soutenu cette opération dans le cadre d un programme MIRA «Chitropaedes» (Dr P Mavingui, Pr M. Lemaire) de 2011 à 2012 Le CNRS a soutenu cette opération dans le cadre d un PICS «Etude et Valorisation de la biodiversité Malgache» (Pr Marc Lemaire) de 2011 à 2015. L AUF soutient le LIA via le programme Valcaj (Dr Voahangy Vestalys Ramanandraibe ; Pr Marc Lemaire) de 2015 à 2017. Durant toute cette période l ICBMS a soutenu cette opération via le don de matériel d occasion au LIA 1. Personnel 1.1 Equipe enseignante et chercheurs permanents La direction du LIA est assurée par la Docteure Voahangy Vestalys Ramanandraibe et le Professeur Marc Lemaire. La Professeure Marcelle Rakotovao et la Docteure Herilala Léa Rasoanaivo participent à l encadrement journalier des chercheurs. Le Docteur Patrick Mavingui (Directeur de recherche au CNRS, La Réunion) est l un des cofondateurs du LIA et participe à sa direction. La Professeure Lala Ravaomanarivo (Université d Antananarivo) codirige avec Professeur Marc Lemaire, les travaux de thèse de Monsieur Mbolatiana Tovo Andrianjafy. 2
1.2 Etudiants en stage au Laboratoire International Associé : Le laboratoire accueille des étudiants en Master II, des doctorants et des post-doctorants de la Faculté des Sciences de l Université d Antananarivo. D autres stagiaires venant des autres établissements tels que l Ecole Polytechnique des Sciences Agronomiques, l Ecole Supérieure Polytechnique d Antananarivo, la Faculté de Pharmacie ont également bénéficié du soutien matériel du laboratoire. 2. Domaines d expertise Ecologie chimique Chimie Verte, chimie écologique, chimie durable Chimie des Substances Naturelles 3. bjectifs scientifiques Consolider et pérenniser les coopérations existantes entre les deux universités : Antananarivo et Lyon 1 Etablir des partenariats avec des organismes et des entreprises afin de définir des thématiques utiles à Madagascar et d'assurer l'autofinancement du laboratoire uverture vers de nouveaux axes de recherches fondamentales ou appliquées associant les compétences des chercheurs des deux universités. 4. Projet en cours et principaux résultats scientifiques 4.1 Ecologie chimique. La lutte contre les insectes vecteurs de maladies infectieuses peut être effectuée selon différentes approches. L utilisation de pesticides est efficace mais pose de nombreux problèmes de pollution et de résistance. Par contre, l utilisation de produits répulsifs est efficace pour éloigner les vecteurs de personnes exposées et sans aucun effet direct sur les populations d insectes. De même, l utilisation de produits attractants (Kairomones) pour la préparation de pièges spécifiques pourrait au contraire limiter les populations des insectes les plus nuisibles avec un faible impact écologique. Nous avons mis au point (DEA et thèse en cours de Mr Mbolatiana Tovo Andrianjafy) un équipement permettant l élevage des moustiques des genres Aedes et Culex collectés directement à Antananarivo. Les propriétés attractantes et répulsives de produits connus ont été évaluées sur ces lignées et nous avons pu montrer que ces deux espèces ne réagissaient pas de la même façon. Les conditions d évaluation sont très proches des conditions «naturelles» et l appareillage permet une évaluation relativement rapide et surtout d obtenir une reproductibilité très supérieure aux données de la littérature. Une publication est en cours de rédaction et parmi les nouvelles molécules testées un nouvelle kairomone vient d être découverte. 3
Pourcentage des indices Pourcentage des indices Insectarium et salle de tests d Ampasapito 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Effet de l'ctenol sur Aedes albopictus 0,007mg 0,010mg 0,015mg 0,031mg 0,125mg Effet du DEET sur Aedes albopictus 100 80 60 40 20 0 Exemples d effets attractif (Kairomone) et répulsifs mesurés à l aide du nouveau dispositif 4.2. Chimie verte, chimie écologique Madagascar est surtout connu par les scientifiques pour son extrême biodiversité : c est un des «hot spots» mondiaux de la biodiversité. Cette richesse spécifique a induit un grand nombre de travaux dans le domaine de la recherche de nouvelles substances bioactives et il nous a semblé utile d orienter nos travaux dans un autre axe, la chimie verte et un autre domaine d application, la chimie de spécialité. En effet, Madagascar ne possède pas d industrie chimique développée mais néanmoins elle importe non seulement l essentiel des médicaments mais aussi de très nombreux composés et principes actifs de chimie de spécialité (cosmétique, peinture, pesticides, colorants, polymère ). Parallèlement, les industriels européens de ces secteurs recherchent des alternatives bio-sourcées aux ingrédients produits à partir de matériaux fossiles. Madagascar possède une agriculture importante (> 60% de la population). Le potentiel de croissance du secteur agricole malgache est très important du fait de la disponibilité de terres agricoles et de l abondance de l eau. Il est donc tout à fait envisageable de contribuer à ce développement en valorisant les sousproduits de l agriculture dans les domaines de la chimie de spécialité. 4.2.1 Valorisation des graines de Corossol Le corossol est un fruit très présent à Madagascar. Il est largement utilisé pour la fabrication de jus de fruit dont la production est en croissance. La préparation de jus à base de corossol induit une coproduction de graines qui ne sont pas valorisées. Les graines de corossol contiennent une forte proportion d huile (36%) mais la valorisation de celle-ci est délicate du fait de la présence d acétogénines, composés très toxiques. 4
Nous avons mis au point une méthode simple de séparation permettant d isoler les esters d acides gras (essentiellement oléate et linoléate) pouvant trouver des applications dans l industrie (peintures, carburant ) et les acétogénines (principalement l annonacine). Ces dernières possèdent des propriétés cytotoxiques et larvicides. L accès à ces molécules nous permettent maintenant de les modifier afin d en optimiser les propriétés. RANISAHARIVNY Graziella pulp Pericard 4 % peels 14 % seeds 4,5% Insoluble kernel 63% Extraction hexane/meh Extraction AcEt/eau Soluble H 2 hulls37% combustion No toxicity on mouse Cake 55%: starch,proteins ( 25%) Animal feeding Huiles 31% leochemistry Green gazoil Acetogénines 4,2% Starting material For pharmaceutical Agrochemical industry H 3C Saccharides 4,5% Fermentation (CH 2) 11 H (CH 2) 4 (CH 2) 5 H H H CH 3 Une publication est issue des résultats obtenus (Journal of Phramacognosy and Phytochemistry, 2015, 4(2), 161-171). 4.2.2 Valorisation des sous-produits de la mangue de Madagascar La mangue est un produit très important dans toute la zone tropicale. La production de fruits utilisés pour la préparation de jus est en constante progression. Ce secteur produit une grande quantité de déchets puisque ceux-ci représentent 50% de la masse sèche du fruit. Il est possible d extraire des huiles mais celles-ci ne représentent que 6% de la masse de l amande et sont surtout constituées d acide gras saturés. Par contre, il est aussi possible d obtenir des stérols utilisables en cosmétique. Les déchets de mangue sont par contre très riches en tanins galliques. utre les applications classiques de ces tanins, nous tentons de valoriser l acide gallique qui est un des rares produits aromatiques disponibles naturellement à grande échelle. 5
Noix 15% coques 7.5 % Anacar dic a cid 6 5% Cardol 15-20% Carda nol 10% Dr RASANAIV Herilala Léa «Manga hiesy» fruits Waste (50.5%) Pulp (49.5%) Peels (9.8%) Hulls (10.8%) Kernels (7.7%) Fruits industry Residu (starch, protein: 64,6%) ils (6,1%) (10.3%) ther polyphenolic Gallotannins (16,9%) Animal food Cosmetics, Biodiesel 4.2.3 Valorisation du liquide de coques de noix de cajou (Cashew Nut Shell Liquid CNSL) Les noix de cajou sont produites à l échelle de 5 millions de tonnes dans le monde entier. Ce secteur produit potentiellement une quantité équivalente de Cashew Nut Shell Liquid qui est constitué d un mélange complexe d alkyl phénol. Plusieurs équipes en Europe, en Asie et en Amérique travaillent sur la valorisation de ces phénols bio-sourcés. Une des difficultés principales liées à l utilisation de produits d origine naturelle réside dans la composition souvent complexe des matières premières. Notre stratégie a donc consisté à transformer le mélange naturel en un unique intermédiaire avancé. CNSL 45% Xylene reflux 4h More than 13 products 8 products Pd/C,5%, 30 atm. ethanol 15h 14 70% ne advance intermediate Nous avons montré qu à partir du mélange naturel, il était possible en deux étapes (décarboxylation 6
puis réduction) d obtenir la pentadécyl cyclohexanone. Cet intermédiaire avancé donne accès à des composés d intérêt (monomères surfactants ) en utilisant les technologies maîtrisées à Lyon. un premier polyester vient d être synthétisé en coopération avec l équipe du Dr S Caillol de Montpellier. 4.2.4 Valorisation de l amidon de manioc de Madagascar. Le manioc est une plante qui peut être cultivée sur des sols pauvres et qui ne nécessite que peu d engrais et de pesticides. La productivité peut être très élevée (jusqu à 40 tonnes par hectare). Cette matière première contient 90% d amidon de haut poids moléculaire et elle est surtout intéressante par son coût (< 50 euros la tonne). Il existe de nombreuses méthodes pour hydrolyser l amidon mais elles utilisent généralement des acides solubles (sulfurique ou chlorhydrique), ce qui limite l utilisation alimentaire et engendre la production de sels. De plus, l amidon de manioc est plus difficile à hydrolyser du fait de son haut poids moléculaire. catalyseur, amidon de manioc, water 50g/L-1 80% Nous avons mis au point une hydrolyse de l amidon de manioc utilisant de catalyseur polymérisé. Le catalyseur est recyclable et cette méthode permet d obtenir du glucose (> 90%) aisément séparable avec un rendement massique global voisin de 100%. Un brevet a été déposé à l MPI et nous avons des discussions avec des industriels malgaches pour l utilisation du glucose en biscuiterie et en fermentation alcoolique car Madagascar importe le glucose. 5. Historique du Laboratoire International Associé Antananarivo- Lyon1 Juin 2008-Juin 2009 Négociation des scientifiques entre Antananarivo et Lyon 1 juillet-août 2009 Réunion informelle entre Pr M. Lemaire, Pr. A. Carayon (MADES), Pr. M. Ramanamihantatsoarana (V.P.R.I.,Université d Antananarivo); Pr. G. Remy (D.G. Recherche scientifique et du partenariat Madagascar) 25-26 Août 2009 Présentation du projet de LIA à l Université d Antananarivo par Dr P. Mavingui et Pr M. Lemaire 12-15 octobre 2009 Communication du projet de LIA au BIMAD I à Antananarivo 8-18 juin 2010 Visite de délégations de l Université de Lyon1 (Pr Marcel-Chatelain VPRI, Pr C. Goutaudier CS ) à Université d Antananarivo (Doyen B. Andrianantenaina, Pr J. D. Andriamizaka ) : Nomination des directeurs du LIA - Dr V. Vestalys Ramanandraibe et - Pr M. Lemaire Attribution d un laboratoire à Ampasapito pour le LIA 10 février 2011 Signature de convention entre les présidents de deux Universités (Pr A. Andriantsimahavandy et Pr A. Collet) pour la création du LIA dont le thème de recherche est «Etude et Valorisation de la biodiversité Malgache» 7
Mars 2011 btention d un financement de l Institut Universitaire de France (Pr M. Lemaire) Avril 2011 1er envoi des matériels de laboratoire de Lyon 1 vers Antananarivo, Début de la rénovation du Laboratoire à Ampasampito juillet-août 2011 Installation des équipements au Laboratoire et début de la recherche Janvier 2012 btention de financement par la Region Rhône-Alpes (Dr P. Mavingui- Pr M. Lemaire) Mai 2012 2 ème envoi des matériels de laboratoire de Lyon 1 vers Antananarivo Juillet 2012 Installation de l insectarium dans le nouveau local attribué à LIA Pr M. Lemaire enseigne la chimie verte en master de "Chimie des substances naturelles" à l Université d Antananarivo Avril 2013 Recrutement d un postdoc au LIA ctobre-décembre 2013 Formation d un chercheur du LIA au Laboratoire Casyen Lyon1, financé par l AUF Décembre 2013 Publications des résultats de recherche du LIA Fondateurs : Université Claude Bernard Lyon1 Pr M. Lemaire ICBMS Lyon UMR 5641; Dr P. Mavingui Ecologie Microbienne UMR 5557 Université de Lyon1 Université d Antananarivo Doyen, Dr B. Andrianantenaina, Pr V. Jeannoda; Pr P. Ravelonandro; Pr P. Rasoanaivo; Pr E. Rakotobe; Pr Y. Ranarivelo, Pr M. Rakotovao, Pr M. Adriantsiferana 6. Publications Communications orales - Herilala Léa RASANAIV, Marc LEMAIRE, Voahangy RAMANANDRAIBEa, Florien ALBRIEUX, Graziella RANISAHARIVNY, Franck RASLARIJANA, Hervé Fidèle ALSN, Mananjarasoa MINARIJANA, Maonja Finaritra RAKTNDRAMANGA, Patrick MAVINGUI, Marcelle RAKTVA, Victor JEANNDA. Chimie et déchets végétaux - Chimie des ressources naturelles, mini-forum CPED Académie de France, Paris, Décembre 2013. - Rasoloharijaona F. Y., Ranisaharivony G., Ramanandraibe V., Jeannoda V., Lemaire M., Mavingui P. Evaluation de la sensibilité des moustiques de Madagascar aux répulsifs et attractants chimique vers un developpement de tests in natura, BIMAD III, Mahajanga Madagascar, Décembre 2013. - Graziella Ranisaharivony, Franck Rasoloharijaona, Voahangy Ramanandraibe, Léa Rasoanaivo, Marcelle Rakotovao, Patrick Mavingui, Marc Lemaire. Valorisation des graines de corossol (Annona muricata) comme source de biopesticides pour le contrôle des moustiques hématophages vecteurs BIMAD III, Mahajanga Madagascar, Décembre 2013. 8
Publications - Léa Herilala Rasoanaivo, Florian Albrieux, Marc Lemaire, Chemical constituents of peels, kernels and hulls of fruits of Mangifera indica Var. Hiesy and their potential valorization. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 2014; 3(4): 225-233. - Blanche Graziella Ranisaharivony, Voahangy Ramanandraibe, Léa Herilala Rasoanaivo, Marcelle Rakotovao, Marc Lemaire, Separation and potential valorization of chemical constituants of soursop seeds. Journal of Phramacognosy and Phytochemistry, 2015, 4(2), 161-171. 9