Groupe opérationnel ESJARA : L'huile essentielle de ciste pour le développement de la bioéconomie en milieu rural

Caractérisation des huiles essentielles et des hydrolats
Afin d'obtenir de nouvelles applications pour les huiles essentielles et hydrolats dérivés du ciste et de la steppe, diverses analyses ont été réalisées pour mesurer l'activité biologique contre les champignons phytopathogènes et les mauvaises herbes. Les différences observées dans les études de composition chimique se reflètent dans les tests d’activité, avec des différences d’activité observées en fonction du lieu d’origine, de la période de l’année de récolte et de la méthode d’extraction utilisée. L’activité antifongique contre divers champignons pathogènes qui affectent les agrumes une fois récoltés a été déterminée. En général, ce que l'on observe, c'est que les composés les plus actifs contre ces champignons sont les huiles essentielles de ciste, principalement contre Phytophthora citrophthora, qui provoque un type de pourriture brune.
Une activité anti-germinative contre les mauvaises herbes a également été déterminée, les hydrolats étant plus actifs dans ce cas, en particulier celui d'El Ordial (Guadalajara) obtenu par distillation à la vapeur d'eau à partir de matériel broyé.

Différentes méthodes d'extraction des huiles essentielles

Nous avons comparé la composition de l'huile essentielle obtenue par trois méthodes de distillation différentes : la distillation à la vapeur d'eau (SD), l'hydrodistillation (HD) et la distillation assistée par micro-ondes sans solvant (SFME). Pour ce faire, nous avons collecté de la biomasse de deux espèces de Cistus, Cistus ladanifer à El Ordial (Guadalajara) et Cistus laurifolius (steppe) à Lubia (Soria). L'échantillonnage a été réalisé sur 10 mois, d'avril à novembre, avec des échantillons collectés tous les deux mois. Le pourcentage de composés identifiés dans chaque échantillon d’huile varie pour le même endroit en fonction de la date de collecte et de la méthode de distillation choisie, bien que les différences soient principalement quantitatives et non qualitatives. L'hydrodistillation ou l'extraction assistée par micro-ondes produit une huile essentielle avec un pourcentage plus élevé de composés oxygénés dans les deux espèces. L'extraction à la vapeur est une méthode officielle et largement utilisée, tandis que les nouvelles techniques (extraction par micro-ondes sans solvant) sont considérées comme des techniques d'extraction prometteuses, en raison d'un temps d'extraction plus court, d'une faible consommation d'énergie, d'une faible utilisation de solvants et de faibles émissions de dioxyde de carbone. Par conséquent, l’influence de la méthode d’extraction sur la composition et le profil aromatique de l’huile essentielle de ciste ou de steppe sera un autre paramètre à prendre en compte en fonction de l’industrie dans laquelle les huiles sont finalement utilisées.

Fabrication de panneaux et mesure du formaldéhyde

Nous avons évalué les caractéristiques des particules de ciste après extraction et leur effet lorsqu'elles sont incorporées dans la fabrication de panneaux monocouches, mélangés à des particules de pin sylvestre. La distribution granulométrique, la densité apparente et basique, le pH et la capacité tampon de Cistus ladanifer ont été déterminés. Des planches de dimensions 383x383 mm ont été fabriquées, d'une épaisseur de 10 mm et d'une densité de 620 kg/m3, avec des proportions de 15%, 30%, 45%, 100% de particules de ciste, trois répliques par planche, plus un flan constitué de 100% de particules de pin.
L'évaluation des panneaux comprenait les propriétés mécaniques : flexion (MOE), résistance à la rupture (MOR), traction perpendiculaire ; ainsi que physiques : densité, gonflement, absorption d'eau, humidité et quantification du formaldéhyde émis par la méthode du flacon.   Les résultats ont montré que le mélange de particules de pin et de ciste produit des panneaux avec de bonnes propriétés de traction perpendiculaire, mais pas en MOE et MOR, probablement en raison de la distribution granulométrique des particules utilisées. La quantification des émissions de formaldéhyde était faible dans tous les panneaux, ce qui suggère que le ciste pourrait être utilisé sous forme de farine comme piège à formaldéhyde.

Récolte mécanisée : efficacité et utilisations différenciées du rosier collant et du ciste des steppes
Les travaux de démonstration sur la récolte mécanisée ont été réalisés de manière satisfaisante dans les zones de faible pente des zones pilotes définies dans la proposition, à l'exception de la clairière de steppe à cistes de Guadalajara, qui a été transférée au CEDER de Lubia (Soria) pour des raisons environnementales.   Les résultats de débroussaillage avec la débroussailleuse-broyeuse López Garrido TBA2300 ont été plus favorables qu'avec la débroussailleuse-presse Biobaler WB55, en collectant 3 fois plus de biomasse par hectare et 2,6 fois plus de biomasse par heure de production, ce qui se traduit par des coûts inférieurs par tonne et par heure de production, avec des chiffres d'environ 45 €/tonne fraîche collectée avec la débroussailleuse-broyeuse et des coûts nets de 82 €/heure de production. Les jeunes peuplements de ciste ladanifère (Cistus ladanifer), âgés de 4 à 8 ans, sont les mieux adaptés à la récolte pour obtenir de l'huile essentielle, en augmentant la hauteur de coupe de la débroussailleuse pour récolter la partie apicale de la végétation. Les peuplements plus anciens et ceux de ciste (Cistus laurifolius) sont mieux utilisés pour les biocarburants, en travaillant avec la machine au sol pour obtenir la plus grande quantité possible de biomasse.

La télédétection pour améliorer l'utilisation durable du ciste

Le projet GO Esjara a fait un grand pas en avant dans l’identification et la cartographie des forêts de cistes à l’aide de technologies de télédétection. En utilisant l'imagerie satellite Sentinel-2 et les données LIDAR du PNOA, l'équipe a développé une carte détaillée de la répartition des cistes dans les régions étudiées, améliorant considérablement la précision de la cartographie précédente. L’étude a permis d’estimer et de cartographier la biomasse disponible dans les cistes, ce qui est essentiel à leur utilisation durable. En appliquant des modèles basés sur des données LIDAR, il a été possible de quantifier la quantité de biomasse de ciste collant (Cistus ladanifer) et de ciste des steppes (Cistus laurifolius) dans chaque zone, contribuant ainsi à la gestion efficace de ces ressources. Un exemple notable est le modèle appliqué à la région de la Sierra Guadalajara, où la biomasse totale des deux espèces a été calculée. Bien que la méthodologie ait montré des progrès significatifs, l’étude a également révélé la nécessité de continuer à améliorer l’intégration des données satellitaires et cartographiques, en particulier dans les régions présentant une variabilité phénologique. Ces résultats jettent les bases d’une gestion plus efficace et durable des cistes, favorisant leur utilisation dans la bioéconomie rurale.

Prédire la production d'huile essentielle de ciste à l'aide d'images satellites

L’une des grandes questions que nous nous sommes posées au début de ce projet était de savoir si le ciste avait une « empreinte digitale » unique dans les images satellites, comme un identifiant de plante, qui nous permettrait de prédire sa production d’huile essentielle. Au fil des années, nous avons réalisé des progrès dans l’utilisation des technologies de télédétection pour estimer la production d’huile essentielle de ciste (Cistus ladanifer et Cistus laurifolius). À l’aide d’images satellites Sentinel-2 et de modèles d’apprentissage automatique, différentes zones pilotes ont été analysées pour déterminer la relation entre l’état de la végétation et le rendement en pétrole à différents moments de l’année. Les rendements en huile ont été obtenus sur le terrain en récoltant du ciste à différentes saisons (printemps, été, automne et hiver), suivi d'un processus de distillation à la vapeur, où la quantité d'huile essentielle extraite a été mesurée par rapport à la biomasse sèche traitée. Des études ont montré que les rendements les plus élevés d’huile essentielle sont obtenus au printemps et en automne, bien qu’il existe des cas où l’été montre également de bons résultats. Cette avancée ouvre la voie à la génération de cartes dynamiques de rendement en huile qui pourraient optimiser la planification des récoltes, maximisant ainsi l’extraction d’huile essentielle de manière efficace et durable.

Itinéraires économiques
L'analyse des filières économiques du ciste identifie quatre méthodes de récolte : la récolte manuelle à la faucille, la récolte semi-manuelle à la débroussailleuse, la récolte mécanisée à la presse à balles et la récolte mécanisée au concasseur.
Chacune présente des avantages et des limites en termes de rendement, de coûts d’exploitation et de qualité de l’huile essentielle obtenue : la récolte manuelle est la plus coûteuse et produit le rendement le plus faible, tandis que la récolte mécanisée avec un broyeur maximise l’efficacité mais empêche la production de labdanum.
Quant à la distillation, elle peut être réalisée en usine ou à la ferme, avec des coûts associés de 20 à 40 €/kg et 50 €/kg respectivement.
Itinéraires d'utilisation du Ciste.

• Itinéraire 1 : Vendanges Manuelles + Distillation en Usine ou en Montagne.
• Itinéraire 2 : Récolte mécanisée avec station d'emballage + Distillation en usine.
• Itinéraire 3 : Récolte mécanisée avec broyeur + Distillation au champ ou en usine.

Localisation des nouvelles usines de distillation
Les objectifs sont les suivants :

• Évaluer la viabilité territoriale de l’installation de nouvelles usines de distillation dans deux zones différentes, en tenant compte de la disponibilité des ressources et de la demande du marché.
• Identifier les emplacements optimaux pour ces plantes, en utilisant les informations générées lors des activités précédentes et les critères géospatiaux pertinents.
• Formuler des recommandations pour assurer la mise en œuvre efficace des nouvelles installations, en optimisant leur fonctionnement, leur durabilité et leur rentabilité.
• En ce qui concerne l’emplacement des nouvelles usines, cinq provinces ont été analysées en fonction de la répartition des terres broussailleuses, de la biomasse, du potentiel de mécanisation et de la demande du marché. Finalement, Guadalajara et Badajoz ont été sélectionnées comme les plus adaptées, écartant Huelva, Zamora et Burgos en raison de leur faible aptitude à l'usage industriel. L’utilisation de la biomasse et de l’énergie solaire est recommandée comme sources d’énergie durables, et la faisabilité de technologies innovantes telles que les micro-ondes ou le CO2 pour la distillation est évaluée.

Composition de l'huile de ciste

• La composition chimique de l'huile essentielle de Cistus ladanifer peut être très complexe, avec jusqu'à 300 composés différents détectés dans certains cas, dont seul un petit groupe de terpènes est présent dans des proportions significatives. Les propriétés d’une huile essentielle ne sont donc généralement pas déterminées par un composé spécifique, mais plutôt par la proportion de tous ceux-ci qui détermine la qualité finale du produit.
• Pour d’autres types d’huiles essentielles, y compris celles de ciste, des variations ont été décrites. Dans le cadre du projet Esjara, nous avons analysé la composition en huile essentielle de deux variétés de Cistus, Cistus ladanifer (ciste collant) et Cistus laurifolius (ciste des steppes) dans différents endroits et à différentes saisons.
• La composition qualitative des huiles de ciste (Cistus ladanifer) ne présente fondamentalement pas de différences selon le lieu ou la saison, mais il existe des différences quantitatives. Le groupe le plus représentatif est celui des monoterpènes hydrocarbonés, l'α-pinène étant le composé majoritaire dans toutes les huiles, quel que soit le lieu et la saison d'échantillonnage. En ce qui concerne les monoterpènes oxygénés, l'échantillon d'été d'Aliste présente le pourcentage le plus élevé d'acétate de bornyle (7,36 %) avec les échantillons de Huelva collectés en été (7,32 %) et en automne (6,63 %). Ce modèle se répète avec les sesquiterpènes hydrocarbonés.

Viseur
Dans le cadre du projet, un visualiseur a été développé qui permet d'identifier la superficie de ciste, ainsi que d'estimer la biomasse disponible, le potentiel de mécanisation et le risque d'incendie. Il a été développé en collaboration avec des partenaires du projet représentant les industries de la récolte et de la distillation afin de mieux servir les utilisateurs potentiels. À la suite des développements mentionnés ci-dessus, le produit de cartographie réactif suivant a été créé pour différents appareils. Son objectif est d'accompagner les différents acteurs impliqués dans la filière, notamment en termes de recherche avant le lancement d'une exploitation de ciste.
L'adresse pour y accéder est la suivante : https://goesjara.es/visor/

ResinApp

Cet outil dispose d'une section de gestion Web pour l'entreprise, où vous devez d'abord configurer la culture ou le travail du sol spécifique et son lien avec l'utilisateur de champ souhaité, qui sera également créé à partir de la plate-forme Web. Une fois l'exploitation définie et caractérisée, l'utilisateur du terrain lié y accède à l'aide de son appareil mobile et de l'application associée, après l'avoir téléchargée depuis le site Web, en utilisant les identifiants préétablis par les entreprises. Il comprend la possibilité de modifier les poids et les géométries dans l'application, avant de les synchroniser avec le site Web, ainsi que la possibilité d'incorporer des poids ou des zones directement à partir du site Web par les entreprises, la sommation automatique des tonnes pesées par zone et l'utilisation et le travail du sol, ainsi que d'autres implémentations plus petites. L'activation de l'historique, du calendrier et des statistiques est incluse.