Sciences · Chimie
Les engrais
Un engrais est une substance apportée au sol ou aux plantes pour leur fournir des éléments nutritifs, surtout l’azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K). Il peut être minéral ou organique.
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Une plante tire son carbone du CO₂ de l’air par la photosynthèse, mais elle puise dans le sol l’eau et une quinzaine d’éléments minéraux. À chaque récolte, une partie de ces éléments est exportée du champ. Pour maintenir les rendements, il faut les restituer : c’est le rôle des engrais. Le chimiste allemand Justus von Liebig a formalisé au XIXᵉ siècle la loi du minimum : la croissance est limitée par l’élément le moins disponible, comme un tonneau dont le niveau est fixé par sa planche la plus courte.
Les éléments nutritifs des plantes
| Catégorie | Éléments | Rôle principal |
|---|---|---|
| Éléments majeurs | azote (N) | croissance des feuilles, synthèse des protéines et de la chlorophylle |
| phosphore (P) | racines, floraison, transfert d’énergie (ATP), ADN | |
| potassium (K) | régulation de l’eau, résistance aux maladies, qualité des fruits | |
| Éléments secondaires | calcium, magnésium, soufre | parois cellulaires, chlorophylle (Mg), protéines (S) |
| Oligoéléments | fer, manganèse, zinc, cuivre, bore, molybdène | enzymes, en très petites quantités |
Une carence se voit souvent sur les feuilles : un jaunissement général des feuilles âgées signale par exemple un manque d’azote.
Lire une étiquette NPK
Un engrais « 15-10-20 » contient, pour 100 kg de produit :
- 15 kg d’azote, exprimé en N ;
- 10 kg de phosphore, exprimé par convention en P₂O₅ ;
- 20 kg de potassium, exprimé par convention en K₂O.
Ces conventions sont historiques : l’engrais ne contient pas réellement de P₂O₅ ni de K₂O, mais des sels de phosphate et de potassium.
Les engrais minéraux
Les engrais azotés
Presque tous dérivent de l'ammoniac produit par le procédé Haber-Bosch à partir de l’azote de l’air et d’hydrogène.
| Engrais | Formule | Teneur en azote |
|---|---|---|
| Ammoniac anhydre | NH₃ | 82 % |
| Urée | CO(NH₂)₂ | 46 % |
| Ammonitrate (nitrate d’ammonium) | NH₄NO₃ | 33,5 % (pur : 35 %) |
| Sulfate d’ammonium | (NH₄)₂SO₄ | 21 % |
| Solution azotée | urée + nitrate d’ammonium | ≈ 30 % |
Les engrais phosphatés
Ils sont tirés des roches phosphatées (phosphate de calcium), extraites principalement au Maroc, en Chine, aux États-Unis et en Russie. Le minerai est attaqué par l’acide sulfurique pour le rendre soluble : on obtient le superphosphate, ou l’acide phosphorique transformé en phosphates d’ammonium. Les réserves sont limitées et concentrées dans peu de pays, ce qui fait du phosphore une ressource stratégique.
Les engrais potassiques
Ils proviennent de gisements de sels de potassium (sylvinite, carnallite), anciens dépôts marins. Le chlorure de potassium KCl, ou potasse, en est la forme principale. Le Canada est le premier producteur mondial ; l’Alsace en a exploité jusqu’en 2002.
Les engrais organiques
| Engrais | Particularité |
|---|---|
| Fumier, lisier | déjections animales, apportent N, P, K et de la matière organique |
| Compost | déchets végétaux décomposés ; agit surtout comme amendement |
| Guano | excréments d’oiseaux marins, très riche en azote et phosphore |
| Farines animales, corne broyée, sang séché | libération lente de l’azote |
| Engrais verts | légumineuses (trèfle, luzerne) enfouies, qui fixent l’azote de l’air grâce aux bactéries de leurs racines |
Les éléments des engrais organiques doivent être minéralisés par les organismes du sol avant d’être absorbés : leur action est plus lente et plus progressive. Ils nourrissent aussi la vie du sol (voir les sols).
Un rôle décisif dans l’histoire
Avant les engrais de synthèse, l’azote venait du fumier, de la rotation des cultures avec des légumineuses, puis, au XIXᵉ siècle, du guano du Pérou et du salpêtre du Chili. L’industrialisation du procédé Haber-Bosch à partir de 1913, puis la « révolution verte » des années 1960, ont multiplié les rendements céréaliers. On estime qu’une part considérable de l’humanité actuelle, souvent évaluée à près de la moitié, est nourrie grâce à l’azote de synthèse.
Les impacts environnementaux
- Pollution des eaux par les nitrates : très solubles, les nitrates non absorbés sont lessivés vers les nappes et les rivières. L’eau potable ne doit pas dépasser 50 mg/L de nitrates dans l’Union européenne.
- Eutrophisation : nitrates et phosphates provoquent la prolifération d’algues dans les lacs et les eaux côtières, comme les marées vertes d’algues en Bretagne.
- Gaz à effet de serre : la fabrication des engrais azotés consomme beaucoup de gaz naturel, et les sols fertilisés émettent du protoxyde d’azote N₂O, gaz à effet de serre près de 300 fois plus puissant que le CO₂ sur cent ans.
- Ammoniac atmosphérique : la volatilisation de l’ammoniac des engrais et effluents d’élevage contribue à la formation de particules fines.
- Risque industriel : l’ammonitrate, stable dans des conditions normales, peut détoner dans certaines conditions ; il a été en cause dans la catastrophe d’AZF à Toulouse (2001) et dans l’explosion du port de Beyrouth (2020).
La fertilisation raisonnée (apporter la bonne dose, au bon moment, au bon endroit), l’analyse des sols et le recours aux légumineuses limitent ces effets.
Questions fréquentes
Que signifient les trois chiffres sur un sac d’engrais ?
Ce sont les teneurs en pourcentage d’azote (N), de phosphore (exprimé en P₂O₅) et de potassium (exprimé en K₂O), toujours dans cet ordre.
Les engrais organiques sont-ils meilleurs que les engrais minéraux ?
Pour la plante, un nitrate est un nitrate, quelle que soit son origine. Les engrais organiques agissent plus lentement mais améliorent la structure et la vie du sol ; les engrais minéraux sont plus concentrés et plus rapides, avec un risque de lessivage s’ils sont mal dosés.
Pourquoi les légumineuses enrichissent-elles le sol en azote ?
Leurs racines abritent des bactéries du genre Rhizobium qui fixent l’azote de l’air et le transforment en composés assimilables, dont une partie reste dans le sol après la culture.