Soutenance mémoire
Généralités sur les phosphates
Le phosphore dans le système sol
Le phosphore (P) est un élément qui est largement distribué dans la nature. Il est considéré, avec l’azote (N) et le potassium (K), comme un constituant fondamental de la vie des plantes et des animaux. Le phosphore a un rôle dans une série de fonctions du métabolisme de la plante et il est l’un des éléments nutritifs essentiels nécessaires pour la croissance et le développement des végétaux. Il a des fonctions à caractère structural dans des macromolécules telles que les acides nucléiques et des fonctions de transfert d’énergie dans des voies métaboliques de biosynthèse et de dégradation. A la différence du nitrate et du sulfate, le phosphate n’est pas réduit dans les plantes mais reste sous sa forme oxydée la plus élevée [1]. Le phosphore est absorbé principalement pendant la croissance végétative et, par la suite, la majeure partie du phosphore absorbé est transférée dans les fruits et les graines pendant les étapes de reproduction. Des plantes déficientes en phosphore montrent un retard de croissance (réduction de la croissance des cellules et des feuilles, de la respiration et de la photosynthèse), et souvent une couleur vert foncé (concentration plus élevée en chlorophylle) et une coloration rougeâtre (augmentation de la production d’anthocyanes). Il a été signalé que le niveau de l’approvisionnement en phosphore pendant les étapes reproductrices règle la partition des photosynthétats entre les feuilles-sources et les organes reproducteurs, ceci étant essentiel pour les légumineuses fixatrices d’azote [1]. Des animaux et des êtres humains en bonne santé demandent également des quantités adéquates de phosphore dans leur nourriture pour que leurs processus métaboliques soient normaux [2]. Cet élément nutritif est absorbé par les plantes dans la solution du sol en tant qu’anion orthophosphate monovalent (H2PO4- ) et divalent (HPO4 –), chacun représentant 50 pour cent du phosphore total à un pH proche de la neutralité (pH 6 à 7). A pH 4-6, H2PO4- représente environ 100 pour cent du phosphore total en solution. A pH 8, H2PO4- représente 20 pour cent et HPO4 — 80 pour cent du phosphore total [3]. La physico-chimie du phosphore dans la plupart des sols minéraux est assez complexe, ceci étant dû à l’existence de séries de réactions instantanées et simultanées telles que dissolution, précipitation, rétention et oxydation/réduction. Les composés phosphatés solubles ont une réactivité très élevée, des indices de solubilité bas et une faible mobilité. La minéralisation et l’immobilisation des composés organiques phosphatés sont des processus faisant partie du cycle du phosphore dans les sols contenant des quantités significatives de matière organique [3], [4].
Quand un engrais phosphaté hydrosoluble est appliqué au sol, il réagit rapidement avec les composants du sol. Les produits en résultant sont des composés phosphatés modérément solubles et du phosphore adsorbé sur les particules colloïdales du sol [4]. Une faible concentration en phosphore dans la solution du sol est habituellement adéquate pour la croissance normale des plantes. Par exemple, Fox et Kamprath [5] et Barber [6] ont suggéré qu’une concentration de 0,2 ppm de phosphore était adéquate pour une croissance optimale. Cependant, pour que les plantes absorbent les quantités totales de phosphore nécessaires afin de donner de bons rendements, la concentration en phosphore de la solution du sol en contact avec les racines doit être maintenue pendant tout le cycle de croissance. En culture continue, des apports de phosphore, en particulier d’engrais hydrosolubles, doivent être effectués pour maintenir le statut phosphaté du sol pour les sols fertiles ou augmenter celui des sols ayant une faible fertilité phosphatée naturelle. Par conséquent, le sol, la culture, l’eau, les méthodes de gestion des engrais phosphatés, les conditions climatiques, etc. sont des facteurs importants à considérer quand on essaye de formuler des recommandations de fertilisation phosphatée et obtenir des réponses adéquates des rendements des cultures [2], [4].
Des engrais phosphatés solubles manufacturés tels que les superphosphates sont généralement recommandés pour corriger des insuffisances en phosphore.
Minéraux des roches phosphatées
Le minerai de phosphate (roche concentrée en sels de phosphate) est une roche sédimentaire [7] dite exogène : elle se forme par concentration lorsque des ions phosphate précipitent dans une roche en diagenèse. Les formes biogènes, telles les guanos d’oiseaux et de chauve-souris, sont exploitées depuis des siècles. La valence du phosphore est une valence stable. On observe donc la formation de (PO4) 2- . Les diverses formes de la roche de phosphates sont les suivantes :
● Apatite : (calcium, magnesium, azote)10(PO4)6-x(CO3)xFy(F,OH)2
● Pristine : fluorapatite
● Francolite : par substitution PO4 en CO3.
● Dahlite : par substitution F en OH
● Thuyaminite : contient une phase d’uranium jaune
● Vivianite : phosphate de fer
● Pyromorphile : phosphate de plomb
● Turquoise : phosphate de cuivre et aluminium.
Des substitutions du calcium sont aussi possibles avec le potassium, le strontium, l’uranium, et le thorium. PO4 peut se substituer par SiO4, AsO4, VO4. L’uranium contenu en substitution peut être utilisé pour une datation absolue aux isotopes radioactifs. La solubilité des phosphates augmente avec la présence de carbonates. La présence de magnésium empêche la croissance de l’apatite. Les gisements de phosphate naturel (PN) sont répartis géographiquement et géologiquement dans le monde entier, et les très grandes ressources existantes sont capables de satisfaire à la demande calculée pour un avenir prévisible. Les évaluations considèrent généralement un total de 200 à 300 milliards de tonnes de phosphate naturel de toutes les catégories. Une grande partie de ces quantités totales estimées inclut des dépôts composés de phosphate naturel riches en carbonates, dont l’exploitation commerciale dépend soit du développement de nouvelles technologies d’enrichissement soit de changements dans les conditions économiques [8], [9]. Les gisements les plus importants se trouvent en Amérique du Nord, sur Navassa au Maroc, en Tunisie, au Togo, en Israël, en Jordanie, en Chine et sur certaines îles d’Océanie : Nauru, Banaba et Makatea. Environ 80 pour cent de la production mondiale de phosphate naturel proviennent des dépôts d’origine sédimentaire marine, 17 pour cent sont dérivés des roches magmatiques et de leurs produits de lessivage, et le reste vient de dépôts sédimentaires résiduels et de guano.
Les apatites
Le terme apatite désigne une famille de composés de formule chimique Me10(XO4)6Y2 où Me est un cation divalent (Ca2+, Pb2+ , Ba2+…), XO4 un oxyanion (PO4 3- , VO4 3- , SiO4 4- …) et Y un anion monovalent (F- , Cl- , OH-…). L’apatite de référence est la fluorapatite de formule Ca10(PO4)6F2 dans laquelle le fluor peut être remplacé par l’ion chlorure ou l’ion hydroxyle pour donner respectivement la chloroapatite et l’hydroxyapatite. L’apatite est le phosphate le plus abondant sur terre, c’est également le constituant principal des dents et des os. Les minéraux apatitiques se forment facilement dans la nature et sont stables dans un large éventail d’environnements géologiques, et ce pour de très longues périodes. Les apatites les plus souvent rencontrées dans les milieux naturels sont phosphocalciques car les phosphates de calcium évoluent spontanément vers leur forme la plus stable, l’apatite. Les apatites des roches ignées et métamorphiques c’est-à-dire ayant subit des transformations à haute température et pression (de l’ordre de 600°C,120 MPa) sont bien cristallisées. Dans cet environnement, on observe essentiellement des apatites de composition proche de celle de la fluorapatite et une très faible proportion d’hydroxyapatite. En revanche les apatites des milieux sédimentaires sont microcristallines et significativement substituées en carbonates. Les apatites sédimentaires sont formées de phosphates provenant des apatites authigènes ou de nature biogène c’est-à-dire issues de la dégradation de la matière organique (os, arrêtes…).
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE I Etude bibliographique sur les phosphates naturels
I. Généralités sur les phosphates
I. 1. Le phosphore dans le système sol
I. 1. 1. Minéraux des roches phosphatées
I. 1. 2. Les apatites
I. 2. Les phosphates de Djebel Onk
I. 2. 1. Historique du gisement de Djebel Onk
I. 2. 2. Caractéristiques des phosphates de Djebel Onk
I. 2. 3. Etudes menées sur les phosphates de Djebel Onk
I. 3. Utilisation des phosphates
I. 4. Préparation des phosphates au niveau du complexe minier de Djebel Onk
I. 4. 1 Situation géographique
I. 4. 2. Description des gisements
I. 4. 3. Traitement des phosphates
I. 4. 3. 1. Préparation du phosphate dépoussiéré (63% – 65%) BPL
I. 4. 3. 2. Préparation du phosphate débourbé (66% – 68%) BPL
I. 4. 3. 3. Préparation du phosphate calciné (69% – 72%) BPL
I. 5. Dissolution des phosphates naturels dans les acides
I. 5. 1. Dissolution des phosphates naturels dans les acides minéraux
I. 5. 2. Attaque des phosphates par H2SO4
I. 5. 3. Attaque des phosphates par HNO3
I. 5. 4. Dissolution des phosphates naturels dans les acides organiques
I. 5. 5. Solubilisation des phosphates inorganiques
I. 5. 6. Facteurs liés à composition du phosphate
I. 5. 6. a. Facteurs Physiques
I. 5. 6. b. Facteurs Chimiques
I. 5. 6. c. Facteurs liés à la nature du sol
I. 5. 6. d. Facteurs liés aux espèces de plantes
I. 6. Influence de différents paramètres sur la décomposition des phosphates
I. 6. 1. Influence de la température
I. 6. 2 Influence de la concentration de l’acide
I. 6. 3. Influence de la granulométrie du phosphate sur la décomposition
I. 6. 4. Influence du rapport solide-liquide sur la décomposition
I. 6. 5. Influence de l’agitation sur la décomposition
I. 6. 6. Influence de la composition minéralogique sur la décomposition
CHAPITRE II Simple superphosphate et cinétique de la réaction Phosphate-acide
II. Les engrais phosphatés et le SSP
II. 1. Le superphosphate simple (SSP) : Ca(H2PO4)2 + CaSO4
II. 2. Le superphosphate triple (TSP): Ca(H2PO4)2
II. 2. 1. Les phosphates d’ammonium
II. 2. 1. a. Monoammonium phosphate (MAP) : NH4H2PO4
II. 2. 1. b. Diammonium phosphate (DAP) : (NH4)2HPO4
II. 3. Procédé de fabrication du super simple phosphate
II. 3. 1. L’attaque sulfurique sur les phosphates
II. 3. 2. L’ alimentation du réacteur
II. 3. 3. La granulation
II. 3. 4. Dépoussiérage et lavage des gaz
II. 4. Cinétique hétérogène
II. 4. 1. Degré d’avancement moyen moy. Cas général
II. 4. 2. Taux d’avancement (ou de conversion). Cas d’une particule sphérique
CHAPITRE III Partie expérimentale
III. Expérimentale
III. 1. Etude de réaction de formation du simple superphosphate (SSP)
III. 2. Description de l’expérience
III. 3. Resultats obtenus
III. 3. 1. Phosphates de Bled Elhadba
III. 3. 1. 1. SSP obtenu après 10 minutes d’agitation
III. 3. 1. 2. SSP obtenu après 20 minutes d’agitation
III. 3. 1. 3. SSP obtenu après 30 minutes d’agitation
III. 3. 2. Phosphates de Djmidjma
III. 3. 2. 1. SSP obtenu après 10 minutes d’agitation
III. 3. 2. 2. SSP obtenu après 20 minutes d’agitation
III. 3. 2. 3. SSP obtenu après 30 minutes d’agitation
III. 3. 3. Phosphates de Kef Essnoune
III. 3. 3. 1. SSP obtenu après 10 minutes d’agitation
III. 3. 3. 2. SSP obtenu après 20 minutes d’agitation
III. 3. 3. 3. SSP obtenu après 30 minutes d’agitation
III. 7. interprétation des résultats
III. 7. 1. SSP obtenu du phosphate de BLED ELHADBA
III. 7. 2. SSP obtenu du phosphate de Djmidjma
III. 7. 3. SSP obtenu du phosphate de Kaf Essnoune
Conclusion générale
