Soutenance mémoire
Dès l’antiquité, l’homme employa de façon empirique des substances fertilisantes comme les déchets végétaux, les déjections animales, les cendres…, ainsi qu’en témoignent des ouvrages : par exemple la BIBLE. De plus, pour compenser la faiblesse relative de ses apports au sol cultivable, l’homme pratiqua la jachère ou repos temporaire du sol. Ces méthodes permettent d’enrichir le sol de l’azote, le phosphore, le potassium et des autres éléments.
GENERALITES
En général, pour compenser la carence des éléments fertilisants des sols cultivables, l’une des méthodes les plus efficaces est l’utilisation des engrais : ce sont les fumiers, les composts, les déchets des animaux ou végétaux, les engrais chimiques… Le rôle primordial des engrais est d’apporter au sol les éléments nécessaires pour que les plantes puissent se développer aisément. Ils augmentent et améliorent les rendements obtenus. Ce mémoire intitulé : DOSAGE DES ELEMENTS MAJEURS ET MINEURS DES ENGRAIS CHIMIQUES N.P.K nous permet de nous faire une idée sur les comportements de chaque élément qui constitue l’engrais. Ils peuvent être constitués par un seul corps ou sel apportant un seul élément fertilisant (N ou P ou K) ou exceptionnellement deux éléments fertilisants. Ce sont alors des engrais simples caractérisés par leur teneur minima en élément fertilisant. Au contraire, les engrais composés contiennent au moins deux éléments fertilisants principaux apportés par des corps différents. On les désigne au moyen d’une formule de 2 ou 3 nombres indiquant chacun la quantité d’élément fertilisant contenu dans 100kg d’engrais et dans l’ordre N.P.K sont l’en N, P2O5 et K2O. Ces chiffres indiquent l’équilibre des divers fertilisants dans l’engrais.
ETUDE DES ELEMENTS MAJEURS
Grâce au travail de Mendeleïev sur la classification périodique, il y a deux possibilités d’étudier chaque élément : soit par groupe (verticalement) ou période (horizontalement). Nous avons également choisi le groupe comme base de notre exposé, car plusieurs ouvrages les utilisent. On traite le groupe IA ou groupe des métaux alcalins et après le groupe VA contenant les éléments azote et phosphore.
L’élément potassium K
En 1807, DAVY [1, p.33] a trouvé le potassium par son expérience sur la décomposition par la pile électrique des hydroxydes alcalins.
Structure
Le potassium se trouve sur la première colonne et quatrième période dans le tableau périodique des éléments. Alors, il est :
– un élément du groupe I.A
– de symbole K
– de numéro atomique 19
– de masse atomique 39,0983 .
L’élément azote
L’azote est un élément assez répandu dans la nature. Il renferme 78,06% en volume environ de l’air atmosphérique. Il se représente sous diverses formes : à l’état libre, il est gazeux N2 (gaz) ; à l’état minéral, il se trouve principalement à l’état de nitrate NO3- et d’ammoniac NH3. Dans les deux engrais chimiques N.P.K que nous avons étudiés, l’azote est de la forme ammoniaco- nitrique, c’est-à-dire les engrais sont constitués de nitrate d’ammonium NH4 NO3. Les ions nitrate NO3- assurent la fertilisation rapide car ils sont directement assimilables par les plantes. Les ions ammoniums ont une action durable car ils sont fixés par le complexe argilo humique, puis lentement transformés en ions nitrate avant d’être assimilés par les plantes. L’azote a été découvert par D.RUTHERFORD [1, p.276] en 1772 et on le nomme aussi nitrogène dans plusieurs ouvrages. Dans tout ce qui suit, on étudie l’élément azote sous deux formes minérales : nitrate NO3- et NH4+ ammonium car les deux engrais étudiés les contiennent.
L’élément phosphore
La mise en évidence du phosphore a été l’évaporation de l’urine et la distillation du résidu obtenu effectué par l’alchimiste Hambourg : Henning BRAND en 1669. Dû aux travaux de KUNCKEL en 1674 et de Robert BOYLE en 1680, les propriétés du phosphore sont déjà établies. Il est un élément essentiel de l’os et nous avons mis au point un autre procédé de préparation. A l’état naturel, le phosphore est principalement sous forme de PHOSPHORITE : Ca3 (PO4)2, D’APATITE [Ca3 (PO4)2 CaFCl] et de VIVIANITE [Fe3 (PO4)2, 4H2O]. Chez les végétaux, il joue un rôle très important :
– Contrôler les échanges d’énergie
– Favoriser la croissance et la reproduction.
C’est pourquoi les plantes demandent des quantités suffisantes de phosphore pour se développer. Alors, il est nécessaire d’utiliser les engrais à base de phosphore. Nous avons ici étudié un engrais chimique N.P.K, la quantité du phosphore dans cet engrais est exprimée par le pourcentage d’anhydride phosphorique y présent. Les plantes l’absorbent sous forme d’ion phosphaté PO₄³⁻ . L’anhydride phosphorique P2O5 sous l’action des micro-organismes, des bactéries et de l’eau, se transforme en ion phosphate.
Propriétés chimiques
Le phosphore dans l’engrais composé ternaire N.P.K est sous la forme d’anhydride phosphorique (diphospho-pentoxyde ou pentoxyde de phosphore) de formule P2O5 ou P4O10. En conséquence, l’étude concernant l’engrais chimique NPK se fait autour de P2O5. Industriellement, le pentoxyde de phosphore est obtenu à partir de combustion vive du phosphore sec dans l’air sec. Le produit obtenu est impur. Puis on le chauffe dans un courant d’oxygène sec, on a un anhydride phosphorique pur. Les plantes absorbent le phosphore sous forme d’ion phosphate PO₄³⁻ .
Les principales réactions de P2O5 (ou P4O10)
L’hydratation de pentoxyde de phosphore conduit à l’acide métaphosphorique qui se transforme successivement en absorbant de l’eau en acide pyro et ortho phosphorique. L’acide ortho phosphorique ou tétraoxo phosphorique H3PO4 est un acide tribasique. En présence de l’eau, les trois anions se forment :
– dihydrophosphate H2PO₄⁻
– hydrophosphate HPO₄²⁻
– et phosphate PO₄³⁻ .
|
Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : Etude théorique des éléments majeurs et mineurs de l’engrais chimique N.P.K
I- GENERALITES
I – 1 Etudes des éléments majeurs
I-1-1 L’éléments potassium
1-1-1 Structure
1-1-2 Structure électronique
1-1-3 Propriétés physiques
1-1-4 Propriétés chimiques
1-1-4-1 Action de l’air sur le potassium
1-1-4-2 Action de l’eau sur le potassium
1-1-5 Mode de préparation du potassium
I-1-2 L’élément azote
1-2-1 Structure
1-2-2 Formation d’ion nitrate et d’ion ammonium
1-2-3 Préparation de l’ammoniac et du nitrate
1-2-3-1 Préparation de l’ammoniac au laboratoire
a- Traitement des sels ammoniacaux
b- Réduction de composés azotés
1-2-3-2 Préparation de nitrate au laboratoire
1-2-3-3 Préparation industrielle du nitrate d’ammonium
a- La synthèse de l’ammoniac
b- La synthèse de l’acide nitrique
b-1- Passage de l’ammoniac NH3 au monoxyde d’azote NO
b-2 Passage au dioxyde d’azote NO2
b-3 Passage à l’acide nitrique HNO3
c- L’obtention du nitrate d’ammonium
1-2-4 Propriétés physiques du nitrate et de l’ammoniac
1-2-4-1 l’ammoniac
1-2-4-2 les nitrates
1-2-5 Propriétés chimiques de l’ammoniac et du nitrate
1-2-51- l’ammoniac
a- Solvant – Réaction acide base
b- Aspect catalytique – Précipitation
1-2-5-2 Nitrate
I-1-3 L’élément Phosphore
1-3-1 Structure
1-3-2 Propriétés physiques
1-3-3 Propriétés chimiques
1-3-3-1 Les principaux réactions de P2O5 (ou P4O10)
1-3-3-2 Mécanisme réactionnel
I- 2 ETUDES DES ELEMENTS MINEURS
I-2-1 Le Magnésium
2-1-1 Structure
2-1-2 Préparation et extraction du magnésium
2-1-3 Propriétés physiques
2-1-4 Propriétés chimiques
a- Action avec l’eau sur le magnésium
b- Action avec l’oxygène (Oxydation) sur le magnésium
c- Action avec l’hydrogène
d- Action avec l’azote
e- Action avec les halogènes
f- Action du carbone
I-2-2 Le fer
2-2-1 Structure
2-2-2 Propriétés physiques
2-2-3 Propriétés chimiques
2-2-4 Mode d’extraction du fer
DEUXIEME PARTIE : PARTIE PRATIQUE DETERMINATION DES TENEURS TOTALES
– ELEMENTS MAJEURS
– ELEMENTS MINEURS : magnésium et fer
II- PARTIE PRATIQUE
INTRODUCTION
II- 1 Préparations des réactifs, échantillons et les gammes d’étalon pour l’absorption atomique
II-1-1 Les réactifs
I-1-2 Les gammes d’étalon pour l’absorption atomique
1-2-1 Gamme d’étalon en potassium
1-2-2 Préparation de la gamme d’étalon de fer
1-2-3 Gamme d’étalon de magnésium
II-1-3 Préparation de l’échantillon
II-2 Etude de la solubilité des deux engrais
II-2-1 Définition
II-2-2 Expérience
II-2-3 Résultats et interprétation
II-2-4 Conductivité du filtrat obtenu
a- Sans dilution
b- avec dilution 5 fois
II- 3 Détermination des qualités de éléments dans deux engrais chimiques N.P.K
II-3-1 Détermination des quantités massiques des éléments majeurs dans deux engrais chimiques N.P.K
3-1-1 Teneur en azote totale dans l’engrais N.P.K
3-1-1-1 Objet et domaine d’application
3-1-1-2 Principe
3-1-1-3 Réactifs
3-1-1-4 Appareillage
3-1-1-5 Mode opératoire
3-1-1-6 Calcul des résultat
3-1-2 Les différents types de minéralisation
3-1-2-1 Minéralisation par voie sèche
3-1-2-2 Minéralisation par voie humide
3-1-2-3 Mixte minéralisation
3-1-2-4 Mise en solution des cendres
3-1-3 Dosage de phosphate total dans deux engrais
3-1-3-1 Objet et domaine d’application
3-1-3-2 Principe
3-1-3-3 Appareillage
3-1-3-4 Réactifs
3-1-3-5 Mode opératoire
3-1-3-5 Calculs et résultats
1- Minéralisation par voie sèche
2- Minéralisation par voie humide
3- Mixte minéralisation
4- Résultats définitifs
5- Interprétation des résultats
3-1-4 Dosage de potassium total dans les deux engrais
3-1-4-1 Objet et domaine d’application
3-1-4-2 Principe
3-1-4-3 Réactifs
3-1-4-4 Appareillage
3-1-4-5 Mode opératoire
3-1-4-6 Courbe d’étalonnage et résultats
3-1-4-7 Interprétation des résultats et conclusion
II-3-2 Détermination des éléments mineurs dans deux engrais chimiques NPK
3-2-1 Le fer
– Objet et domaine d’application
– Principe
– Mode opératoire
– Calculs et résultats
3-2-1 Le magnésium
– Objet et domaine d’application
– Principe
– Mode opératoire
– Calculs et résultats
– Interprétation et conclusion
TROISIEME PARTIE FICHE PEDAGOGIQUE
Introduction
III-1 Objectifs spécifiques du cours
III-2 Méthodologie
III-3 Les prérequis
III-4 Exemple de fiche de préparation
III-5 Les rôles des engrais dans l’agriculture
III-6 Les engrais chimiques N.P.K
6-1 Fiche technique N.P.K : 11 22 16
6-2 L’engrais N.P.K 16 08 10
III-7 Proposition d’exercice et de solution
CONCLUSION
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIES
