Karamö, le prof virtuelLeçon 15 sur 18
Les engrais
Je sais expliquer pourquoi les plantes ont besoin d'engrais, le rôle de l'azote, du phosphore et du potassium, et lire la formule N-P-K d'un sac d'engrais pour calculer ce qu'il apporte.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Citer les éléments nutritifs majeurs, secondaires et les oligo-éléments et leur rôle
- Distinguer engrais et amendement, et classer les engrais (organiques, minéraux, organo-minéraux)
- Lire une formule N-P-K et calculer les masses d'éléments fertilisants apportées
- Expliquer les règles d'un bon usage des engrais et les risques pour l'environnement
Avant de commencer : La quantité de matière, la masse molaire et les pourcentages massiques ; notions de biologie sur la nutrition des plantes (photosynthèse).
1Je découvre
Alpha cultive du maïs et de l'arachide avec son père près de Pita. Cette année, sur la même parcelle cultivée depuis plusieurs saisons, les pieds de maïs sont petits et les feuilles du bas jaunissent. Leur voisin Ibrahima, qui a épandu du fumier et un peu d'engrais acheté à la coopérative, a des épis bien plus gros.
À la coopérative, Alpha lit sur un sac : « NPK 15-15-15 ». Sur un autre : « Urée 46 % N ». Il se demande ce que signifient ces chiffres, pourquoi la terre « se fatigue », et si mettre beaucoup d'engrais est forcément une bonne idée.
De quoi une plante a-t-elle besoin pour pousser, qu'est-ce qu'un engrais, et comment lire l'étiquette d'un sac d'engrais ?
2Je comprends
1. Ce dont une plante a besoin
Une plante fabrique sa matière grâce à la photosynthèse : elle prend le carbone du dioxyde de carbone de l'air, l'hydrogène et l'oxygène de l'eau. Mais elle a aussi besoin d'éléments minéraux, qu'elle puise dans le sol par ses racines, sous forme d'ions dissous dans l'eau du sol.
| Catégorie | Éléments | Forme absorbée (principalement) |
|---|---|---|
| Éléments majeurs (en grande quantité) | azote N, phosphore P, potassium K | NO3^-, NH4^+ ; H2PO4^-, HPO42- ; K^+ |
| Éléments secondaires | calcium Ca, magnésium Mg, soufre S | Ca2+, Mg2+, SO42- |
| Oligo-éléments (en très petite quantité) | fer, manganèse, zinc, cuivre, bore, molybdène… | ions divers |
À chaque récolte, on emporte hors du champ une partie de ces éléments (grains, tubercules, fanes). Les fortes pluies, dans de nombreuses régions de Guinée, lessivent aussi les sols et entraînent les éléments solubles en profondeur. Si on ne les remplace pas, le sol s'appauvrit : c'est la « terre fatiguée » dont parlent les paysans.
2. Le rôle des trois éléments majeurs
| Élément | Rôle principal | Signes de manque (carence) |
|---|---|---|
| Azote N | croissance des tiges et des feuilles ; constituant des protéines et de la chlorophylle | plante chétive ; les feuilles les plus vieilles jaunissent |
| Phosphore P | développement des racines, floraison, formation des graines et des fruits ; transfert d'énergie | racines faibles, retard de floraison ; feuilles parfois violacées |
| Potassium K | circulation de l'eau et des sucres ; qualité des fruits et tubercules ; résistance à la sécheresse et aux maladies | bords des feuilles qui jaunissent puis se dessèchent |
La loi du minimum. Le chimiste allemand Justus von Liebig a énoncé au XIXe siècle que le rendement d'une culture est limité par l'élément nutritif le plus insuffisant, même si les autres sont abondants. On l'illustre par un tonneau fait de planches de hauteurs différentes : l'eau ne peut pas monter plus haut que la planche la plus courte. Ajouter de l'azote à un sol qui manque de phosphore ne sert presque à rien.
3. Engrais et amendements
- Un engrais est une substance qui apporte aux plantes des éléments nutritifs (N, P, K, etc.).
- Un amendement améliore surtout les propriétés du sol : la chaux ou la dolomie corrigent l'acidité d'un sol ; la matière organique améliore sa structure et sa capacité à retenir l'eau.
Certaines matières jouent les deux rôles : le fumier nourrit la plante et améliore le sol.
4. Classer les engrais
- 1Engrais organiques : d'origine animale ou végétale (fumier, compost, fientes, engrais verts).
- 2Engrais minéraux simples : un seul élément majeur (urée pour l'azote, superphosphate pour le phosphore, chlorure de potassium pour le potassium).
- 3Engrais minéraux composés : deux ou trois éléments majeurs (NP, NK, PK ou NPK).
- 4Engrais organo-minéraux : mélange de matière organique et d'éléments minéraux.
5. Lire une formule N-P-K
Sur un sac d'engrais, trois nombres indiquent la teneur en éléments fertilisants, en pourcentage de masse, toujours dans le même ordre :
- le premier : pourcentage d'azote exprimé en N ;
- le deuxième : pourcentage de phosphore exprimé en P2O5 (anhydride phosphorique) ;
- le troisième : pourcentage de potassium exprimé en K2O (oxyde de potassium).
Ainsi, un engrais NPK 15-15-15 contient, pour 100 kg : 15 kg de N, 15 kg de P2O5 et 15 kg de K2O. Un chiffre 0 indique que l'élément est absent : l'urée s'écrit 46-0-0.
Attention : le sac ne contient pas réellement de P2O5 ni de K2O ; c'est une convention pour comparer les engrais entre eux. Pour passer à la masse réelle de phosphore ou de potassium :
m(P) = m(P2O5) × 2 × 31142 ≈ 0,44 × m(P2O5) ; m(K) = m(K2O) × 2 × 3994 ≈ 0,83 × m(K2O).
Méthode
Pour calculer ce qu'apporte une masse m d'engrais de formule a-b-c :
- Masse d'azote : m(N) = m × a/100.
- Masse de P2O5 : m × b/100 ; masse de K2O : m × c/100.
- Si on demande le phosphore ou le potassium réels : je multiplie par 62/142 ou par 78/94.
- Pour trouver la masse d'engrais nécessaire : m = masse d'élément voulue × 100/teneur.
Exemple
Que contient un sac de 50 kg de NPK 15-15-15 ?
m(N) = 50 × 15/100 = 7,5 kg ; m(P2O5) = 7,5 kg ; m(K2O) = 7,5 kg.
En phosphore réel : 7,5 × 62/142 ≈ 3,3 kg de P. En potassium réel : 7,5 × 78/94 ≈ 6,2 kg de K.
Le reste du sac (50 − 22,5 = 27,5 kg) est formé des autres atomes des composés (O, H, Cl, S…) et de matières de charge.
Exemple
Un technicien agricole conseille d'apporter 60 kg d'azote sur un hectare de riz. Combien de sacs de 50 kg d'urée (46-0-0) faut-il ?
m(urée) = 60 × 100/46 ≈ 130 kg, soit 130/50 ≈ 2,6 sacs : il faut acheter 3 sacs (il en restera un peu).
6. Bien utiliser les engrais
Un engrais efficace est un engrais apporté :
- à la bonne dose (ni trop peu, ni trop : l'excès coûte cher et pollue) ;
- au bon moment (quand la plante en a besoin ; l'azote est souvent fractionné en deux ou trois apports) ;
- au bon endroit (près des racines, enfoui ou en poquet, pas sur les feuilles).
Risques d'un mauvais usage : un excès d'azote nitrique est entraîné par les pluies vers les puits et les rivières (pollution de l'eau de boisson) ; les nitrates et phosphates en excès dans les mares et les lacs provoquent une prolifération d'algues qui prive l'eau d'oxygène (eutrophisation) et fait mourir les poissons. Il faut aussi stocker les engrais au sec, loin des aliments et des enfants, et se laver les mains après les avoir manipulés.
3Je retiens
Je retiens
Éléments majeurs : N (feuilles, croissance), P (racines, floraison, graines), K (qualité, résistance, circulation de l'eau).
Éléments secondaires : Ca, Mg, S ; oligo-éléments : Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo… en très petite quantité.
Loi du minimum : le rendement est limité par l'élément le plus insuffisant.
Engrais = apporte des éléments nutritifs ; amendement = améliore le sol (chaux, matière organique).
Familles : organiques, minéraux simples ou composés, organo-minéraux.
Formule N-P-K : % de N, % de P2O5, % de K2O. m(élément) = m(engrais) × teneur/100.
Bonne dose, bon moment, bon endroit ; l'excès pollue les eaux (nitrates, eutrophisation).
4Erreurs fréquentes
- Lire « 15-15-15 » comme 15 kg d'engrais : ce sont des pourcentages de la masse du sac.
- Confondre P et P2O5 (ou K et K2O) : la formule N-P-K exprime le phosphore en P2O5 et le potassium en K2O.
- Croire que « plus il y a d'engrais, meilleure est la récolte » : au-delà du besoin, le rendement n'augmente plus et l'excès pollue.
- Oublier l'ordre des chiffres : c'est toujours N, puis P2O5, puis K2O.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Cite les trois éléments nutritifs majeurs et donne pour chacun un rôle dans la plante.
Voir le corrigéCacher le corrigé
Azote N : croissance des tiges et des feuilles, fabrication des protéines et de la chlorophylle.
Phosphore P : développement des racines, floraison, formation des graines.
Potassium K : circulation de l'eau et des sucres, qualité des fruits, résistance à la sécheresse et aux maladies.
2Exercice 2
Associe chaque observation à l'élément qui manque probablement.
a) Des pieds de manioc dont les bords des feuilles jaunissent puis se dessèchent.
b) Du maïs chétif dont les vieilles feuilles jaunissent.
c) Des jeunes plants de tomate aux racines très peu développées, qui tardent à fleurir.
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a) Manque de potassium (bords des feuilles jaunis puis desséchés).
b) Manque d'azote (plante chétive, vieilles feuilles jaunes).
c) Manque de phosphore (racines faibles, floraison retardée).
3Exercice 3
Un sac de 50 kg porte la mention « NPK 10-20-20 ».
a) Calcule les masses de N, de P2O5 et de K2O qu'il contient.
b) Calcule les masses réelles de phosphore et de potassium (P = 31 ; K = 39 ; O = 16 g/mol).
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a) m(N) = 50 × 10100 = 5 kg ; m(P2O5) = 50 × 20100 = 10 kg ; m(K2O) = 10 kg.
b) M(P2O5) = 62 + 80 = 142 g/mol ; m(P) = 10 × 62142 ≈ 4,37 kg.
M(K2O) = 78 + 16 = 94 g/mol ; m(K) = 10 × 7894 ≈ 8,30 kg.
4Exercice 4
(Type examen) Kadiatou cultive un demi-hectare de maïs à Kankan. Le conseiller agricole lui recommande 90 kg d'azote par hectare, apportés en deux fois.
a) Quelle masse d'azote doit-elle apporter sur sa parcelle ?
b) Quelle masse d'urée (46-0-0) doit-elle acheter ? Combien de sacs de 50 kg ?
c) Pourquoi le conseiller recommande-t-il de fractionner l'apport d'azote ?
d) Cite deux risques d'un excès d'engrais azoté pour l'environnement.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) m(N) = 90 × 0,5 = 45 kg.
b) m(urée) = 45 × 10046 ≈ 97,8 kg, soit environ 2 sacs de 50 kg (100 kg).
c) La plante n'absorbe pas tout l'azote d'un coup ; un seul gros apport serait en partie emporté par les pluies (lessivage). En deux fois (au semis ou peu après, puis à la montaison), l'azote est disponible quand la plante en a besoin.
d) Pollution des puits et des rivières par les nitrates ; eutrophisation des mares et des lacs (prolifération d'algues, mort des poissons). On peut aussi citer la perte d'argent.
5Exercice 5
Un sol a reçu beaucoup d'azote et de potassium, mais il est très pauvre en phosphore.
a) Énonce la loi du minimum.
b) Explique pourquoi un nouvel apport d'urée n'améliorera presque pas la récolte.
c) Quelle différence y a-t-il entre un engrais et un amendement ? Donne un exemple d'amendement.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Le rendement d'une culture est limité par l'élément nutritif le plus insuffisant.
b) Ici, le facteur limitant est le phosphore. L'urée apporte de l'azote, déjà abondant : la plante ne peut pas en profiter tant qu'elle manque de phosphore. Il faut un engrais phosphaté.
c) Un engrais apporte des éléments nutritifs à la plante ; un amendement améliore les propriétés du sol. Exemple d'amendement : la chaux, qui corrige l'acidité du sol.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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