Karamö, le prof virtuelLeçon 1 sur 4
Les engrais
Je sais expliquer pourquoi une plante a besoin d'engrais, nommer les éléments nutritifs essentiels et leur rôle, lire la formule N-P-K d'un sac et calculer les quantités d'éléments qu'il apporte.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un engrais et le distinguer d'un amendement
- Citer les éléments majeurs, secondaires et les oligo-éléments et donner le rôle de N, P et K
- Classer les engrais en organiques, minéraux et composés
- Lire une formule N-P-K et calculer la masse d'éléments fertilisants apportée
- Connaître les risques d'un mauvais usage des engrais pour l'environnement
Avant de commencer : Les notions d'élément chimique, d'ion et de masse molaire (n = m/M) ; le calcul d'un pourcentage.
1Je découvre
Aïssatou passe les vacances chez son oncle Mamadou, cultivateur de pommes de terre sur le plateau de Timbi Madina, dans le Fouta-Djallon. Un matin, un camion décharge des sacs blancs portant l'inscription « 15-15-15 ». Son oncle explique : « Sans ça, mes tubercules restent petits. La terre se fatigue quand on la cultive chaque année. »
Dans le champ voisin, Sékou n'achète pas de sacs : il épand du fumier de ses vaches et des fientes de ses poules. Ses récoltes sont bonnes aussi, mais il lui faut beaucoup de matière et beaucoup de travail.
Aïssatou se pose plusieurs questions. Qu'est-ce que la plante « mange » dans le sol ? Que signifient les trois nombres « 15-15-15 » ? Le fumier de Sékou et le sac de son oncle font-ils la même chose ? Et peut-on en mettre autant qu'on veut ?
Qu'est-ce qu'un engrais, de quoi une plante a-t-elle besoin, et comment lire et utiliser correctement un engrais ?
2Je comprends
1. De quoi une plante a-t-elle besoin ?
Une plante verte fabrique sa propre matière organique par photosynthèse : grâce à la lumière, elle combine le dioxyde de carbone de l'air (CO2) et l'eau du sol (H2O) pour produire des sucres et rejeter du dioxygène (O2). Le carbone, l'hydrogène et l'oxygène viennent donc de l'air et de l'eau.
Mais pour fabriquer ses protéines, sa chlorophylle, son ADN, ses racines et ses fruits, la plante a aussi besoin d'éléments minéraux qu'elle puise dans le sol, sous forme d'ions dissous dans l'eau : par exemple l'ion nitrate NO3^-, l'ion ammonium NH4^+, les ions phosphate H2PO4^- et HPO42-, l'ion potassium K^+.
On classe ces éléments en trois groupes selon la quantité nécessaire :
| Groupe | Éléments | Besoin |
|---|---|---|
| Éléments majeurs (ou principaux) | azote N, phosphore P, potassium K | grandes quantités |
| Éléments secondaires | calcium Ca, magnésium Mg, soufre S | quantités moyennes |
| Oligo-éléments | fer Fe, manganèse Mn, zinc Zn, cuivre Cu, bore B, molybdène Mo… | très petites quantités, mais indispensables |
2. Le rôle des trois éléments majeurs
- L'azote (N) est l'élément de la croissance et du feuillage. Il entre dans la composition des protéines et de la chlorophylle. Une plante qui manque d'azote reste petite et ses feuilles jaunissent. Trop d'azote donne beaucoup de feuilles, des tiges molles et retarde la maturité.
- Le phosphore (P) favorise le développement des racines, la floraison et la formation des graines et des fruits. Il intervient dans les échanges d'énergie de la cellule.
- Le potassium (K) règle la circulation de l'eau dans la plante, aide au transport des sucres vers les fruits et les tubercules, et renforce la résistance à la sécheresse et aux maladies. Il améliore la qualité des récoltes (tubercules plus gros, fruits plus sucrés).
Un moyen simple de s'en souvenir : N pour les feuilles, P pour les racines et les fleurs, K pour les fruits et la résistance.
3. La loi du minimum
Si un seul élément manque, la plante ne peut pas utiliser correctement les autres : le rendement est limité par l'élément le plus déficitaire. C'est la loi du minimum (énoncée au XIXe siècle par l'agronome allemand Carl Sprengel, puis popularisée par le chimiste allemand Justus von Liebig ; on l'appelle souvent « loi de Liebig »).
On l'illustre souvent par un tonneau fait de planches de hauteurs différentes : l'eau ne peut pas monter plus haut que la planche la plus courte. Ajouter beaucoup d'azote à un sol qui manque de phosphore ne sert donc à presque rien : il faut apporter l'élément qui manque.
4. Pourquoi faut-il fertiliser ?
À chaque récolte, on exporte hors du champ les éléments minéraux contenus dans les grains, les tubercules et les pailles. De plus, une partie des éléments est perdue : l'azote et le potassium sont lessivés (entraînés en profondeur) par les fortes pluies de la saison des pluies, et le brûlis des herbes fait partir une grande partie de l'azote dans l'air. Si on ne restitue pas ces éléments, le sol s'appauvrit et les rendements baissent.
Un engrais est une substance, d'origine naturelle ou fabriquée par l'industrie, que l'on apporte au sol (ou parfois sur les feuilles) pour fournir aux plantes les éléments nutritifs dont elles ont besoin et augmenter les rendements.
Il ne faut pas le confondre avec un amendement : un amendement sert d'abord à améliorer les propriétés du sol (structure, acidité, capacité à retenir l'eau). Par exemple, la chaux ou la dolomie corrigent un sol trop acide (amendement calcique), et la matière organique rend un sol sableux plus capable de retenir l'eau (amendement organique). Certains produits, comme le fumier, jouent les deux rôles.
5. Les grandes familles d'engrais
- Origine animale ou végétale (fumier, compost)
- Pauvres en éléments (quelques kg par tonne)
- Action lente : décomposition par les microbes
- Améliorent aussi la structure du sol
- Peu coûteux mais volumineux
- Fabriqués par l'industrie ou extraits de gisements
- Riches en éléments (souvent 15 à 60 %)
- Action rapide : éléments déjà sous forme d'ions
- N'améliorent pas la structure du sol
- Coûteux mais faciles à transporter et à doser
On distingue aussi, selon le nombre d'éléments majeurs apportés :
- les engrais simples, qui n'apportent qu'un seul élément majeur (exemple : l'urée, qui n'apporte que de l'azote) ;
- les engrais composés, qui en apportent deux (engrais binaires) ou trois (engrais ternaires, dits NPK).
Chacune de ces familles sera étudiée dans les leçons suivantes.
6. Lire la formule d'un engrais : N-P-K
Sur chaque sac, trois nombres sont écrits dans l'ordre N - P - K. Ils donnent la teneur de l'engrais, c'est-à-dire la masse d'élément fertilisant pour 100 kg d'engrais :
- le 1er nombre : pourcentage massique d'azote, exprimé en N ;
- le 2e nombre : pourcentage massique de phosphore, exprimé en anhydride phosphorique P2O5 ;
- le 3e nombre : pourcentage massique de potassium, exprimé en oxyde de potassium K2O.
Attention : par convention, le phosphore et le potassium ne sont pas comptés en P et en K, mais en P2O5 et en K2O. Un « 0 » signifie que l'élément est absent.
On appelle unité fertilisante 1 kg d'élément fertilisant (1 kg de N, 1 kg de P2O5 ou 1 kg de K2O). Les doses conseillées aux cultivateurs sont données en unités par hectare.
Méthode
Pour calculer la masse d'éléments apportée par une masse m d'engrais de formule a-b-c :
- J'écris la formule et je repère a (% de N), b (% de P₂O₅) et c (% de K₂O).
- Masse de N = m × a/100 ; masse de P₂O₅ = m × b/100 ; masse de K₂O = m × c/100.
- Si on me demande l'élément P ou K lui-même, je convertis avec les masses molaires (P₂O₅ contient 62 g de P pour 142 g ; K₂O contient 78 g de K pour 94 g).
- Je termine par une phrase avec l'unité (kg ou unités fertilisantes).
Exemple
Un sac de 50 kg d'engrais 15-15-15. Quelles masses d'éléments fertilisants contient-il ?
N : 50 × 15/100 = 7,5 kg.
P₂O₅ : 50 × 15/100 = 7,5 kg.
K₂O : 50 × 15/100 = 7,5 kg.
Total des éléments fertilisants : 7,5 × 3 = 22,5 kg.
Le reste (50 − 22,5 = 27,5 kg) est constitué des autres atomes des composés (oxygène, hydrogène, chlore…) et de matières de remplissage.
Le sac apporte donc 7,5 unités de N, 7,5 unités de P₂O₅ et 7,5 unités de K₂O.
Exemple
Quelle masse d'urée (formule 46-0-0) faut-il pour apporter 69 kg d'azote sur un hectare de maïs ?
On cherche m telle que m × 46/100 = 69.
m = 69 × 100/46 = 150 kg.
Il faut 150 kg d'urée, soit 3 sacs de 50 kg.
Exemple
Un engrais 0-20-0 contient 20 % de P₂O₅. Quel est son pourcentage en élément phosphore P ?
Masse molaire de P₂O₅ : 2 × 31 + 5 × 16 = 62 + 80 = 142 g/mol, dont 62 g de phosphore.
Dans 100 kg d'engrais : 20 kg de P₂O₅, donc 20 × 62/142 ≈ 8,7 kg de P.
L'engrais contient environ 8,7 % de phosphore P.
7. Bien utiliser les engrais
Un engrais mal utilisé coûte cher et peut nuire à l'environnement :
- en excès, les ions nitrate très solubles sont entraînés par les pluies vers les nappes d'eau souterraine et les puits ; une eau trop riche en nitrates n'est pas bonne à boire, surtout pour les nourrissons ;
- les nitrates et les phosphates qui arrivent dans les mares, les lacs et les cours d'eau provoquent une prolifération d'algues qui consomment l'oxygène de l'eau et font mourir les poissons : c'est l'eutrophisation ;
- certains engrais azotés acidifient le sol à la longue ;
- mal stockés ou manipulés sans précaution, certains engrais sont dangereux (on se lave les mains, on les garde loin des enfants, de la nourriture et du feu).
La bonne pratique se résume en quatre idées : le bon engrais, à la bonne dose, au bon moment, au bon endroit (par exemple au pied de la plante, en fractionnant l'azote en deux ou trois apports pendant la saison, plutôt qu'en une seule fois juste avant une grosse pluie).
- 1Observer la culture et, si possible, faire analyser le sol.
- 2Repérer l'élément qui manque (loi du minimum).
- 3Choisir l'engrais dont la formule N-P-K correspond au besoin.
- 4Calculer la masse à épandre à partir de la dose conseillée en unités par hectare.
- 5Épandre au bon moment, en fractionnant l'azote, sans dépasser la dose.
3Je retiens
Je retiens
Un engrais apporte aux plantes les éléments nutritifs qu'elles puisent dans le sol sous forme d'ions ; un amendement améliore d'abord les propriétés du sol.
Éléments majeurs : N, P, K. Secondaires : Ca, Mg, S. Oligo-éléments : Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo…
N : croissance et feuilles ; P : racines, floraison, graines ; K : circulation de l'eau, fruits, résistance.
Loi du minimum : le rendement est limité par l'élément le plus déficitaire.
Familles : engrais organiques, minéraux et composés (binaires, ternaires NPK, organo-minéraux).
Formule a-b-c : a % de N, b % de P₂O₅, c % de K₂O en masse. Masse d'élément = m × pourcentage/100.
Unité fertilisante : 1 kg de N, de P₂O₅ ou de K₂O.
Un excès d'engrais pollue les eaux (nitrates, eutrophisation) : bon engrais, bonne dose, bon moment, bon endroit.
4Erreurs fréquentes
- Croire que « 15-15-15 » signifie 15 kg de chaque élément dans le sac : ce sont des pourcentages. Un sac de 50 kg contient 7,5 kg de chaque élément.
- Lire le 2e et le 3e nombre comme des pourcentages de P et de K : ils sont exprimés en P₂O₅ et en K₂O. Il faut convertir si on demande l'élément lui-même.
- Penser que « plus on met d'engrais, plus on récolte » : au-delà du besoin, le rendement n'augmente plus, l'argent est perdu et les eaux sont polluées.
- Confondre engrais et amendement : la chaux corrige l'acidité du sol, elle n'apporte ni azote, ni phosphore, ni potassium.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète.
a) Les trois éléments majeurs sont …, … et … .
b) L'élément qui favorise surtout la croissance des feuilles est … .
c) Dans la formule N-P-K, le phosphore est exprimé sous la forme … et le potassium sous la forme … .
d) Le rendement d'une culture est limité par l'élément le plus … : c'est la loi du … .
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Les trois éléments majeurs sont l'azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K).
b) L'élément qui favorise surtout la croissance des feuilles est l'azote.
c) Le phosphore est exprimé sous la forme P2O5 (anhydride phosphorique) et le potassium sous la forme K2O (oxyde de potassium).
d) Le rendement est limité par l'élément le plus déficitaire : c'est la loi du minimum.
2Exercice 2
Classe les produits suivants en « engrais organique », « engrais minéral » ou « amendement » : fumier de bovins, urée, chaux, compost, chlorure de potassium, fientes de volailles.
Voir le corrigéCacher le corrigé
- Engrais organiques : fumier de bovins, compost, fientes de volailles (origine animale ou végétale).
- Engrais minéraux : urée, chlorure de potassium (produits de l'industrie ou de gisements).
- Amendement : chaux (elle corrige l'acidité du sol sans apporter N, P ou K).
3Exercice 3
Un sac de 50 kg porte la formule 20-10-10.
a) Calcule les masses de N, de P2O5 et de K2O qu'il contient.
b) Calcule la masse de l'élément potassium K. On donne M(K) = 39 g/mol et M(O) = 16 g/mol.
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a) N : 50 × 20100 = 10 kg ; P2O5 : 50 × 10100 = 5 kg ; K2O : 50 × 10100 = 5 kg.
b) M(K2O) = 2 × 39 + 16 = 94 g/mol, dont 2 × 39 = 78 g de potassium.
Masse de K : 5 × 7894 ≈ 4,15 kg. Le sac contient environ 4,15 kg de potassium.
4Exercice 4
Ousmane cultive un hectare de riz de bas-fond. On lui conseille d'apporter 60 unités d'azote par hectare. Il utilise de l'urée (46-0-0).
a) Quelle masse d'urée doit-il acheter ? Arrondis au kilogramme.
b) Combien de sacs de 50 kg cela représente-t-il ?
c) On lui conseille d'épandre cette urée en deux fois. Donne une raison chimique de ce conseil.
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a) On cherche m telle que m × 46100 = 60, donc m = 60 × 10046 ≈ 130,4 kg. Il faut environ 130 kg d'urée.
b) 13050 = 2,6 : il faut acheter 3 sacs (on ne peut pas acheter 2,6 sacs ; il restera environ 20 kg).
c) L'azote finit sous forme d'ions nitrate NO3^-, très solubles dans l'eau : en un seul apport, une grande partie serait entraînée par les pluies (lessivage) avant d'être absorbée. En fractionnant, la plante utilise mieux l'azote et on perd moins d'engrais.
5Exercice 5
(Type examen) Analyse de situation.
Au bord d'un marigot de la région de Kankan, des maraîchers épandent chaque semaine de grandes quantités d'engrais azotés sur leurs planches de légumes. Quelques mois plus tard, l'eau du marigot devient verte et des poissons morts flottent à la surface.
a) Nomme le phénomène observé.
b) Explique, en quelques phrases, la chaîne des causes qui conduit à la mort des poissons.
c) Propose trois conseils aux maraîchers pour éviter ce problème sans perdre leurs récoltes.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Il s'agit de l'eutrophisation du marigot.
b) L'excès d'engrais n'est pas absorbé par les légumes. Les ions nitrate (et phosphate) sont entraînés par l'eau d'arrosage et les pluies jusqu'au marigot. Enrichie en éléments nutritifs, l'eau permet aux algues de se multiplier très vite : l'eau devient verte. Quand ces algues meurent, leur décomposition par les micro-organismes consomme le dioxygène dissous. Privés d'oxygène, les poissons meurent.
c) Trois conseils possibles : respecter la dose conseillée (calculée en unités par hectare) ; fractionner les apports et les faire au pied des plantes plutôt qu'à la volée ; laisser une bande d'herbe entre les planches et le marigot ; remplacer une partie des engrais minéraux par du compost ou du fumier, qui libèrent l'azote lentement.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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