Karamö, le prof virtuelLeçon 2 sur 4
Les engrais organiques
Je sais nommer les principaux engrais organiques, expliquer comment le sol les transforme en ions utilisables par la plante, fabriquer un compost et calculer ce qu'apporte un engrais organique.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un engrais organique et citer ses principales sortes
- Expliquer la minéralisation et la nitrification (équations) et la fixation de l'azote par les légumineuses
- Décrire les étapes de la fabrication d'un compost
- Comparer engrais organiques et minéraux (avantages, limites)
- Calculer la masse d'éléments apportée par un engrais organique
Avant de commencer : La leçon « Les engrais » (éléments majeurs, formule N-P-K, unité fertilisante) ; l'écriture et l'équilibrage d'une équation chimique.
1Je découvre
À Labé, Kadiatou et ses camarades de l'association des jeunes du quartier veulent cultiver un jardin de légumes pour la cantine de l'école. Le terrain est sableux, l'eau s'infiltre vite et les premières salades sont restées minuscules.
Un sac d'engrais minéral coûte cher. La maman de Kadiatou lui conseille autre chose : « Ramassez les bouses du parc à bœufs, les fientes du poulailler, les feuilles mortes et les épluchures du marché. Faites un tas, arrosez-le, retournez-le de temps en temps. Dans quelques mois, vous aurez un terreau noir qui nourrira vos légumes. »
Kadiatou est surprise : comment des déchets peuvent-ils devenir de la nourriture pour les plantes ? Une plante peut-elle absorber directement une bouse de vache ? Et ce terreau vaut-il vraiment un sac d'engrais ?
Qu'est-ce qu'un engrais organique, comment le sol le transforme-t-il en éléments utilisables par la plante, et comment bien le préparer ?
2Je comprends
1. Définition
Un engrais organique est un engrais d'origine animale ou végétale. Il contient de la matière organique (molécules carbonées fabriquées par les êtres vivants : protéines, cellulose, sucres…) dans laquelle sont « enfermés » l'azote, le phosphore, le potassium et d'autres éléments.
Point essentiel : la plante ne peut pas absorber directement cette matière organique. Elle n'absorbe que des ions dissous (NO3^-, NH4^+, K^+, ions phosphate…). L'engrais organique doit donc d'abord être décomposé par les êtres vivants du sol (bactéries, champignons, vers de terre, termites). C'est pourquoi il agit lentement.
2. Les principaux engrais organiques
| Engrais | Origine | Point fort |
|---|---|---|
| Fumier | déjections des animaux (bovins, ovins, caprins) mélangées à la litière (paille) | apport complet et amélioration du sol |
| Fientes de volailles | déjections des poules et canards | plus riches en azote et en phosphore que le fumier de bovins |
| Compost | décomposition contrôlée de déchets végétaux et animaux | produit stable, sans mauvaises odeurs ni graines d'herbes (s'il est bien fait) |
| Engrais verts | plantes (souvent des légumineuses) cultivées puis enfouies dans le sol | enrichissent le sol en azote pris dans l'air |
| Résidus de récolte | pailles, fanes, balles de riz laissées ou enfouies | restituent une partie des éléments exportés |
| Cendres de bois | combustion du bois et des végétaux | riches en potassium et en calcium |
| Farines d'os, tourteaux | os broyés ; résidus de graines pressées (arachide…) | os : phosphore et calcium ; tourteaux : azote |
Les cendres sont un cas particulier : la combustion a détruit la matière organique, il n'y reste que les éléments minéraux (potassium, calcium…). Leur nom historique, la « potasse », vient d'ailleurs des cendres recueillies dans des pots.
3. Comment le sol transforme la matière organique
Deux transformations se produisent en même temps :
- l'humification : une partie de la matière organique se transforme en humus, une matière brun-noir stable qui améliore la structure du sol, retient l'eau et les ions (comme une éponge) ;
- la minéralisation : l'autre partie est décomposée jusqu'à des ions minéraux que la plante absorbe.
Pour l'azote, la minéralisation se fait en plusieurs étapes, par des bactéries différentes :
- Ammonification : les protéines des déchets sont décomposées en ions ammonium NH4^+.
- Nitrification, en deux temps, en présence de dioxygène :
- des bactéries (du genre Nitrosomonas) oxydent l'ammonium en ions nitrite :
2 NH4^+ + 3 O2 → 2 NO2^- + 2 H2O + 4 H^+
- d'autres bactéries (du genre Nitrobacter) oxydent les nitrites en ions nitrate :
2 NO2^- + O2 → 2 NO3^-
La plante absorbe surtout l'ion nitrate NO3^- et, en partie, l'ion ammonium NH4^+.
Vérifions la première équation : à gauche, 2 N, 8 H, 6 O et une charge +2 ; à droite, 2 N, 4 + 4 = 8 H, 4 + 2 = 6 O et une charge -2 + 4 = +2. Elle est bien équilibrée.
Remarque : la première équation libère des ions H^+. C'est pourquoi la nitrification tend à acidifier le sol.
4. Les légumineuses captent l'azote de l'air
L'air contient environ 78 % de diazote N2, mais la plupart des plantes ne peuvent pas l'utiliser. Les légumineuses (arachide, niébé, soja, haricot…) font exception : leurs racines portent de petites boules, les nodosités, où vivent des bactéries du genre Rhizobium. Ces bactéries transforment le diazote de l'air en composés azotés que la plante utilise : c'est la fixation symbiotique de l'azote.
Quand on enfouit ces plantes, ou leurs racines après la récolte, le sol s'enrichit en azote. C'est le principe des engrais verts et de la rotation des cultures (faire suivre une arachide par un maïs ou un fonio, par exemple).
5. Fabriquer un bon compost
Un compost réussi mélange deux sortes de matières :
- des matières « brunes », sèches et riches en carbone : pailles, tiges de maïs, feuilles mortes, balles de riz ;
- des matières « vertes », humides et riches en azote : herbes fraîches, épluchures, fumier, fientes.
Les micro-organismes ont besoin de carbone (pour l'énergie) et d'azote (pour fabriquer leurs protéines). Avec seulement de la paille, la décomposition est très lente ; avec seulement des matières vertes, le tas pourrit et sent mauvais, et de l'azote se perd dans l'air sous forme d'ammoniac. On équilibre donc les deux.
- 1Choisir un endroit ombragé près d'un point d'eau ; creuser une fosse ou préparer un emplacement pour le tas.
- 2Empiler des couches alternées de matières brunes (pailles) et vertes (fumier, herbes), avec un peu de terre.
- 3Arroser chaque couche : le tas doit être humide comme une éponge essorée, jamais noyé.
- 4Couvrir (feuilles, paille) pour garder l'humidité et limiter le lessivage par la pluie.
- 5Retourner le tas toutes les deux ou trois semaines pour l'aérer ; la température monte fortement au centre.
- 6Utiliser le compost quand il est brun foncé, friable et sent la terre de forêt, en général après quelques mois.
La montée en température au cœur du tas est le signe que les micro-organismes travaillent ; elle détruit aussi une grande partie des graines de mauvaises herbes et des germes. Le retournement apporte le dioxygène nécessaire à la décomposition et à la nitrification.
6. Avantages et limites
- Améliorent la structure du sol et sa réserve d'eau
- Libèrent les éléments lentement, sur plusieurs saisons
- Nourrissent la vie du sol (vers, bactéries)
- Valorisent des déchets locaux, peu coûteux
- Limitent le lessivage et la pollution des eaux
- Pauvres en éléments : il en faut de grandes quantités
- Action lente : peu efficaces pour un besoin urgent
- Composition variable, difficile à doser
- Transport et épandage demandent beaucoup de travail
- Mal préparés, peuvent contenir germes et graines d'herbes
7. Calculer l'apport d'un engrais organique
La composition d'un engrais organique varie selon l'animal, son alimentation, la litière et la façon de stocker le produit. Dans les exercices, elle est donc toujours donnée dans l'énoncé, en pourcentage de la masse. On utilise la même méthode que pour un sac d'engrais : masse d'élément = masse de produit × pourcentage / 100.
Mais attention : seule une fraction de l'azote organique est minéralisée pendant la première saison ; le reste sera libéré les années suivantes.
Exemple
On suppose qu'un fumier contient 0,5 % d'azote (N), 0,3 % de P₂O₅ et 0,6 % de K₂O. Mamadou épand 8 tonnes de ce fumier sur un hectare. Quelles masses d'éléments apporte-t-il ?
8 t = 8 000 kg.
N : 8 000 × 0,5/100 = 40 kg.
P₂O₅ : 8 000 × 0,3/100 = 24 kg.
K₂O : 8 000 × 0,6/100 = 48 kg.
Le fumier apporte 40 unités de N, 24 unités de P₂O₅ et 48 unités de K₂O par hectare.
Exemple
Dans la situation précédente, on suppose que 30 % de l'azote du fumier est disponible pour la plante pendant la première saison. Quelle masse d'urée (46-0-0) apporterait la même quantité d'azote disponible ?
Azote disponible la première saison : 40 × 30/100 = 12 kg.
Masse d'urée : m × 46/100 = 12, donc m = 12 × 100/46 ≈ 26 kg.
Conclusion : 8 tonnes de fumier fournissent la première saison autant d'azote disponible qu'environ 26 kg d'urée. Mais le fumier apporte en plus du phosphore, du potassium, de la matière organique, et continuera d'agir les années suivantes.
Méthode
Pour résoudre un exercice sur un engrais organique :
- Je convertis toutes les masses dans la même unité (1 t = 1 000 kg).
- Je calcule chaque masse d'élément : masse de produit × pourcentage/100.
- Si l'énoncé donne une fraction disponible la première année, je multiplie par cette fraction.
- Pour comparer avec un engrais minéral, je cherche la masse de cet engrais qui apporte la même masse d'élément.
- Je conclus par une phrase qui interprète le résultat (quantité, travail, effet à long terme).
3Je retiens
Je retiens
Engrais organique : engrais d'origine animale ou végétale (fumier, fientes, compost, engrais verts, résidus, cendres, farines d'os, tourteaux).
La plante n'absorbe que des ions : la matière organique doit être minéralisée par les êtres vivants du sol, d'où une action lente.
Humification : formation d'humus, qui améliore la structure du sol et retient l'eau et les ions.
Nitrification : 2 NH₄⁺ + 3 O₂ → 2 NO₂⁻ + 2 H₂O + 4 H⁺ puis 2 NO₂⁻ + O₂ → 2 NO₃⁻ (bactéries, en présence d'O₂).
Les légumineuses fixent le diazote de l'air grâce aux bactéries Rhizobium de leurs nodosités (engrais verts, rotation).
Compost : couches de matières brunes (carbone) et vertes (azote), humidité, aération par retournement, quelques mois.
Masse d'élément = masse de produit × pourcentage/100 ; seule une fraction de l'azote est disponible la première année.
4Erreurs fréquentes
- Croire que la plante « mange » directement le fumier : elle n'absorbe que des ions dissous, produits par la décomposition.
- Comparer un engrais organique et un engrais minéral seulement sur le pourcentage d'azote : l'engrais organique apporte aussi de la matière organique et agit pendant plusieurs années.
- Oublier de convertir les tonnes en kilogrammes : 5 t de compost à 1 % d'azote apportent 50 kg d'azote, pas 5 kg.
- Écrire que toutes les plantes utilisent l'azote de l'air : seules les légumineuses le peuvent, grâce aux bactéries de leurs nodosités.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Réponds par vrai ou faux et corrige les phrases fausses.
a) Les cendres de bois sont riches en potassium.
b) La plante absorbe directement les protéines contenues dans le fumier.
c) Le compost doit être aéré pour que les micro-organismes disposent de dioxygène.
d) Le maïs fixe l'azote de l'air grâce à ses nodosités.
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a) Vrai : les cendres contiennent les éléments minéraux du bois, en particulier du potassium et du calcium.
b) Faux : la plante n'absorbe que des ions dissous ; les protéines doivent d'abord être décomposées en ions ammonium puis nitrate.
c) Vrai : sans dioxygène, la décomposition ralentit, le tas pourrit et la nitrification ne se fait pas.
d) Faux : le maïs n'a pas de nodosités ; ce sont les légumineuses (arachide, niébé, soja…) qui fixent l'azote de l'air.
2Exercice 2
Écris et équilibre les deux équations de la nitrification. Nomme les ions obtenus à chaque étape.
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Première étape (nitritation) : 2 NH4^+ + 3 O2 → 2 NO2^- + 2 H2O + 4 H^+. L'ion ammonium est oxydé en ion nitrite NO2^-.
Deuxième étape (nitratation) : 2 NO2^- + O2 → 2 NO3^-. L'ion nitrite est oxydé en ion nitrate NO3^-.
Vérification de la seconde : 2 N, 4 + 2 = 6 O et une charge -2 de chaque côté.
3Exercice 3
Mariama dispose de 3 tonnes de fientes de volailles dont on suppose la composition : 3 % de N, 2,5 % de P2O5 et 1,5 % de K2O.
a) Calcule les masses de N, de P2O5 et de K2O apportées.
b) Elle veut apporter 60 unités d'azote par hectare avec ces fientes (on suppose ici tout l'azote utilisable). Quelle surface peut-elle fertiliser ?
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a) 3 t = 3 000 kg.
N : 3 000 × 3100 = 90 kg ; P2O5 : 3 000 × 2,5100 = 75 kg ; K2O : 3 000 × 1,5100 = 45 kg.
b) Surface : 9060 = 1,5 ha. Elle peut fertiliser 1,5 hectare.
4Exercice 4
Lansana cultive de l'arachide une année, puis du maïs l'année suivante sur la même parcelle. Explique pourquoi le maïs profite de l'arachide précédente, en utilisant les mots : nodosités, Rhizobium, diazote, minéralisation.
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L'arachide est une légumineuse. Ses racines portent des nodosités dans lesquelles vivent des bactéries du genre *Rhizobium*. Ces bactéries fixent le diazote de l'air et le transforment en composés azotés utilisés par la plante. Après la récolte, les racines et les fanes laissées dans le sol sont décomposées : leur azote est libéré par minéralisation sous forme d'ions ammonium puis nitrate. Le maïs, qui a de grands besoins en azote, absorbe ces ions l'année suivante.
5Exercice 5
(Type examen) Un groupement de femmes de Kindia fabrique du compost pour ses cultures maraîchères.
a) Cite deux matières « brunes » et deux matières « vertes » qu'elles peuvent utiliser, et explique pourquoi on mélange les deux.
b) Pourquoi faut-il retourner le tas régulièrement ? Pourquoi faut-il le garder humide sans le noyer ?
c) On suppose que leur compost contient 1,2 % d'azote et que 25 % de cet azote est disponible la première saison. Quelle masse d'azote disponible apportent 5 tonnes de compost ?
d) Donne deux avantages du compost par rapport à un engrais minéral et une limite.
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a) Matières brunes (riches en carbone) : pailles, tiges de maïs, feuilles mortes, balles de riz. Matières vertes (riches en azote) : herbes fraîches, épluchures de légumes, fumier, fientes. On les mélange parce que les micro-organismes ont besoin à la fois de carbone (énergie) et d'azote (pour leurs protéines) : un tas seulement brun se décompose très lentement, un tas seulement vert pourrit et perd son azote.
b) Le retournement apporte le dioxygène nécessaire aux micro-organismes et à la nitrification, et mélange le tas pour qu'il se décompose partout. L'humidité est indispensable à la vie des micro-organismes ; mais un tas noyé manque d'air, pourrit, et l'eau entraîne les éléments solubles.
c) 5 t = 5 000 kg. Azote total : 5 000 × 1,2100 = 60 kg. Azote disponible la première saison : 60 × 25100 = 15 kg.
d) Avantages : il améliore la structure du sol et sa réserve en eau ; il valorise des déchets locaux et coûte peu ; il libère les éléments lentement et pollue moins les eaux. Limite : il est pauvre en éléments, donc il en faut de grandes quantités, et son action est lente.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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