BULLETIN FAO ENGRAIS ET NUTRITION VÉGÉTALE 13

BULLETIN FAO ENGRAIS ET NUTRITION VÉGÉTALE 13

Utilisation des phosphates naturels pour une agriculture durable

Edition technique de
F. Zapata
Division mixte FAO/AIEA des techniques nucléaires dans l'alimentation et l'agriculture
Vienne, Autriche

R.N. Roy
Division de la mise en valeur des terres et des eaux
FAO, Rome, Italie

Une publication conjointe de
la Division de la mise en valeur des terres et des eaux de la FAO
et
de l'Agence internationale de l'énergie atomique

|
ORGANISATION DES NATIONS UNIES POUR L'ALIMENTATION ET L'AGRICULTURE

Rome, 2004

 
Table des matières

PHOTOGRAPHIES DE LA PAGE DE COUVERTURE
Exploitation minière de phosphates naturels à Khourigba, Maroc.
Abdelatif Belmahdi, IMPHOS, Maroc.
Application des phosphates naturels en plein champ.
Efficient fertilizer use, 1988, FAO, Rome.
Champ de maïs. Nicaragua. FAO/15962/L. Dematteis.

Les appellations employées dans cette publication et la présentation des données qui y figurent n'impliquent de la part de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture aucune prise de position quant au statut juridique ou au stade de développement des pays, territoires, villes ou zones ou de leurs autorités, ni quant au tracé de leurs frontières ou limites.

ISBN 92-5-205030-2

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Résumé

Afin d'assurer la sécurité alimentaire dans les pays en voie de développement, une intensification durable des systèmes de production agricole est nécessaire pour supporter des gains de productivité et augmenter les revenus. Dans ce contexte, des technologies nouvelles spécifiques au sol devront être développées, mises à l'essai et transférées aux agriculteurs dans un temps relativement court. Le phosphore (P) est un élément nutritif essentiel pour les plantes et les animaux. L'utilisation appropriée des phosphates naturels (PN) en tant que sources de P peut contribuer à l'intensification agricole durable, en particulier dans les pays en voie de développement dotés de ressources en PN.

Le PN est un terme général employé pour décrire des minerais comportant des phosphates. Le PN est une ressource naturelle finie et non renouvelable. Des dépôts géologiques d'origine différente sont trouvés dans le monde entier. Actuellement, peu de gisements de PN sont exploités, et environ 90 pour cent de la production mondiale de PN sont utilisés par l'industrie pour fabriquer des engrais phosphatés, le reste étant employé dans la fabrication d'aliments pour animaux, de détergents et de produits chimiques. Cependant, beaucoup de gisements de PN situés dans les zones tropicales et subtropicales n'ont pas été mis en valeur. Une raison en est que les caractéristiques de ces PN, cependant appropriés pour l'application directe, ne répondent pas aux standards de qualité exigés pour produire des engrais phosphatés hydrosolubles (WSP = Water-soluble phosphate) en utilisant la technologie conventionnelle de traitement industriel. Une autre raison est que ces gisements sont trop petits pour justifier l'investissement requis pour l'exploitation minière et le traitement. A l'échelle mondiale, l'approvisionnement en PN de haute qualité pour le traitement chimique et l'application directe est suffisant pour un avenir proche.

Le PN est la matière première primaire pour produire des engrais phosphatés. Le composé phosphaté dans des PN est une forme d'apatite. Selon l'origine du gisement de PN et son histoire géologique, les apatites peuvent avoir des propriétés physiques et des caractéristiques chimiques et cristallographiques très différentes. Des séries caractéristiques de minerais accessoires sont également associées aux PN de diverses origines et histoires géologiques. Il est impératif d'établir des procédures simples pour la caractérisation standard des sources de PN, de définir des standards de qualité pour leur application directe et de les classer. Des sources bien connues de PN peuvent être adoptées comme normes de référence pour la comparaison.

Les caractéristiques minéralogiques, chimiques et de texture des minerais phosphatés et des concentrés déterminent: (i) leur adéquation à différents types de processus d'enrichissement pour améliorer les minerais et pour enlever des impuretés, (ii) leur adaptabilité au produit chimique traitant par divers itinéraires et (iii) leur adéquation à l'usage en tant que phosphate naturel pour une application directe (PNAD: Direct Application Phosphate Rock). Les facteurs les plus importants dans l'évaluation pour une application directe sont: la richesse, l'adaptation à l'enrichissement, et la réactivité de l'apatite. Une matrice complète de caractérisation basée sur l'intégration de toutes les données obtenues par diverses méthodes analytiques met en évidence le potentiel d'enrichissement et les meilleures utilisations probables pour un PN soit dans la production d'engrais soluble, soit comme engrais en application directe.

Il y a diverses méthodes pour évaluer les PN en vue d'une application directe. La première approche utilise des tests empiriques de solubilité des PN dans différentes solutions d'extraction. Les solutions les plus communes sont le citrate d'ammonium neutre, l'acide citrique à 2 % et l'acide formique à 2 %, la dernière option étant préférable. La dimension particulaire du PN et des minerais associés dans le PN peut influencer le résultat de l'essai de solubilité. Des techniques radioisotopiques peuvent être employées mais elles exigent un personnel formé et des équipements spéciaux de laboratoire. Les études d'incubation de mélanges sol-PN pour évaluer les PN sont relativement simples. Cependant, les études d'incubation en enceintes closes ont des limitations car les produits de réaction ne sont pas enlevés et les résultats auraient une utilité limitée sauf s'ils sont utilisés en tant qu'observations à court terme. Les expériences en serre sont intéressantes du fait qu'elles permettent l'évaluation du PN dans des conditions contrôlées. Cependant, l'évaluation finale de l'efficacité agronomique des sources de PN est essentielle dans un réseau d'essais au champ conduits pendant un certain nombre de saisons de cultures et dans des sites représentatifs des régions agro-écologiques ayant un intérêt potentiel. Une série de recommandations pour entreprendre une telle évaluation a été mise au point. Une telle expérimentation est également nécessaire pour l'évaluation du potentiel économique des gisements de PN en vue d'une consommation locale.

Les facteurs qui influencent l'efficacité agronomique des PN sont: la réactivité du PN, les caractéristiques du sol, les conditions climatiques, l'espèce cultivée et les techniques de gestion. Une substitution élevée du carbonate sur le phosphate dans la structure du cristal d'apatite, une faible teneur de carbonate de calcium en tant que minerai accessoire et une dimension de particule fine (moins de 0,15 millimètre) augmentent la réactivité des PN et leur efficacité agronomique. Les essais chimiques rapides sont disponibles pour mesurer la réactivité des PN. Une augmentation de l'acidité du sol, une forte capacité d'échange cationique, des niveaux bas de calcium (Ca) et de phosphate en solution et une teneur élevée en matière organique favorisent la dissolution des PN. Une capacité élevée de rétention du phosphate dans les sols peut faciliter la dissolution du PN mais la disponibilité de P soluble dépendra de la concentration du phosphate maintenu en solution. Les sols avec un statut phosphaté intermédiaire sont considérés comme mieux adaptés pour une application de PN que les sols ayant une déficience sévère en phosphate. Une augmentation des précipitations a invariablement comme conséquence une efficacité agronomique améliorée des PN. Une efficacité agronomique élevée des PN peut être obtenue avec les cultures pérennes et les plantations ainsi qu'avec les légumineuses. Pour obtenir une efficacité agronomique maximale, les PN devraient être incorporés au sol. Alors que seule une dose d'entretien de P peut être appliquée à l'aide de PN quand le statut phosphaté du sol est moyen ou élevé, des doses très fortes sont nécessaires pour les sols sévèrement déficients en phosphate. La période d'application peut être plus proche du semis dans les sols très acides (pH < 5.5) et s'effectuer 4 à 8 semaines avant la plantation dans les sols moins acides.

Le potentiel pour l'utilisation des PN locaux en application directe varie pour chaque pays du fait que la complexité des interactions se produisant entre les facteurs spécifiques locaux est évidente dans le monde tropical et subtropical. Les pays ayant des réserves substantielles de PN réactifs, tels que le Mali, Madagascar et l'Indonésie, ont des potentiels considérables pour l'application directe des PN. Dans les pays dotés de réserves de PN moins réactifs, tels que le Venezuela et le Brésil, il est possible de modifier les PN afin d'améliorer leurs performances. Dans certains cas, l'avantage économique pour l'agriculteur peut être considérable, ainsi qu'il est montré dans l'exemple du Venezuela. L'étude de cas en Inde indique que la substitution des importations est le principal avantage économique résultant de l'utilisation du PN local de Mussoorie. L'étude de cas en Nouvelle-Zélande illustre une réussite d'utilisation des phosphates naturels réactifs (PNRs) dans les pâturages en Océanie.

Des méthodes conventionnelles d'estimation du P disponible dans le sol sont employées pour formuler les recommandations d'application des types d'engrais phosphatés solubles. Cependant, ces méthodes communes d'analyses de sol peuvent sous-estimer (par exemple Bray I et Olsen) ou surestimer (par exemple Bray II et Mehlich I) la disponibilité de P dans les sols fertilisés avec des PN insolubles dans l'eau. Des courbes d'étalonnage séparées sont nécessaires pour ces deux types d'engrais phosphatés. Ainsi, la question de la mise au point de méthodes appropriées d'analyses du P du sol pour l'application de PN apporte une nouvelle dimension à la recherche sur les phosphates. Il est nécessaire de développer des analyses de sol adaptées qui reflètent de près la disponibilité du P à travers une gamme de propriétés de sol, de sources de PN et de génotypes de cultures. En outre, les analyses de sol devraient convenir aux PN et aux engrais phosphatés solubles. Deux méthodes d'analyses de sol récemment développées sont prometteuses dans les sols fertilisés avec des engrais phosphatés solubles et avec des sources de PN: (i) la méthode de la bandelette de papier filtre imbibée d'oxyde de fer et (ii) la méthode de la membrane de résine échangeuse mixte cationique et anionique. Dans les deux cas, le P extrait simule l'absorption du P par les racines des plantes sans impliquer de réaction chimique comme dans les méthodes conventionnelles. Le P disponible mesuré dans les sols traités avec des apports de PN et d'engrais phosphatés solubles a montré: (i) une bonne corrélation avec la réponse de la plante et (ii) les apports de PN et d'engrais phosphatés solubles suivent la même courbe d'étalonnage. D'autres essais au champ sont nécessaires afin d'examiner leur adéquation pour développer des recommandations pour les PNAD.

Afin de fournir des directives judicieuses pour les PNAD, il est essentiel de prévoir leur efficience agronomique, les augmentations de rendement des cultures et leur rentabilité. Plusieurs facteurs affectent la dissolution des PN dans le sol dans un ensemble de conditions spécifiques. L'emploi des PNAD comme engrais phosphatés est un problème plus complexe qui implique de considérer un certain nombre de facteurs et leurs interactions. Le développement d'un système d'aide à la décision (SAD) est l'approche la plus efficace pour intégrer tous ces facteurs et fournir des moyens efficaces de transférer des résultats de la recherche aux services de vulgarisation. Des SAD ont été construits pour utiliser l'information disponible pour prévoir si un PN donné sera efficace dans un environnement de culture donné. Cette publication étudie différents types de SAD, y compris les approches adoptées pour développer un PN-SAD en Nouvelle-Zélande et en Australie. Elle décrit les efforts communs actuellement en cours entre le Centre international pour la fertilité du sol et le développement agricole (IFDC = International Fertilizer Development Center) et la Division commune FAO/IAEA des techniques nucléaires dans l'alimentation et l'agriculture (FAO/IAEA) pour développer un SAD plus global pour l'usage dans les pays tropicaux et subtropicaux pour une gamme de cultures vivrières. De plus, le PN-SAD pourrait être lié au modèle phosphate de la famille des systèmes d'aide à la décision pour les transferts en agrotechnologie (SADTA) pour prédire les rendements des cultures; des cartes, basées sur les SIG, de la réponse des cultures aux PN pourraient également être compilées.

Les minerais comportant du phosphate montrent une structure complexe résultant de leur origine géologique et des processus de lessivage. Leur composition minéralogique et chimique est extrêmement variable. Les études de PNAD se sont concentrées principalement sur l'utilisation du PN comme source de P pour la production des cultures dans les sols acides, alors qu'une recherche limitée a été conduite sur l'effet d'autres éléments bénéfiques ou dangereux liés à l'utilisation de PN. L'information disponible a suggéré que les PN peuvent également avoir une valeur agronomique potentielle pour la croissance des plantes en apportant, selon le type de sources de PN, certains éléments secondaires, tels que le calcium et le magnésium, et des oligo-éléments, tels que le zinc et le molybdène. Des PN réactifs contenant des carbonates libres (calcite et dolomie) ont montré qu'ils pouvaient réduire la saturation en aluminium (Al) des sols acides en augmentant le pH du sol et par conséquent diminuer la toxicité de l'aluminium pour les plantes. Des études limitées suggèrent également que l'absorption par les plantes de métaux lourds toxiques, notamment le cadmium, soit sensiblement inférieure à partir des PN que pour des engrais phosphatés solubles produits à partir du même PN. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour étudier les éléments secondaires, les oligo-éléments, l'effet chaulant, et les éléments dangereux liés à l'utilisation de PN.

Tous les types de PN ne conviennent pas pour l'application directe. Cependant, il est possible d'utiliser plusieurs moyens d'améliorer leur efficacité agronomique dans un ensemble de conditions particulières. Le choix d'une méthode adaptée demande une bonne compréhension des facteurs gênant l'efficacité agronomique. Les moyens biologiques (par exemple le phospho-compostage, l'inoculation avec des endomycorhizes, l'utilisation de micro-organismes solubilisant les phosphates, et l'utilisation de génotypes de plantes efficaces pour l'absorption du P) sont basés sur la production d'acides organiques visant à augmenter la dissolution du PN et la mise à disposition du P pour les plantes, et ils sont prometteurs. L'utilisation de moyens chimiques pour produire des PN partiellement acidulés (PNPA) est la manière la plus efficace d'augmenter l'efficacité agronomique des PN et cela économise également de l'énergie. Cependant, la production de PNPA exige toujours des usines d'engrais. Les moyens physiques de mélange à sec du PN avec une proportion définie d'engrais phosphatés solubles sont prometteurs et rentables. Cette approche simple devrait être favorisée et évaluée dans les conditions locales de climat et de sol.

La législation sur les engrais existe dans beaucoup de pays, particulièrement dans ceux en développement. Son but est d'assurer que les qualités d'engrais répondent aux caractéristiques données par le gouvernement afin de protéger les intérêts des consommateurs. Comme la majeure partie de la production de PN est utilisée pour la fabrication d'engrais phosphatés solubles, seule des informations limitées sur la législation pour PNAD sont disponibles. L'efficacité agronomique du PN pour l'application directe dépend de nombreux facteurs et de leurs interactions spécifiques. Les règlementations pour PNAD devraient considérer trois facteurs principaux: la réactivité du PN (solubilité), les propriétés des sols (principalement le pH) et l'espèce cultivée. La législation actuelle sur le PN pour application directe considère seulement la qualité du PN, à savoir: teneur totale en pentoxyde de phosphore (P2O5), distribution de la taille des particules et solubilité. Basé sur des résultats récents de recherches, cette publication propose plusieurs directives concernant des questions sur la solubilité des PN et leurs interactions dans un système complexe sol-plante et concernant l'établissement et la révision de la législation existante.

En plus des considérations techniques, de nombreux facteurs socio-économiques et aspects politiques détermineront la production, la distribution, l'adoption et l'utilisation des PN par les agriculteurs. En principe, l'utilisation de PN devrait être favorisée dans les pays où ils sont produits localement. Dans les pays sans gisements de PN, il serait recommandé d'avoir une large gamme de PN disponibles sur le marché afin d'encourager la concurrence sur les prix.

En conclusion, l'application directe adaptée et judicieuse du PN peut contribuer de manière significative à l'intensification agricole durable en utilisant les ressources naturelles d'éléments nutritifs pour les plantes. Bien qu'il y ait eu récemment des progrès substantiels au niveau de la connaissance scientifique et des développements technologiques sur les PNAD, il est impératif d'intensifier et d'approfondir des questions spécifiques.

© FAO 2004


Table des matières

Remerciements

Préface

Auteurs

Liste des abréviations et acronymes

Chapitre 1. Introduction

LE PHOSPHORE DANS LE SYSTÈME SOL-PLANTE
LE BESOIN DE DÉVELOPPEMENT DURABLE
PRISE EN COMPTE DE LA CONTRAINTE DU PHOSPHORE DANS LES SOLS ACIDES TROPICAUX
UTILISATION DES PHOSPHATES NATURELS DANS L'INDUSTRIE ET L'AGRICULTURE

Phosphates naturels en tant que matières premières pour la fabrication d'engrais phosphatés
Phosphate naturel pour l'application directe en agriculture
Historique de l'utilisation des phosphates naturels en agriculture

BULLETIN

Chapitre 2. Les gisements de phosphates dans le monde

PRODUCTION MONDIALE DE PHOSPHATE NATUREL
RÉSERVES ET RESSOURCES MONDIALES DE PHOSPHATES NATURELS
LES TENDANCES FUTURES DE LA PRODUCTION MONDIALE DE PHOSPHATE NATUREL

Chapitre 3. Caractérisation des phosphates naturels

MINÉRALOGIE DES PHOSPHATES NATURELS

Apatites sédimentaires
Apatites magmatiques
Autres minéraux dans les PN

ESSAIS DE SOLUBILITÉ DES PHOSPHATES NATURELS

Solubilité de l'apatite

CLASSIFICATION DES PHOSPHATES NATURELS BASÉE SUR LA SOLUBILITÉ
MÉTHODES DE CARACTÉRISATION

Chapitre 4. Evaluation des phosphates naturels pour l'application directe

TESTS DE SOLUBILITÉ DES PHOSPHATES NATURELS

Mesures de la solubilité en utilisant des techniques chimiques conventionnelles
Cinétique de la dissolution à long terme du PN
Echelles de réactivité des PN et réponse des rendements des cultures
Etalonnage et indices de réactivité
Mesure du phosphore échangeable des PN par des techniques radio isotopiques

RÉACTIONS ENTRE LES PHOSPHATES NATURELS ET LE SOL

Incubation dans un sol
Effet chaulant des PN

ESSAIS EN SERRE

Comparaison des PN avec des engrais standards
Effet de la durée
Rapport entre la solubilité des PN et l'absorption de phosphore par la culture

ÉVALUATION AU CHAMP

Chapitre 5. Facteurs affectant l'efficacité agronomique des phosphates naturels - analyse d'études de cas

FACTEURS AFFECTANT L'EFFICACITÉ AGRONOMIQUE DES PHOSPHATES NATURELS

Réactivité des PN
Propriétés du sol
Espèce cultivée
Les procédures de gestion

ÉTUDES DE CAS

Mali
Madagascar
Inde
Indonésie
Nouvelle-Zélande
Amérique Latine
Venezuela
Brésil

Chapitre 6. Analyses de sol en vue d'une application de phosphates naturels

RÉACTION DU PHOSPHORE DANS LE SOL ET TEST DE SOL
TESTS DE SOL CONVENTIONNELS

Test Bray I
Tests Bray II et Mehlich I
Test Olsen

TESTS DE SOL RÉCEMMENT DÉVELOPPÉS

Méthode du papier imbibé d'oxyde de fer
Résines mixtes d'échange anionique et cationique
Méthode cinétique d'échange isotopique 32P

Chapitre 7. Systèmes d'aide à la décision pour l'usage des phosphates naturels

LE BESOIN D'UN SYSTÈME D'AIDE À LA DÉCISION POUR LES PHOSPHATES NATURELS
BASE CONCEPTUELLE POUR ÉTABLIR UN PN-SAD
DIFFÉRENTS TYPES DE SAD POUR PRÉVOIR LA PERFORMANCE DES PN

Modèles mécanistes
La combinaison des modèles mécanistes et empiriques

SYSTÈMES EXPERTS

Le «conseiller PNR» en Australie

CONDITIONS POUR UN SAD GLOBAL POUR L'USAGE DES PN

Création d'une base de données concernant la réactivité des PN
Création d'une base de données des sols pour l'usage de PN
Autres conditions

FUTURS DÉVELOPPEMENTS

Chapitre 8. Les éléments nutritifs secondaires, les oligo-éléments, l'effet chaulant, et les éléments dangereux associés à l'utilisation de phosphates naturels

ÉLÉMENTS NUTRITIFS SECONDAIRES DANS LE PHOSPHATE NATUREL
OLIGO-ÉLÉMENTS DANS LES PHOSPHATES NATURELS
EFFET CHAULANT ASSOCIÉ À L'UTILISATION DE PN
ÉLÉMENTS DANGEREUX DANS LE PHOSPHATE NATUREL

Chapitre 9. Techniques d'amélioration de l'efficacité agronomique des phosphates naturels

MOYENS BIOLOGIQUES

Phospho-composts
Inoculation de jeunes plants avec des endomycorhizes
Utilisation des ectomycorhizes
Utilisation de micro-organismes solubilisant les phosphates
Utilisation des génotypes de plante

MÉTHODES CHIMIQUES

Acidulation partielle du phosphate naturel

MOYENS PHYSIQUES

Compactage du PN avec des produits phosphatés hydrosolubles
Mélanges à sec de PN avec des engrais phosphatés hydrosolubles
Mélanges de soufre élémentaire et de phosphate naturel

Chapitre 10. Facteurs économiques intervenant dans l'adoption et l'utilisation des phosphates naturels

ADOPTION ET EMPLOI POSSIBLES DE PHOSPHATE NATUREL PAR LES UTILISATEURS FINAUX
COÛT DE PRODUCTION, DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION
CONSIDÉRATIONS ÉCONOMIQUES ET POLITIQUES POUR SOUTENIR L'ADOPTION DU PN

Politique de prix
Politique organisationnelle
Marchés de produits agricoles
Protection contre le risque
Politiques de recherche et de vulgarisation

ÉTUDES DE CAS CONCERNANT L'EXPLOITATION ET L'UTILISATION DE PN
COMMERCIALISATION DES PHOSPHATES NATURELS LOCAUX POUR L'APPLICATION DIRECTE

Amérique Latine
Asie
Afrique Subsaharienne

CRITÈRES ÉCONOMIQUES PRIS EN COMPTE DANS L'ADOPTION ET L'UTILISATION DE PN - UNE ÉTUDE DE CAS AU VENEZUELA

Évaluation agronomique et marché intérieur potentiel
Étude économique de la production de PNPA
Essai d'évaluation de l'usine pilote
Qualité du PNPA
L'usine de PNPA de Moron
Matières premières et produits

Chapitre 11. Législation et contrôle de qualité des phosphates naturels pour l'application directe

LÉGISLATION ACTUELLE SUR LE PHOSPHATE NATUREL POUR L'APPLICATION DIRECTE
QUESTIONS ASSOCIÉES

Teneur en P2O5 total du PN

SOLUBILITÉ DU PHOSPHATE NATUREL

Expression de la solubilité des PN
Effet des carbonates libres
Effet de la dimension des particules

DIRECTIVES POUR LA LÉGISLATION SUR LES PNAD

Chapitre 12. Epilogue

Bibliographie

Cahiers techniques de la FAO

Couverture Arrière


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