14265-44-2

Phosphate

Page d'aide sur l'homonymie Ne doit pas être confondu avec Roche phosphatée.
Phosphate
Structure chimique d'un groupement phosphate lié à un radical (R)
Structure chimique d'un groupement phosphate lié à un radical (R)
Général
No CAS 14265-44-2
PubChem 1061
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule brute O4PPO43−
Masse molaire 94,9714 gmol-1
O 67,39 %, P 32,61 %,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
Le phosphore, oligoélément indispensable à la vie est inégalement réparti sur terre et dans les océans, les poissons et les oiseaux jouent un rôle important dans sa concentration et dans son retour à la terre (bioturbation). Le cycle biogéochimique et écologique du phosphore a été modifié par l'Homme qui l'a récemment massivement introduit sous forme d'engrais (eutrophisant) dans les agrosystèmes, et indirectement dans les écosystèmes
Phosphate dans une coupelle

Un phosphate, en chimie inorganique, est un sel d'acide phosphorique résultant de l'attaque d'une base par de l'acide phosphorique.

En chimie organique, c'est un composé organophosphoré dérivé de l'acide phosphorique ; on parle parfois de phosphate organique.

Sommaire

Caractéristiques moléculaires et chimiques

Modèle en 3D d'un ion phosphate : l'atome de phosphore est en jaune, ceux d'oxygène en rouge formant un tétraèdre

L'ion phosphate ou orthophosphate est un anion polyatomique de formule chimique brute PO43- et de masse moléculaire de 94,97 daltons. Il se présente sous la forme d'un tétraèdre dont les sommets sont formés par les quatre atomes d'oxygène encadrant un atome de phosphore. Cet ion, qui comporte trois charges négatives, est la base conjuguée de l'ion hydrogénophosphate HPO42- qui est lui-même la base conjuguée de l'ion dihydrogénophosphate H2PO4- qui est lui-même la base conjuguée de l'acide phosphorique H3PO4. C'est une molécule hypervalente sachant que l'atome de phosphore possède dix électrons libres sur sa couche de valence.

Un sel de phosphate se forme lorsque un cation se lie à l'un des atomes d'oxygène de l'ion phosphate, formant un composé ionique. La plupart des phosphates sont insolubles dans l'eau aux conditions standard de température et de pression excepté pour les sels de métaux alcalins.

Solubilisé dans une solution aqueuse, le phosphate existe sous ses quatre formes selon le taux d'acidité. En allant du plus basique au plus acide, la première forme à prédominer est l'ion phosphate PO43- (fortement basique), la seconde est la forme hydrogénophosphate HPO42- (faiblement basique), la troisième est la forme dihydrogénophosphate H2PO4- (faiblement basique) et enfin la quatrième est la forme acide phosphorique H3PO4 (fortement acide).

L'ion phosphate peut former des ions polymériques comme le diphosphate P2O74− (aussi appelé pyrophosphate), le triphosphate P3O105−, ...

Les phosphates formant des complexes avec le calcium (contrôle micro-environnemental pendant la (bio-)minéralisation), ils entrent souvent dans la composition des lessives. Riche en phosphore, les rejets lessiviels augmentent donc le risque d'eutrophisation. Depuis les années 1980, les fabricants utilisent donc de plus en plus des substituts, telles les zéolites.

Formation et répartition

Article détaillé : Roche phosphatée.

Le minerai de phosphate (roche concentrée en sels de phosphate) est une roche sédimentaire dite exogène : elle se forme par concentration lorsque des ions phosphate précipitent dans une roche en diagenèse. Les formes biogènes, telles les guanos d'oiseaux et de chauve-souris, sont exploitées depuis des siècles.

Les gisements les plus importants se trouvent en Amérique du Nord, sur Navassa, au Maroc, en Tunisie, au Togo, en Israël, en Jordanie, en Chine et sur certaines îles d'Océanie : Nauru, Banaba et Makatea.

Utilisations

Granulés de superphosphate triple, engrais titrant 45 % de P2O5

Les phosphates sont utilisés dans l'agriculture comme engrais en tant que source de phosphore. Ils peuvent également apporter de l'azote (phosphate d'ammonium), du calcium (phosphates de calcium) et de l'aluminium (phosphate d'aluminium). Ces engrais peuvent être d'origine organique (poudre d'os, arêtes de poissons, ...) ou inorganique (attaque d'acide sur du minerai), ce qui est de plus en plus le cas, hormis en agriculture biologique où les engrais de synthèses sont interdits.

Les engrais fortement phosphatés seraient une cause de cancer, comme pour les fumeurs de tabacs mais aussi pour des aliments de consommations courantes, en effet certains engrais peuvent produire du Polonium suite à une exposition prolongé au soleil. Selon les Drs Thomas Winters et Joseph di Franza, de l'université du Massachusetts, les engrais phosphatés exposés au soleil produirait cela. Les engrais phosphates contiennent des quantités importantes d'uranium, donc de radium et conduisant à une émanation plus importante de gaz Radon, précurseur du polonium 210

Le phosphate se retrouve aussi impliqué dans la fermentation vinicole (type de fermentation éthylique).

Le minerai, en général du phosphate de calcium, peut être épandu directement sur les terres acides après avoir été finement broyé. Ayant tendance à se combiner au calcium, ce qui les rend moins assimilable, il doit être rendu plus hydrosoluble avant d'être employé sur les sols calcaires afin d'accroître son assimilation par les plantes.

Dans la structure des êtres vivants les groupes phosphates sont des éléments de la chaîne composant les hélices de l'ADN.

Impacts environnementaux

Les phosphates naturels minéraux (guano ou phosphates d'origine sédimentaire) ont été très utilisés, notamment dans les sols acides où le phosphore est un des nutriments limitant pour le plantes. On les utilise seuls ou plus souvent associés à de l'azote et du phosphore (NPK) ; sous forme de super phosphate triple (TSP), le superphosphate simple (SSP), le phosphate di-ammonique (DAP), phosphate mono-ammonique (MAP), sous forme sèche ou liquide... )

Si les phosphates sont normalement présents et utiles à faible dose dans l'eau et les sols, leur excès est (avec les nitrates) une des cause de l'eutrophisation voire de dystrophisation de l'environnement.
Ils contribuent notamment aux problèmes de turbidité liés au verdissement des eaux (dont lors de blooms planctoniques) et aux phénomènes de zones marines mortes en aval des estuaires. Ils sont aussi source de « métaux-lourds », qui sont pour certains éventuellement radioactifs.

De plus le phosphore d'origine minérale est souvent, dans les engrais associé à des métaux toxiques (cadmium (jusqu'à 87 mg/kg dans un engrais produit au Sénégal [1], le chrome (Cr), le mercure (Hg) et le plomb (Pb), et à des éléments radioactifs, dont l'uranium (U) ; jusqu'à 390 mg/kg dans les mines tanzaniennes de Minjingu contre 12 mg/kg dans le gisement tunisien de Gafsa [1], or le phosphate de Minjingu est agronomiquement très efficace, et peu couteux, et donc très utilisé sur des sols acides cultivés, ce qui pose des questions toxicologiques et sanitaires pour les ouvriers des mines [2],[3] et écotoxicologiques (pour les stériles minières, dont crassiers de phosphogypse radioactif). Le cadmium dont la première source dans un champ est souvent l'engrais phosphaté peut poser de graves problèmes, et il est particulièrement bioassimilable dans le cas d'engrais phosphatés hydrosolubles, alors que, parce que lié à l'Apatite, il est moins solubles dans les engrais non hydrosolubles. [4]). Il est encore plus bioassimilable dans les sols acides[4] et/ou en présence d'une carence en certains autres oligoéléments (fer...)
Les transferts horizontaux ou verticaux de phosphates vers les eaux de surface varient fortement (de 0,1 à 2,5 kg/ha/an), selon le type de sol, son pH, sa teneur en humus, et ses usage (labour, prairie permanente, etc). En moyenne, 9% du phosphore dont la moitié apporté par les engrais) est emporté par les eaux de ruissellement[5].

Les engrais phosphatés minéraux sont aussi très riches en fluor (provenant de l'apatite qu'ils contiennent). Le Fluor dépasse souvent 3% du poids total (environ 250 g de F/kg de Phosphate). Ce fluor peut causer une fluorose aux animaux qui pâturent les sols traités, probablement pas parcequ'ils absorbent ce fluor via les plantes (qui le bioconcentrent peu), mais parce qu'ils ingèrent de la terre ainsi enrichie en fluor, avec leur nourriture ou en se léchant[6].

Dans les cultures, le phosphore est normalement absorbé par les plante par l'intermédiaire des mycorhizes. Or, les apports excessifs d'engrais phosphatés tuent ces organismes, rendant inopérante cette étape clé du cycle du phosphore. Les plantes cultivées ne peuvent ainsi plus profiter de ce mécanisme, et ne peuvent plus assimiler le phosphore autrement que par de nouveaux apports massifs de phosphates.[7]

En France ; selon le bilan [5] publié en 2009 sur les phosphates dans les sols de la France métropolitaine, en 2001, ce sont 775.000 tonnes qui ont été apportées aux sols français sous forme d'engrais minéraux. 6 ans plus tard (en 2007) sur 2.372 points de mesure, près de la moitié des sols analysés en France posent encore problème : 2% sont de qualité mauvaise, 4% médiocre, 12% moyenne, 55% bonne et 27% très bonne.

Les engrais minéraux restent la première source de phosphore perdu dans les eaux (50%) en France, devant les déjections animales (directement ou plus souvent via les fumiers et épandages de lisier) (40%). Viennent ensuite les effluents urbains domestiques (environ 5%) et industriels (2%) ainsi que les boues de stations d’épuration (2%)[5].

En France et dans d'autres pays d'Europe, les agriculteurs ont globalement acheté moins d’engrais minéraux phosphatés (deux tiers en moins de 1972 à 2008), mais cette diminution concerne surtout les zone de déprise agricole ou d'agriculture biologique ; les analyses montrent des teneurs en phosphore des certains sols agricoles ont fortement augmenté (+ 43% des cantons étudiés, notamment en Bretagne, Pays de la Loire, Champagne-Ardenne et Aquitaine)[5]. Avec le développement des stations d’épuration, et de l’élevage hors-sol les quantité de boues et fumiers ou lisiers épandus ont fortement augmenté depuis les années 1970. Ces boues sont le plus souvent épandues, comme les fientes d'élevage avicoles sur les sols agricoles.

En France les dispositifs agri-environnementaux tels que le « couvert environnemental permanent » ou les « bandes enherbées » peuvent contribuer à piéger une partie des phosphates ruisselant à partir des champs afin qu'ils ne soient pas emportés par les cours d'eau. Le lagunage naturel peut aussi contribuer à mieux traiter les nitrates et le phosphore, éventuellement en traitement tertiaire en aval d'une station d'épuration « classique ».

Législation

Depuis le 1er juillet 2007, les phosphates sont interdits dans les lessives en France. Grâce à l'utilisation d'autres molécules actives, la qualité des eaux de nombreux lacs polluées par les eaux urbaines s'est améliorée. C'est maintenant l'agriculture qui est devenue la première source de pollution par les phosphates. En Belgique et en Suisse, les phosphates sont déjà interdits dans les lessives depuis plusieurs années.

Production

Les douze principaux pays producteurs de phosphate assurent 93,18 % de la production mondiale.

Production mondiale par pays de phosphate naturel en 20051
(USGS, 2005)[8]
Pays Production (106 kg) Part mondiale (%)
Maroc Maroc 40 200 27,14
États-Unis États-Unis 36 300 20,69
République populaire de Chine Chine 30 400 16,68
Russie Russie 11 000 6,48
Tunisie Tunisie 8 000 5,44
Jordanie Jordanie 6 230 3,24
Brésil Brésil 6 100 4,15
Syrie Syrie 3 500 2,38
Israël Israël 2 900 1,97
Égypte Égypte 2 730 1,86
Afrique du Sud Afrique du Sud 2 577 1,75
Australie Australie 2 050 1,40
Sénégal Sénégal 1 520 1,03
Flag of Togo.svg Togo 1 215 0,83
Inde Inde 1 200 0,81
Canada Canada 1 000 0,68
Algérie Algérie 878 0,60
Finlande Finlande 825 0,56
Viêt Nam Viêt Nam 820 0,56
Île Christmas (Australie) Île Christmas 685 0,46
Ouzbékistan Ouzbékistan 430 0,29
Philippines Philippines 400 0,27
Corée du Nord Corée du Nord 300 0,20
Iran Iran 250 0,17
Venezuela Venezuela 250 0,17
Kazakhstan Kazakhstan 230 0,15
Zimbabwe Zimbabwe 50 0,03
Colombie Colombie 43 0,03
Sri Lanka Sri Lanka 43 0,03
Pérou Pérou 38 0,02
Chili Chili 21 0,01
Nauru Nauru 11 < 0,01
Pakistan Pakistan 11 < 0,01
Tanzanie Tanzanie 7 < 0,01
Irak Irak 3 < 0,01
Flag of Thailand.svg Thaïlande 3 < 0,01
Burkina Faso Burkina Faso 2 < 0,01
Indonésie Indonésie 1 < 0,01
Total 147 000 100
Notes :
Les nombres en italique sont des estimations.
1 Le total mondial, les données des États-Unis et les données estimées sont des arrondis à trois chiffres significatifs.
Le tableau inclut des données disponibles jusqu'au 3 mai 2006. Les données pour les principaux pays producteurs
proviennent en partie de données de l'International Fertilizer Industry Association.
D'autres données proviennent de sources officielles des pays quand elles sont disponibles.

Voir aussi

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Articles connexes

Lien externe

Bibliographie

Références

  • (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu d’une traduction de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Phosphate ».
  1. a  et b selon Van Kauwenbergh, 1997 cité par la FAO (Voir Tableau 27 ; Analyse chimique des éléments potentiellement dangereux dans des phosphates naturels sédimentaires)
  2. ama, B., Swinkels, A. & Buresh, R.J. 1997. Agronomic and economic evaluations of organic and inorganic phosphorus in western Kenya. Agron. J., 89: 597-604.
  3. Weil, R.R. 2000. Soil and plant influence on crop response to two African phosphate rocks. Agron. J., 92: 1167-1175.
  4. a  et b Iretskaya et al. (1998), cités par la FAO dans Les éléments nutritifs secondaires, les oligo-éléments, l'effet chaulant, et les éléments dangereux associés à l'utilisation de phosphates naturels (Chapitre 8 du document «  Utilisation des phosphates naturels pour une agriculture durable. »)
  5. a , b , c  et d Publication «Le phosphore dans les sols nécessité agronomique, préoccupation environnementale», juin 2009, Service de l’observation et des statistiques (SOeS) du Commissariat général au développement durable, collection « Le point sur... »
  6. McLaughlin, M.J., Simpson, P., Fleming, F., Stevens, D.P., Cozens, G. & Smart, M.K. 1997. Effect of fertilizer type on cadmium and fluorine concentrations in clover herbage. Aus. J. Exp. Ag., 37: 1019-1026.
  7. source : Le sol, la terre et les champs, Claude & Lydia Bourguignon, pp. 81-82
  8. (en) USGS Minerals Year Book - Phosphate Rock
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