Engrais

Champ de céréales en avril : les deux tâches vert foncé de forme allongées, situées le long d'un chemin rural, correspondent à l'emplacement, au cours de l'hiver précédent, de deux tas de fumier.

Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments minéraux, destinées à apporter aux plantes des compléments d'éléments nutritifs, de façon à améliorer leur croissance, et à augmenter le rendement et la qualité des cultures. L'action consistant à apporter un engrais s'appelle la fertilisation. Les engrais font partie, avec les amendements, des produits fertilisants. La fertilisation se pratique en agriculture et lors des activités de jardinage. Les engrais furent utilisés dès l'Antiquité, où l'on ajoutait au sol, de façon empirique, les phosphates des os, calcinés ou non, l'azote des fumures animales et humaines, le potassium des cendres.

Histoire et rôle

En Europe, un excédent d'azote est relevé dans presque tous les sols agricoles, en particulier dans les zones d'agriculture intensive (ici pour 2005^[1], selon les données disponibles de la Commission européenne et de l'Agence européenne de l'environnement. Des tendances équivalentes sont mesurées dans d'autres parties du monde. Ceci est responsable d'une eutrophisation de l'eau, des sols et des milieux, source de dégradation de la biodiversité et des fonctions écosystémiques de ces milieux.

Pour accomplir le processus de leur vie végétative, les plantes ont besoin d'eau, de près de vingt éléments nutritifs qu'elles trouvent sous forme minérale dans le sol, de dioxyde de carbone (CO₂) apporté par l'air, et d'énergie solaire nécessaire à la synthèse chlorophyllienne.

Les Égyptiens, durant des milliers d'années, ont utilisé les riches limons apportés par les crues du Nil pour enrichir et entretenir les sols.

Divers amendements ont été utilisés dans le monde, des poissons enterrés sous le maïs en Amérique du Nord, les excréments humains et animaux.

Puis, avec l'avènement de l'industrie chimique, charbonnière et pétrolière au XIX^e siècle, sont apparues des formes chimiques de plus en plus «pures» des éléments de base (NPK). Ces engrais chimiques, en dépit de leurs effets immédiats sur la croissance, n'ont pas toujours été facilement acceptés: par exemple, en 1858, dans le nord de la France, la presse locale rapportait qu'à l’approche des semailles «les agriculteurs sont harcelés par des marchands d’engrais qui prétendent que leurs concentrés chimiques sont plus efficaces que le fumier. La Société impériale d’agriculture, qui a effectué des essais, met en garde contre ces engrais concentrés, qui ne sauraient selon elle remplacer le fumier.»^[2]

Les engrais doivent apporter, en justes proportions:

• des éléments de base, azote (N), phosphore (P), potassium (K); on parle des engrais ternaires de type NPK si les trois sont associés. Sinon, on parle également des engrais binaires NP, NK, PK ou d'engrais simples s'ils sont constitués d'un seul de ces élements N ou P ou K .
• des éléments secondaires, calcium (Ca), soufre (S), magnésium (Mg),
• des oligo-éléments, tels que le fer (Fe), le manganèse (Mn), le molybdène (Mo), le cuivre (Cu), le bore (B), le zinc (Zn), le chlore (Cl), le sodium (Na), le cobalt (Co), le vanadium (V) et le silicium (Si).

Ces éléments secondaires se trouvent habituellement en quantité suffisante dans le sol, et ne devraient être ajoutés qu'en cas de carence, la plupart devenant toxiques, à faible dose, au-delà d'un seuil variant selon les éléments, certaines synergies entre éléments, et selon le pH du sol.

Les plantes ont besoin de quantités relativement importantes des éléments de base, les macro-éléments. L'azote, le phosphore et le potassium sont donc les éléments qu'il faut ajouter le plus souvent aux sols pauvres ou épuisés par l'agriculture intensive. Ces ressources sont consommées par les plantes et ne se reconstituent pas entièrement par la jachère.

• l'azote contribue au développement végétatif de toutes les parties aériennes de la plante. Il est profitable à la plantation, au printemps, lors de la pousse de la végétation, et aux légumes feuillus, mais il convient de le distribuer sans excès car cela se ferait au détriment du développement des fleurs, des fruits ou des bulbes. On trouve de l'azote dans le sang séché, dans les tontes de gazon ou dans le purin d'orties. Sous forme chimique (ion NO₃- dit « nitrate »), il est particulièrement soluble dans l'eau et utilisé en excès il est à l'origine de la pollution azotée.
• le phosphore renforce la résistance des plantes et contribue au développement des racines. Le phosphore est extrait pricipalement des roches phosphatées , on le trouve également dans la poudre d'os ou dans les fientes. Utilisé en excès, il est un facteur d'eutrophisation de l'eau. Les engrais phosphatés chimiques contiennent une multitude d'éléments mineraux secondaires et d'oligo-éléments dont de petites quantités de uranium(radionucléide) et de cadmium (métal lourd).
• le potassium contribue à favoriser la floraison et le développement des fruits. Le potassium se trouve dans la cendre de bois, qui peut par ailleurs contenir des métaux lourds, ou des radionucléides dans certaines régions.

Le trio «NPK» constitue la base de la plupart des engrais vendus de nos jours. L'azote est le plus important d'entre eux, et le plus controversé à cause du phénomène de lessivage, lié la forte solubilité des nitrates dans l'eau. Selon le procédé Haber-Bosch, un pour cent de l'énergie consommée par les humains produit de l'ammoniac, qui fournit la moitié de l'azote nécessaire à l'agriculture.

La chaux calcique est un amendement agricole et une source de calcium. La chaux dolomitique fournit du calcium et du magnésium. Le soufre est généralement présent en quantité suffisante dans le sol.

Types

Les engrais peuvent être de trois types: organiques, minéraux et organo-minéraux.

Engrais organiques

Les engrais organiques sont généralement d'origine animale ou végétale. Ils peuvent aussi être synthétisés, comme l' urée.

Les premiers sont typiquement des déchets industriels, tels que des déchets d'abattoirs: sang desséché, corne torréfiée, déchets de poissons, boues d'épuration des eaux. Ils sont intéressants pour leur apport en azote à décomposition relativement lente, et pour leur action favorisant la multiplication rapide de la microflore du sol, mais n'enrichissent guère le sol en humus stable.

Les seconds peuvent être des déchets végétaux: résidus verts, compostés ou pas, et ils peuvent être constitués aussi de plantes cultivées spécialement comme engrais vert, ou préparées dans ce but, comme le purin d'ortie, ou les algues. Ce sont aussi des sous-produits de l'élevage, tels que les fumiers, composés pour la plupart de litière végétale et de déjections; celles-ci ne sont pas des matières animales, mais des végétaux plus ou moins digérés: lisier, fientes, etc.

Le principe de l'engrais vert reprend la pratique ancestrale qui consiste à enfouir les mauvaises herbes. Elle s'appuie sur une culture intercalaire, enfouie sur place. Quand il s'agit de légumineuses, telles que la luzerne ou le trèfle, on obtient, en plus, un enrichissement du sol en azote assimilable, car leur système radiculaire associe des bactéries, du genre Rhizobium, capables de fixer l'azote atmosphérique. Pour rendre cette technique plus efficace, on sème les graines avec la bactérie préalablement associée.

Composition en NPK de différents engrais organiques (à ne jamais apporter au sol la même année qu'un chaulage)

Engrais	N	P	K
Fumier de bœuf	6	1	7
Fumier de vache	4	1	4
Fumier de cheval	6	1	5
Fumier de porc	4	1	5
Fumier de poule	23	10	17
Fumier de mouton	8	1	7
Fumier de lapin	24	5	0,5
Fumier de guano	10	13	2
Plumes	80	0	0
Cendres de bois	0	1	10
Sang desséché	12	1	1
Os	4	20	0
Corne	12	1	0
Farine de poisson	9	12	4
Déchets de peaux	10	0	0
Urée	46	0	0
Tourteau de ricin	6	0	0

Engrais minéraux

Les engrais minéraux sont des substances d'origine minérale, produites par l'industrie chimique, ou par l'exploitation de gisement naturels de phosphate et de potasse.

L'industrie chimique intervient surtout dans la production des engrais azotés, passant par la synthèse de l'ammoniac à partir de l'azote de l'air, moyennant un apport important d'énergie, fournie par le gaz naturel (cette synthèse produit également l'hydrogène). De l'ammoniac sont dérivés l'urée et le nitrate. Elle intervient également dans la fabrication des engrais complexes, qui sont constitués de sels résultant de la réaction d'une base avec un acide. Les engrais composés peuvent être de simples mélanges, parfois réalisés par les distributeurs, coopératives ou négociants. On appelle ces mélanges du bulk blending.

On distingue les engrais simples, ne contenant qu'un seul élément nutritif, et les engrais composés, qui peuvent en contenir deux ou trois. L'appellation des engrais minéraux est normalisée, par la référence à leurs trois composants principaux: NPK. Les engrais simples peuvent être azotés, phosphatés ou potassiques. Les engrais binaires sont notés NP ou PK ou NK, les ternaires NPK. Ces lettres sont généralement suivies de chiffres, représentant la proportion respective de ces éléments. Les engrais chimiques produits industriellement contiennent une quantité minimale garantie d'éléments nutritifs, et elle est indiquée sur le sac.

Par exemple, la formule 5-10-5 indique la proportion d'azote (N), de phosphore (P) et de potassium (K) présente dans l'engrais, soit 5 % de N, 10 % de P₂O₅ et 5 % de K₂O.

• L'apport azoté est exprimé en azote N et est apporté sous forme de nitrate NO₃, d'ammonium NH₄⁺ ou d'urée. Les contraintes d'entreposage de la forme nitrate incitent les distributeurs d'engrais à se tourner vers des formes ammoniacales uréïques.
• Le phosphore est exprimé sous la forme P₂O₅, mais est apporté sous forme de phosphate de calcium ou d'ammonium.
• Le potassium est exprimé sous la forme K₂O, mais est apporté par du chlorure, du nitrate et du sulfate de potassium.

Engrais organo-minéraux

Les engrais organo-minéraux résultent du mélange d'engrais minéraux et d'engrais organiques. Les matières organiques azotées représentent généralement 25 à 50 % des produits finis. Les autres constituants du fertilisant, sels simples et minéraux, apportant N. P. K. sous des formes appropriées, sont dilués dans les matières organiques.

Composition

Article connexe : Liste des engrais.

Voici une liste de quelques exemples d'engrais simples qui ne fournissent que l'un des éléments du trio NPK, mais peuvent aussi contenir d'autres types éléments ayant une action sur les plantes ou les sols (chaux, magnésium, soufre, etc).

• Azote (N) : l'urée (46% d'azote), le sulfate d'ammoniaque (SA, 21% d'azote, et 24% de soufre), l'ammonitrate (AN, 33.5% d'azote) et le nitrate de chaux (CAN/NAC, jusqu'à 27% d'azote, et 26 à 28 % de chaux)
• Phosphore (P₂O₅) : le superphosphate simple (SSP, 18% de phosphore, et 12% de soufre) ou le superphosphate triple (TSP, 46% de phosphore)
• Potasse (K₂O) : le chlorure de potassium (60% de potassium), le sulfate de potassium (SOP, 50% de K₂O, et 18% de soufre).

Quelques exemples d'engrais composés :

• le phosphate diammonique contient à la fois N et P. Les formules les plus courantes sont le 18-46-0 et le 20-20-0.
• le nitrate de potassium contient à la fois N et K.

Application

Généralement, les engrais sont incorporés au sol, mais ils peuvent aussi être apportés par l'eau d'irrigation. Cette dernière technique est employée aussi bien pour les cultures en sol, traditionnelles, que hors sol, sur un substrat plus ou moins inerte, tel que terreau, tourbe, laine de roche, perlite, vermiculite, etc. Une autre technique particulière, la culture hydroponique, permet de nourrir les plantes avec ou sans substrat. Les racines se développent dans une solution nutritive, eau plus engrais, qui circule à leur contact. La composition et la concentration de la solution nutritive doivent être constamment réajustées.

Dans certains cas, une partie de la fertilisation peut être réalisée par voie foliaire, par pulvérisation. En effet, les feuilles sont capables d'absorber des engrais, s'ils sont solubles, et si la surface de la feuille reste humide assez longtemps. Cette absorption reste toutefois limitée en quantité. Ce sont donc plutôt les oligo-éléments qui peuvent être ainsi apportés, compte tenu des faibles quantités nécessaires aux plantes.

Sur des sols acides, on peut procéder au chaulage pour augmenter le pH. Cette mesure augmente l'efficacité des engrais en favorisant l'assimilation par les plantes des éléments nutritifs présents dans le sol.

Les engrais doivent être utilisés avec précaution. Il est généralement suggéré

• d'éviter les excès, car au-delà de certains seuils les apports supplémentaires, non seulement n'ont plus aucun intérêt économique, mais de plus, risquent d'être toxiques pour les plantes, particulièrement en oligo-éléments, et de nuire à l'environnement;
• de maîtriser leurs effets sur l'acidité du sol;
• de tenir compte des interactions possibles entre les éléments chimiques;
• de tenir compte des limites imposées par les autres facteurs de production.

Dose

La dose d'engrais est la quantité d'engrais à apporter pour une certaine surface, ou à un certain nombre de plantes. Idéalement, la quantité apportée devrait :

• être suffisante pour couvrir les besoins des plantes, de façon à garantir le rendement, la qualité, le taux de croissance, voire la beauté, souhaités,
• sans toutefois les excéder, de façon à limiter le coût de la fertilisation, ainsi que l'impact environnemental. Une dose trop élevée peut aussi endommager une culture.

Les jardiniers ont pour habitude de dire que l'excès d'engrais se montre pire que son manque. Selon les plantes et végétaux, l'apport devra être plus ou moins important et se présenter sous une forme optimale.

L'utilisateur de fertilisants se fiera souvent à la notion de dose recommandée

La dose recommandée est la dose d'application suggérée par les instituts de recherche agricoles, publics ou privés, certaines associations ou ONG, ou par les entreprises de commercialisation. Elle va être donnée en termes de nombre de sacs à utiliser, avec indication des proportions NPK contenues dans un sac, ou, directement en termes de quantité de chaque élément à apporter par hectare, ou en quantité à apporter par plante.

Les doses recommandées varient en fonction de la culture, de la variété utilisée, du type de sol, du climat, etc.

Quel est le moyen le plus simple de calculer la quantité des éléments nutritifs contenue dans un sac d'engrais ?

Le moyen le plus simple est de diviser les nombres imprimés sur le sac de 50 kg par 2 et ceux marqués sur le sac de 25 kg par 4. Ainsi dans un sac de 50 kg dont la formule est 15-5-20, nous aurons les quantités suivantes d'éléments nutritifs :

15/2 : 7,5 kg N (quantité d'azote)

5/2 : 2,5 kg P (quantité de phosphore)

20/2 : 10 kg K (quantité de potassium)

Au total 20 kg d'élément pour un sac de 50 kg d'engrais.

Quelques exemples :

1. La recommandation est : application de 60 kg N par hectare sous forme d'urée, qui contient 45% de N. Combien de sacs prévoir ?

   46 divisé par 2 est égal à 23 : la division par 2 correspond au poids du sac : 50 kg. Chaque sac contient donc 23 kg d'azote.

   60 divisé par 23 est égal à 2.6. Ainsi, à peu près deux sacs et deux tiers d'un sac du produit sont nécessaires pour couvrir un hectare

   2.6 sacs*50 kg : un total de 130 kg d'urée, doit être appliqué par hectare.

2. Quelle quantité d'urée utiliser pour un champ de 500 m² ?

   Si la superficie du champ est de 500 m² la quantité requise d'urée est un vingtième de celle requise pour un hectare soit 6,5 kg (pour rappel, un hectare mesure 100m * 100m, et représente 10,000 m²).

3. Quand il est recommandé d'utiliser un engrais 60-30-30, que se passe-t-il si vous utilisez un engrais 15-15-15 ?

   Si vous utilisez uniquement cet engrais, vous appliquerez

   • soit deux fois trop de phosphore et de potassium (perte économique et risque pour l'environnement)
   • soit seulement la moitié d'azote nécessaire (d'où carence)

   Dans ce cas

   • soit achetez un engrais 60-30-30 pour fertiliser votre culture
   • soit n'appliquez que la moitié sous forme d'engrais 15-15-15, et achetez un autre engrais ne contenant que de l'azote simple.

Fumure de fond

Le point de départ d'une fumure rationnelle est de constituer dans le sol une réserve d'acide phosphorique et de potasse, largement supérieure aux besoins immédiats des plantes et qui servira en quelque sorte de réserves à fertilisation. L'azote, qui ne peut se stocker de la même façon, par suite de sa solubilité sera, par contre, fourni au fur et à mesure des besoins.

Il est préférable, au départ, de calculer l'importance et la composition de cette fumure de fond, d'après les résultats d'une analyse chimique qui détermine la richesse naturelle du sol en éléments assimilables et permet de savoir exactement ce qui lui manque. Le laboratoire vous fournira alors toutes indications utiles.

La fumure de fond doit être enfouie lors du bêchage d'automne. Rappelez-vous toutefois que fumier ou compost ne doivent pas être enterrés avec la chaux mais seulement l'année suivante.

Pour les arbres fruitiers et d'ornement, la fumure de réserve doit être enfouie lors du défoncement, entre 40 et 60 cm de profondeur afin de se trouver dans la zone explorée par les racines. Elle serait sans effet dans la couche superficielle, du fait que la potasse et surtout l'acide phosphorique ne s'infiltrent pratiquement pas. Utiliser de préférence un engrais à dominante phosphorique, du type 7.14.10 qui sera évidemment incorporé en une seule fois, à la dose de 25 à 30 kg par are ou 2 kg par trou de 1 mètre cube (équivalence en engrais simples : 20 kg de super ou scories et 8 kg de sylvinite).

Effets sur l'environnement et la santé

Voir aussi : Impacts environnementaux des phosphates, Pollution de l'eau par les nitrates

L'utilisation des engrais entraîne deux types de conséquences qui peuvent comporter des risques sanitaires (atteinte à la santé de l'homme) ou des risques environnementaux (dégâts sur les écosystèmes).

Le risque sanitaire le plus connu est celui relatif à la consommation d'eau riche en nitrate, résultant de la fertilisation azotée, par le nourrisson.

Le risque environnemental le plus cité est celui de la pollution de l'eau potable ou de l'eutrophisation des eaux, lorsque les engrais, organiques ou minéraux, répandus en trop grande quantité par rapport aux besoins des plantes et à la capacité de rétention des sols, qui dépend notamment de sa texture, sont entraînés vers la nappe phréatique par infiltration, ou vers les cours d'eau par ruissellement.

Un risque environnemental moins cité, et pourtant très important lui aussi, est la contribution au réchauffement climatique, due aux fortes émissions, après épandage, d'oxydes d'azote, notamment le protoxyde d'azote (N₂O), qui est un puissant gaz à effet de serre, à fort potentiel de réchauffement global et à durée de résidence élevée (de l'odre de 100 ans).

Plus généralement, les conséquences de l'utilisation des engrais, qui peuvent comporter des risques et qui sont soumises à la critique, sont les suivantes :

• effets sur la qualité des sols, leur fertilité, leur structure, l'humus et l'activité biologique ;
• effets sur l'érosion ;
• effets liés au cycle de l'azote et à la toxicité des nitrates dans l'eau potable ;
• effets liés à la dégradation des engrais inutilisés, qui émettent des gaz à effet de serre, oxydes d’azote (protoxyde d'azote N₂O et N₂O₄), dans l’atmosphère^[3] ;
• effets liés au cycle du phosphore ;
• effets liés aux autres éléments nutritifs : potassium, soufre, magnésium, calcium, oligo-éléments ;
• effets liés à la présence de métaux lourds : cadmium, arsenic, fluor, ou d'éléments radioactifs, significativement présents dans les phosphates, et dans les lisiers de porc par les métaux lourds ;
• effets sur les parasites des cultures ;
• eutrophisation des eaux douces et marines ;
• effets sur la qualité des produits ;
• pollution émise par l'industrie de production des engrais ;
• utilisation d'énergie non renouvelable ;
• épuisement des ressources minérales ;
• effets indirects sur l'environnement, par la mécanisation pour l'agriculture intensive, et les épandages.

Consommation mondiale

Entre 1972 et 1992, l'utilisation mondiale d'engrais est passée de 73,8 à 132,7 millions de tonnes. Au Canada, l'utilisation des engrais est passée de près d'un million de tonnes en 1960 à environ quatre millions de tonnes en 1985, tandis que le pourcentage des terres ayant reçu des engrais est passé de 16% en 1970 à 50% en 1985.^[4]

La consommation mondiale d'éléments fertilisants s'est élevée à 179,4 millions de tonnes en 2007 : 61,6% d'azote, 23,1% de phosphates, et 15,3% de potasses^[5]. En 2007, les principaux pays consommateurs sont les suivants (en millions de tonnes de nutriments):

Consommation des engrais^[5]

Pays	Millions de tonnes
Chine	96,6
États-Unis	29,2
Inde	22,6
Brésil	11,3
Canada	4,7
France	3,8
Indonésie	3,7
Pakistan	3,6
Viet Nam	2,7
Pologne	2,7
Allemagne	2,3
Turquie	2,2
Espagne	2,0
Australie	1,8
Argentine	1,8
Thaïlande	1,8
Russie	1,7
Mexique	1,6
Égypte	1,6

| liban |1

Notes et références

1. ↑ AEE, Estimated nitrogen surplus across Europe, pour 2005 ; Document Actions Estimated nitrogen surplus (the difference between inorganic and organic fertilizer application, atmospheric deposition, fixation and uptake by crops) for the year 2005 across Europe ; Licence CC-by-2.5]
2. ↑ avril 1858 (Journal L’Indépendant, repris à partir des archives par les éphémérides de la semaine du 31 mars au 6 avril 2008)
3. ↑ Agriculture, effet de serre et changements climatiques en France
4. ↑ C. de Kimpe, congrès "La recherche agronomique européenne dans le monde du XXI^e siècle" à Strasbourg les 28 et 29 novembre 1996.
5. ↑ ^{a et b} source : http://faostat.fao.org/site/575/DesktopDefault.aspx?PageID=575

Voir aussi

Articles connexes

• Agriculture durable
• Engrais à diffusion lente
• Produit phytosanitaire
• Régression et dégradation des sols
• Rotation culturale
• Transfert de fertilité
• humus, compost
• Loi de Liebig sur le minimum

Liens externes

• Graphe : Consommation d'engrais dans le monde (ONU)
• Rapport GEO 3
• Conseils pour le choix de l'engrais
• Fumure en arboriculture fruitière