Engrais

Les engrais sont des substances naturelles ou synthétiques qu'on utilise pour fournir des éléments nutritifs essentiels à la croissance des PLANTES. Les plantes ont besoin de 16 éléments nutritifs pour la croissance. Le carbone (C), l'hydrogène (H) et l'oxygène (O) sont extraits de l'atmosphère et sous forme d'eau. Les 13 autres éléments nutritifs sont extraits des sols et sont normalement divisés entre éléments majeurs primaires : nitrogène (N), phosphore (P) et potassium (K), qui sont ceux requis en plus grandes quantités; éléments majeurs secondaires : sulfure (S), calcium (Ca) et magnésium (Mg), requis en plus petites quantités que les éléments majeurs primaires; et oligo-éléments : fer (Fe), manganèse (Mn), zinc (Zn), cuivre (Cu), bore (B), chlore (Cl) et molybdène (Mo), que les plantes nécessitent en très petites quantités. De plus, on a démontré que le nickel (Ni) est indispensable aux légumes et aux cultures céréalières, alors que le cobalt (Co) est aussi utile à certaines cultures, dont les légumes, où il sert à la fixation du nitrogène. Lorsque, dans les systèmes agricoles, les éléments essentiels à la croissance des plantes ne sont pas présents en quantités suffisantes ou dans le juste équilibre, des engrais peuvent être ajoutés afin d'améliorer la croissance et la qualité des plantes. Au fur et à mesure que les éléments nutritifs sont extraits du sol lors de la moisson, les engrais sont utilisés pour réapprovisionner et soutenir la croissance des récoltes. Les éléments majeurs sont ceux qui sont extraits en plus larges quantités; leur ajout aux engrais est donc plus souvent nécessaire que celui des oligo-éléments, qui s'épuisent beaucoup plus lentement.

En Amérique du Nord, les engrais éléments majeurs commerciaux sont vendus selon leur contenu en N, P2O5 et K20, qui est exprimé en pourcentage. Par exemple, un engrais 11-52-0 contient 11 p. cent de N, 52 p. cent de P2O5 et 0 p. cent de K20. Si un quatrième chiffre est présent, il réfère au sulfure, tel le sulfate d'ammonium, 21-0-0-24. Au Canada, les engrais sont règlementés par la « Loi et le Règlement sur les engrais », administrés par l'Agence canadienne d'inspection des aliments qui s'assure que les produits sont sécuritaires, efficaces, et correctement étiquetés.

Les engrais peuvent être soit inorganiques (chimiques) ou organiques. Les engrais inorganiques commerciaux contiennent généralement une forte concentration de quelques éléments nutritifs seulement, et cette concentration est strictement contrôlée. Normalement, l'engrais est offert dans une forme soluble qui est très rapidement disponible pour l'absorption par les cultures. Toutefois, un certain nombre d'engrais « à efficience améliorée » sont disponibles sur le marché ; on utilise soit un enrobage ou des traitements chimiques afin de ralentir la libération des éléments nutritifs dans la solution, ou pour ralentir leur transformation chimique.

Les engrais organiques incluent des substances naturelles telles le fumier, le compost, et la farine de sang. Ils sont normalement moins riches en éléments nutritifs que les engrais inorganiques commerciaux. Par conséquent, un plus large volume d'engrais doit être appliqué afin de répondre aux besoins des cultures en éléments nutritifs, ce qui augmente les coûts de transportation. La composition des engrais organiques varie souvent, ce qui rend plus difficile l'estimation précise des taux d'application. Les engrais organiques contiennent néanmoins souvent des substances organiques qui peuvent contribuer à l'apport en nutriments et aux propriétés physiques des sols. Peu importe si l'engrais utilisé est organique ou inorganique, les plantes absorbent principalement les éléments nutritifs sous forme d'ions inorganiques. Les engrais organiques doivent donc d'abord se décomposer pour libérer les ions inorganiques, avant qu'une plante ne puisse utiliser ses éléments nutritifs. Par conséquent, le taux de libération des éléments nutritifs des engrais organiques est généralement plus lent que celui des engrais inorganiques. Puisque les plantes absorbent les éléments nutritifs dans leur forme inorganique, la qualité de la nourriture n'est pas directement affectée par le fait que la source originale d'engrais est organique ou inorganique. Elle peut toutefois être influencée par la quantité et l'équilibre des éléments nutritifs disponibles.

Si l'ajout d'éléments nutritifs est essentiel à la productivité des cultures et pour éviter la diminution et la dégradation des éléments nutritifs dans les sols, des problèmes environnementaux peuvent survenir lorsque l'usage d'engrais est excessif ou mal géré et ce, peu importe s'ils proviennent de sources organiques ou inorganiques. Les émissions d'azote réactif dans l'atmosphère peuvent endommager l'écosystème et la santé humaine, à travers l'acidification, les CHANGEMENTS CLIMATIQUES, l'eutrophisation (l'enrichissement par des nutriments), la formation d'ozone troposphérique et de matières particulaires (particules microscopiques qui polluent l'atmosphère) et l'appauvrissement de la BIODIVERSITÉ. Les émissions de dioxyde de carbone générées par les grandes quantités de combustibles fossiles utilisés pour la production d'engrais et leur transport peuvent aussi contribuer aux changements climatiques. Le déversement d'engrais phosphatés dans les cours d'eau est une cause majeure d'eutrophisation, particulièrement dans les écosystèmes d'eau douce, tandis que l'accumulation d'éléments traces tels le cadmium (Cd) dans les sols, qui résulte de la fertilisation phosphatée, peut mener à la dégradation à long-terme des sols et diminuer la qualité des cultures. Les pratiques de gestion des éléments nutritifs qui harmonisent de près l'apport en éléments nutritifs aux exigences d'une culture, en termes de la dose et du moment des applications, peuvent améliorer l'utilisation des éléments nutritifs par une culture et ainsi réduire les impacts potentiels sur l'environnement. Les engrais à efficience améliorée peuvent aussi diminuer les risques de perte d'éléments nutritifs. La sélection de la bonne source d'éléments nutritifs, de la dose, du moment et de la méthode d'application appropriés au type de sol, à l'environnement et au système de production est crucial afin d'optimiser l'efficacité de l'utilisation des éléments nutritifs et de minimiser leur perte.

CYNTHIA GRANT, TOM JENSEN

Industrie des engrais

L'industrie des engrais fait partie des INDUSTRIES CHIMIQUES. Les principaux types d'engrais sont à base de potassium, d'urée et de phosphate et comprennent aussi une part importante de plusieurs composés de sulfate. Comme chacun des engrais est fabriqué selon des procédés chimiques variés, chacun a aussi sa propre histoire au Canada.

Engrais azotés

Les engrais azotés provenaient au début de sources naturelles (dépôts de nitrate du Chili). La production à grande échelle de nitrate synthétique est devenue possible après la découverte par les chimistes allemands Fritz Haber et Carl Bosch, en 1908, d'un procédé permettant de produire de l'ammoniac à partir d'azote atmosphérique et d'hydrogène. Le procédé est mis en application pour la production d'engrais après la Première Guerre mondiale. Le composé produit, connu sous le nom d'ammoniac anhydre (sans eau), peut être utilisé tel quel comme engrais ou servir à la production d'autres types d'engrais. Par exemple, le nitrate d'ammonium est produit en combinant de l'ammoniac anhydre et de l'acide nitrique; l'urée, en combinant de l'ammoniac anhydre et du dioxyde de carbone; et le phosphate d'ammonium, en combinant de l'ammoniac anhydre et de l'acide phosphorique. En 1930, la Cominco ltée construit une usine d'ammoniac anhydre à Trail, en Colombie-Britannique. En 1932, elle devient la première productrice au monde d'engrais granulé; en 1963, de nitrate d'ammonium granulé; et, en 1965, d'urée granulée. Il existe présentement plusieurs usines qui produisent de l'azote au Canada, principalement dans l'ouest du pays où le gaz naturel est la source d'énergie et l'une des matières premières pour produire de l'ammoniac anhydre, qu'on transforme ensuite pour en faire d'autres engrais azotés.

Engrais phosphatés

Les engrais phosphatés sont produits à partir de phosphate minéral (contenant près de 25 p. 100 de phosphore) traité à l'acide sulfurique pour donner de l'acide phosphorique, qui est ensuite utilisé pour la production d'engrais comme le phosphate d'ammonium. Le Canada compte certains dépôts de phosphate minéral près de Kapuskasing en Ontario, qu'on exploite pour ensuite le traiter. On importe également, principalement des États-Unis, de la phosphorite concassée pour la transformation, ainsi que des quantités importantes de phosphate d'ammonium et d'ammonium poly phosphaté.

Engrais potassiques

Les engrais potassiques sont produits au Canada avant le XIXe siècle par la fabrication de POTASSE à partir de cendres de bois. L'industrie prend de l'expansion jusqu'à la fin du XIXe siècle, lorsque l'Allemagne devient le premier fournisseur au monde de potasse, en exploitant des dépôts de potasse (chlorure de potassium). Des dépôts de potasse sont trouvés en Saskatchewan en 1943, mais la production ne commence qu'en 1954 lorsque la Potash Corporation of America creuse le premier puits à Patience Lake. Il existe actuellement plusieurs mines de potasse, principalement en Saskatchewan et, dans une moindre mesure, au Nouveau-Brunswick. Les dépôts de potasse de la Saskatchewan se trouvent à environ 1000 m sous la surface de la terre, au centre de la province, et consistent en un gisement de sylvinite contenant du chlorure de sodium et du chlorure de potassium. Dans la plupart des mines, on utilise une technique d'exploitation conventionnelle avec du matériel d'excavation rotatif connecté à des systèmes de bandes transporteuses qui longent les tunnels sur plusieurs kilomètres de long. Le minerai est ainsi acheminé vers un puits central où un grand élévateur à godets le remonte à la surface pour la transformation. La transformation implique le broyage du minerai, la séparation des cristaux de chlorures de sodium et de potassium, la granulation et le criblage de la potasse jusqu'à la taille de granulation requise. Les réserves de potasse en Saskatchewan et dans l'est du Manitoba sont considérées comme figurant parmi les meilleures réserves de potasse au monde, et on estime qu'elles contribueront à la production mondiale de potassium au cours des prochains siècles.

Engrais soufrés

L'acide sulfurique est produit pour la première fois à partir de sulfure métallique en 1866, et, dans les années 20, la production d'acide sulfurique à partir des gaz de fours de fusion de métaux communs commence à Sudbury (Ontario) et à Trail. La première usine de récupération de gaz sulfureux au Canada est construite en 1951, et il en existe aujourd'hui plusieurs en Alberta, en Colombie-Britannique et en Saskatchewan, qui produisent du soufre élémentaire. Le sous-produit de l'industrie du pétrole et du gaz est utilisé dans plusieurs procédés industriels. En ce qui concerne les engrais, le principal engrais soufré est le sulfate d'ammonium, fabriqué d'abord en brûlant, dans des conditions de confinement, le soufre élémentaire pour en faire du dioxyde de soufre qu'on mélange à de l'eau pour former de l'acide sulfurique. L'acide sulfurique est ensuite mélangé à de l'ammoniac anhydre pour produire du sulfate d'ammonium. Il existe également des engrais à base de soufre élémentaire qu'on produit en broyant le soufre élémentaire en fines particules, puis en le combinant à de l'argile bentonitique pour produire une pastille de la taille des granules d'engrais, qui se désagrège au contact de l'eau dans le sol. Il faut du temps avant que les fine particules de soufre élémentaires soient oxydées par les bactéries habitant le sol et produisent les ions sulfates que les plantes utilisent.

Les oligo-éléments

Plusieurs des autres minéraux nutritifs essentiels aux plantes sont disponibles sous forme d'engrais. Ils sont appliqués aux cultures lorsque certaines parties des champs deviennent à ce point appauvries que l'élément nutritif spécifique est considéré marginal ou insuffisant. Les oligo-éléments les plus communément utilisés sont le cuivre, le zinc, le bore et le manganèse. Il semble que plus les cultures sont longtemps dans le sol, plus elles sont susceptibles de bénéficier de l'addition d'autres éléments nutritifs que les engrais à base de nitrogène, phosphore, potassium et soufre.