Conception des engrais phosphatés à base de biopolymères : impact sur les propriétés d'un sol

Conception of phosphorus fertilizers based on biopolymers : impact on soil properties

• Auteur / Autrice : Saloua Fertahi
• Direction : Isabelle Bertrand, M'barek Amjoud, Abdellatif Barakat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc). Faculté des sciences Semlalia
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et agrosystèmes (Montpellier) - Ingénierie des Agro-Polymères et Technologies Emergentes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Mustapha Raihane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Bertrand, Abdellatif Barakat, Mustapha Raihane, Johnny Beaugrand, Khalid Draoui, Hanane Hamdali, Christian Morel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Johnny Beaugrand, Khalid Draoui

Mots clés

Mots clés libres

Enrobage

Engrais à libération contrôlée

Formulation

Biomasse

Phosphore

Composite

Coating

Controlled release fertilizer

Formulation

Biomass

Phosphorus

Composite

Résumé

La majeure partie du phosphore (P) utilisé dans les engrais provient de roches phosphatées, une ressource naturelle rare qui doit être préservée. Une option consiste en une meilleure optimisation de l'efficience d'utilisation du P par les plantes. Depuis plusieurs années, des engrais phosphatés à libération contrôlée ont été développés avec des enrobants formulés à base de polymères pour réduire les interactions entre le P et les minéraux du sol, et augmenter la synergie entre la libération de P et les besoins des plantes. Toutefois, leur coût de production reste un frein majeur pour leur utilisation. De plus, la majorité des polymères utilisés ne sont pas dégradables dans le sol. L'objectif de ma thèse est (1) d'utiliser des biopolymères issus de déchets de biomasse végétale pour préparer des formulations d'enrobage (2) de tester ces enrobages sur des granules de triple superphosphate (TSP), de les caractériser et d'étudier leur dissolution dans l'eau, (3) d'évaluer leur effet sur les propriétés d'un sol méditerranéen de grande culture. Les différents engrais enrobés formulés à base de lignine extraite de grignons d'olive, de polysaccharides (carraghénane, carboxymethyl de sodium, d'alginate de sodium), et de plastifiants (polyéthylène glycol, glycérol) ont montré une libération plus lente du P dans l'eau, comparé aux engrais non enrobés. La vitesse de libération du P dépend de l'épaisseur de l'enrobant, de son élasticité, de son allongement, de son hydrophobicité et de son hygroscopie. Sur l'ensemble des formulations testées, les engrais enrobés à base de lignine et de lignine-carraghénane présentent la vitesse de libération du P la plus lente. Une attention particulière a été accordée à ces deux formulations pour étudier leur effet sur les propriétés d'un sol. Ces engrais enrobés, lors de leur dissolution dans un sol, acidifient légèrement le sol et présentent une distance de migration du P de 14 mm de diamètre. Les engrais non enrobés acidifient davantage le sol et présentent une zone de migration du P plus étendu (21 mm de diamètre) et ce après une même durée de 28 jours. Cependant, après 28 jours, l'enrobage des TSP n'a pas impacté la disponibilité du P dans le sol. Cependant, les engrais enrobés tendent à augmenter la concentration en P microbien du sol.

Most of the phosphorus (P) used in fertilizers comes from phosphate rocks, a rare natural resource that must be preserved. One option is to better optimize the efficiency of P use by plants. For several years, controlled release phosphate fertilizers have been developed with polymers-based coatings to reduce the interactions between P and soil minerals and increase the synergy between P release and plant needs. However, their production cost remains a major obstacle to their use. Moreover, most of the polymers used are not degradable in the soil. The objective of my thesis is (1) to use biopolymers derived from vegetal biomass waste to prepare coating formulations (2) to test these coatings on triple superphosphate (TSP) granules, to characterize them and to study their dissolution in water, (3) to evaluate their effect on the properties of a Mediterranean field crop soil. The different coated fertilizers formulated based on lignin extracted from olive pomace, polysaccharides (carrageenan, sodium carboxymethyl, sodium alginate), and plasticizers (polyethylene glycol, glycerol) showed a slower release of P in water, compared to uncoated fertilizers. The rate of P release depends on the thickness of the coating, its elasticity, its elongation, its hydrophobicity and its hygroscopy. Of all the formulations tested, coated fertilizers based on lignin and lignin-carrageenan had the slowest P release rate. Special attention was paid to these two formulations to study their effect on soil properties. These coated fertilizers, when dissolved in soil, slightly acidify the soil and have a P migration distance of 14 mm in diameter. Uncoated fertilizers further acidify the soil and have a larger P migration zone (21 mm in diameter) after the same 28-day period. However, after 28 days, the TSP coating did not affect the availability of P in the soil. However, coated fertilizers tend to increase the microbial P concentration in the soil.