Brevet FR2179545A1 — publié le 19731123

L'invention est relative à l'amélioration des sols et terrains. Elle concerne un procédé d'amélioration des sols par formation in situ d'un gel d'acide silicique de grande stabilité. Pour améliorer les terrains,en particulier les terrains légers ou sableux, naturellement peu aptes à la culture, on cherche à modifier leur structure, par exemple leur état d'agrégation et leur porosité afin de faciliter ainsi les phénomènes contrôlant la circulation de l'eau et l'absorption des matières nutritives par les plantes que l'on désire y cultiver.Pour réaliser cette amélioration,on a déjà proposé d'introduire dans le sol des gels d'acide silicique obtenus par acidification d'une solution aqueuse de silicate alcalin tel que le silicate de sodium ou de potassium L'acidification est obtenue par addition à la solution du silicate alcalin d'un acide minéral,généralement d'un acide phosphorique,ce qui permet d'introduire dans le terrain5 en mame temps que le gel d'acide sillcique,un élément fertilisant emportant, savoir le phosphore.On a également proposé de former le gel d'acide silicique dans le terrain lui-même en traitant ce dernier,dans un premier temps, par une solution d'on silicate alcalin,puis, dans un second temps, par une solution d'acide phosphorique. La mise en oeuvre de ces traitements ne se justifie économiquement que si les modifications de structure du terrain sont durables, c'est-à-dire si ie gel d'acide silicique possède une stabilité suffisante dans le temps. Cette stabilité n'est pas facilement obtenue, car elle dépend des conditions de formation du gel et donc de la nature des constituants du sol. On a déjà trouvé que, dans certains cas, l'addition de petites quantités d'urée dissoutes dans la solution du silicate alcalin pouvait provoquer un accroissement de la stabilité. L'introduction d'urée dans les compositions pour l'amélioration des sols est particulièrement intéressante car elle permet d'introduire un second élément fertilisant important, 1'azote, etÇce, sous une forme très favorable. On sait en effet que l'urée ne se transforme que lentement en nitrate directement assimilable par les plantes, et qu'elle constitue ainsi une réserve de matière nutritive. Toutefois, dans les procédés décrits jusqu'à maintenant,les quantités d'urée introduites sont trop faibles pour que cet effet bénéfique puisse tre pris en considération. ta présente invention a pour objet un procédé de formation dans le sol d'un gel d'acide silicique d'une grande stabilité et contenant une quantité importante d'urée,apportant au sol des modifications de structure durables et un ensemble d'éléments fertilisants équilibré. La présente invention a pour objet un procédé d'amélioration des terrains par introduction dans le sol d'un gel d'acide silice que résultant de l'action d'une solution aqueuse contenant de l'acide phosphorique sur une solution aqueuse de silicate alcalin caractérisé en ce que, au moment de ltépandage,on mélange à la solution d'au moins un silicate alcalin une solution d'acide phosphorique contenant des quantités importantes d'urée et des quantités faibles de fer et d'aluminium. Le procédé selon l'invention consiste donc à répandre à la surface du sol une solution d'au moins un silicate alcalin et une solution d'acide phosphorique contenant de l'urée-et en petites quantités des cations plurivalents de fer et d'aluminium. Ces deux solutions sont mélangées immédiatement avant épandage et la formation du gel d'acide silicique ntapparatt pas avant que les solutions soient entrées en contact a > le sol. La présence de petites quantités de fer et d'alumir ;.rj donne au gel d'acide silicique des propriétés améliorées et une plus grande stabilité. Sous un autre aspect,l'invention concerne des compositions pour la mise en oeuvre du procédé oi-dessus,lesdites compositions consistant en une première solution aqueuse comprenant au moins un silicate alcalin et en une seconde solution aqueuse comprenant de l'acide phosphorique,de l'urée et de petites quantités de fer et d'aluminium5ces deux solutions n'étant mises en contact qutim- médiatement avant épandage sur le sol à traiter. On indiquera maintenant à l'homme de l'art, les conditions les plus avantageuses pour la mise en oeuvre de l'invention. Les quantités relatives de solution de silicate alcalin et de solution phosphorique sont telles que le pH du gel d'acide silicique résultant est compris entre 4,0 et 5,7. La quantité d'urée5 exprimée en grammes d'urée,rapportée à la quantité d'acide phosphorique,exprimée en grammes de P205,est comprise entre 0,7 et 0,9. Les quantités de fer et d'aluminium, exprimées en grammes d'oxydes ( Fie203 + A1203),rapportées à la quantité d'acide phosphorique5 exprimée en grammes de P2O5 > sont comprises entre 0,07 et 0,15. En tant que solutions de silicate alcalin,on on utilise des solutions de silicate de sodium ou de silicate de potassium ou leurs mélanges. Le rapport moléculaire SiO2/Me20 où Me représente le sodium ou le potassium, est compris entre 1 et 4. De préférence, on utilise les silicates alcalins commerciaux à des concentrations correspondant à des valeurs exprimées en degrés Beaumé,de 30 à 40 environ. En tant que solutions phosphoriques,on utilise des solutions acide phosphorique de concentration comprise entre 40 et 60% de P205, auxquelles on ajoute les quantités désirées d'urée et de sels de fer et d'aluminium. De préférence,on on utilise les eaux-mères provenant de la fabrication du phosphate d'urée, recueillies après cristallisation et séparation de ce sel. Elles contiennent en effet, d'une part, de i'urée,d'autre part,des quantités convenables de fer et d'aluminium provenant des impuretés du minerai de phosphate.Elles contiennent aussi d'autres impuretés, Mg, Ca, fluor, ions sulfates, etc , mais il apparat que ces dernières ne présentent aucune influence néfaste.La composition de ces eaux-mères est évidemment variable suivant le )procédé de préparation du phosphate d'urée et suivant la oomposi- tion du minerai de phosphate utilisé pour obtenir l'acide phosphorique. A titre d'exemple non limitatif, on peut donner les compositions suivantes pour des eaux mères de phosphate d'urée partie^u- lièrement convenables P205 = 21,5 à 22,4 fi Mg = 0,29 à 0,33 ss N = 7,63 à 8,80 % Ca = 0,03 à 0,04 Fe = 1,15 à 1,25 ss F = 0,7 à 0,8 A1 = 0,)7 à 0,46 ss S04= 2,5 à 4,8 Tous ces pourcentages sont en poids. Lorsque ces eaux-mères contiennent des quantités trop faibles de fer et d'aluminium, on peut les compléter par addition de phosphates de fer et d'aluminium. Au contraire,si leur teneur en ces impuretés est supérieure à ce qui est désirable, il est nécessaire de leur additionner du phosphate d'urée pur La solution de silicate alcalin comme la solution phosphorique, doivent être diluées avant leur emploi, de façon à ce que la teneur en matières sèches du mélange soit inférieure à 20%. L'eau peut Entre ajoutée à la solution de silicate alcalin ou à la solution phosphorique ou, et de préférence, aux deux solutions. L'épandage sur le sol peut se faire par tout moyen connu. Le volume du mélange des deux solutions utilisé par m2 de terrain est très variable suivant la nature et l'état de ce dernier. Il s'exprime généralement en grammes de silice par m2, et est den- viron 20 à 200 g/m2. Sans sortir du cadre de la présente invention,on peut encore utiliser un phosphate d'urée solide contenant les quantités requises de fer et d'aluminium; ce sel est mis en solution au moment de l'utilisation ou réparti solide à la surface du sol; dans ce dernier tas, la totalité de liteau nécessaire sera apportée avec la solution du silicate alcalin. Pour illustrer l'invention, on décrira dans les exemples qui suivent et qui n ont aucun caractère limitatif, le traitement de différents sols par des gels de compositions diverses ,et les résultats favorables obtenus sur la circulation et le stockage de l'eau dans ces terres. Deux séries de gels ont été préparées:la première est à base de silicate de sodium, la seconde à base de silicate de potassium. Chaque série comprend trois gels différents; le premier est préparé uniquement avec de l'acide phosphorique et sert de base de comparaison; le second est préparé avec de l'acide phosphorique et une quantité importante d'urée équivalant à celle utilisée selon l'invention. Cet essai est réalisé afin de montrer que l'introduction de quantités importantes d'urée n'affaiblit pas les qualités du gel.Le troisième, préparé conformément à l'invention,contient des quantités importantes d'urée et des quantités faibles de fer et d'aluminium. Pour les six préparations, on a utilisé des quantités sensiblement identiques de SiO2 sous forme de silicate alcalin, et de P205 dans la solution phosphorique, afin que les essais soient rigoureusement comparables enre eux. Pour la première série, à base de silicate de sodium, le rapport pondéral SiO2/P205 est de 1,705,et l'eau de dilution est calculée pour obtenir une teneur en SiO2 dans le gel de 5,752fui. Pour la seconde série, à base de silicate de potassium, le rapport pondéral SiO2/P205 est de 1,750 et l'eau de dilution est calculée pour obtenir une teneur de SiO2 dans le gel de 5,625/?3. Les réactifs mis en oeuvre pour ces préparations-sont les suivants GEL NQ1 Silicate-de sodium 38-400 Bé 21,29 % acide phosphorique (50 de P205) 6,74 % eau 71,97 % GEL N02 Silicate de soude 3840o Bé 21,29 ss Phosphate d'urée cristallisé 1,47 Eau 71,24 ss GEL NO 3 Silicate de soude 38-40 Bé 21,29 % Eaux-mères phosphate d'urée 14,95 % Eau 63,76 % GEL N04 Silicate de potassium 34-34,5 Bé 23,53, acide phosphorique (50 P205) 6,44 ss eau 70,03 % GEL N 5- Silicate de potassium 34r34,50 Bé 23,53 , phosphate d'urée cristallisé 7,15 % eau 69,32% GEL N 6- Silicate de potassium 34-34,5" Bé 23,53 % eaux-mères phosphate d'urée 14,30 ss eau 62,17% Chaque échantillon de terre a été traité par pulvérisation avec le mélange préparé juste au momeht de l'utilisation et correspondant aux compositions citées ci-dessus. La quantité de mélange pulvérisé dans tous les essais a été de 21 à 22 g environ par litre de terre,ce qui correspond à l'épandage de 1.200 kg de SiO2/hectaress si l'on considère qu'on traite 10000 m2 de terre sur une profondeur de 10 cm. I1 s'agit donc d'une dose plus forte que celle qui serait normalement utilisée dans des essais en plein champ, mais elle convient pour comparer les compositions essayées et démontrer ainsi les avantages procurés par 11 invention. L'échantillon de terre traité est abandonné au repos à l'air libre, pendant une quinzaine d'heures et on effectue ensuite les prélèvements pour la mesure de la perméabilité et la détermination de la capacité de rétention d'eau. La mesure de la perméabilité est effectuée par percolation d'eau à travers un poids de terre constant, placé dans des tubes de même forme, ce qui permet de calculer un coefficient de perméabilité K, coefficient de Darcy. La méthode de calcul de ce coefficient est par exemple décrite dans le livre "te profil Cultural" de S.Henin (S.E.I.A. Paris 1960). La capacité de rétention d'eau est évaluée par la mesure de la variation de l'humidité de l'échantillon traité en fonction du temps selon le mode opératoire de la méthode de A. FEODOROFF pour la détermination de "capacité au champ" (humidité au-dessous de laquelle le drainage ou la redistribution de l'eau sont relativement lents) . La méthode de A. Feodoroff est notamment décrite dans les "Comptes-Rendus du 8ème Congrès International de la Science du Sol" (Bucarent,1964) Volume II. EXEMPLE 1 On traite comme indiqué ci-dessus un échantillon de sol très argileux en provenance d'un lot de terre de Saint-Vivien du Médoc ( 53 ss argile - 38 % limon - 5 à 6 % de sable ). On obtient les résultats suivants: -coefficient de perméabilité : sol non traité 0,16 sol traité avec le gel N"1 0,23 sol traité avec le gel N02 0,19 sol traité avec le gel N"3 0,32 sol traité avec le gel M 4. 0,31 sol traité avec le gel N05 0,23 sol traité avec le gel N06 0,47 On constate que la perméabi wté de la terre est multipliée par deux lorsqu'on utilise le gel n"3 (silicate de sodium-eauxmères de phosphate d'urée) st par troisAorsquton utilise du gel N 6 (silicate de potassium-eaux-mères de phosphate d'urée). Dans tous les cas, l'efficacité des gels silicate-eauxmères de phosphate d'urée est supérieure aux gels silicate-acide phosphorique-. La "capacité au champ" de l'échantillon non traité a été trouvée égale à 23 d'humidité en poids. On a trouvé des valeurs inférieures mais assez voisines pour les échantillons de terre traités avec les gels N 1 à 6 > ces traitements n'ont pas d'action déterminante sur les sols particulièrement argileux concernant leur capacité de rétention d'eau qui est toutefois diminuée. EXEMPLE II On traite, comme précédemment,un échantillon de sol de sable de dune (Le Pyla). On obtient les résultats suivants: -coefficient de perméabilité : K -sol non traité 152 -sol traité avec le gel N01 166 -sol traité avec le gel N"2 182 -sol traité avec le gel N03 171 -sol traité avec le gel N04 204 -sol traité avec le gel N05 221 -sol traité avec le gel N06 218 On constate une augmentation de la perméabilité pour tous les gels et, en particulier,pour les gels à base de silicate de potassium. La 'capacité au champ' pour le sable non traité a été trouvée égale à 14,9% d'humidité en poids. La capacité de rétention d'eau est améliorée de 0,9 à 1,7 unité, en particulier après traitement avec le gel N03 (silicate de sodium-eaux-mères de phosphate d'urée). EXEMPLE III On traite un échantillon de 1 litre de sable de Fontainebleau de la façon suivante On constitue avec le sable un tronc de pyramide et on recouvre sa surface avec lg 65 de poudre fine de phosphate d'urée contenant du fer et de l'aluminium en faibles quantités. On pulvérise ensuite sur toute la surface 4g 68 de silicate de sodium 38-40" Bé et 15 g 67 d'eau. On laisse au repos et on constate un affermissement notable de la surface horizontale et des pentes obliques. On a trouvé également que le sable n'était plus déplacé par le courant d'air d'un ventilateur domestique. -REVENDICATIONS l.Procédé d'amélioration des terrains par introduction dans le sol d'un gel d'acide silicique résultant de l'action d'une solution aqueuse contenant de l'acide phosphorique sur une solution aqueuse de silicate alcalin, caractérisé en ce que, au moment de ltépandage,on mélange à la solution d'au moins un silicate alcalin,unc solution d'acide phosphorique contenant des quantités importantes d'urée et des quantités faibles de fer et d'aluminium. 2. Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce qu'on utilise un phosphate d'urée solide contenant du fer et de l'aluminium, ce sel étant mis en solution au moment de l'épandage ou réparti à l'état solide à la surface du sol tandis que dans ce dernier cas la totalité de l'eau nécessaire est apportée par la solution de silicate alcalin. 3. Composition pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une ;des revendications 1 ou 2,caractérisée en ce qu'elle consiste en une première solution aqueuse comprenant au moins un silicate alcalin et en une seconde solution aqueuse comprenant de l'acide phosphorique, de l'urée et de petites quantités de fer st d'aluminium, ces deux solutions n'étant mises en contact qu'immédiatement laventépandage sur le sol à traiter. 4. Composition selon la revendication 3,caractérisé en ce que la solution de silicate alcalin et la solution contenant de l'acide phosphorique sont utilisées en proportions telles que le gel d'acide silicique obtenu ait un pH compris entre 4,0 et 5,7. 5. Composition selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que dans la solution contenant de l'acide phosphorique le rapport pondéral urée /P205 est compris entre 0,7 et 0,9 et le rapport pondéral (Fe203 + A1203)/P205 est compris entre 0,07 et 0,15. 6.Composition selon l'une quelconque des revendications 3 à 5,caractérisée en ce que, à titre de solution de silicate alcalin, on utilise des solutions de silicate de sodium, de silicate de potassium ou leurs mélanges,dans lesquelles le rapport SiO2/MeSO où Me représente le sodium ou le potassium est compris entre 1 et 4. 7.Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce que la concentration de la solution de silicate alcalin utilisée correspond à 30-40 degrés Beaumé environ. 8. Composition melon l'une quelconque des revendications 3 à 6,caractérisée en ce que, à titre de solution phosphorique, on utilise une solution d'acide phosphorique ayant une concentration de 40 à 60% en P205 et la teneur désirée d'urée et de sels de fer et d'aluminium. 9.Composition selon la revendication 8,caractérisée en ce que la solution contenant de l'acide phosphorique, de l'urée et du fer et de l'aluminium est constituée par les eaux-mères provenant de la fabrication du phosphate d'urée après cristallisation et séparation de ce composé 10. Procédé selon ltune des revendications 1 ou 2,caractérisé en ce qu'on utilise la composition selon l'une quelconque des revendications 3 à 9 pour fournir environ 20 à 200g de silice par m2 de terrain.