Brevet FR2980472A1 — publié le 20130329

L'invention a pour objet la conception de matières fertilisantes organiques utilisables en agriculture conventionnelle et en agriculture biologique pour fertiliser les monocotylédones et les dicotylédones et plus particulièrement les céréales, les protéagineux, les oléagineux, la vigne, les arbres fruitiers, les légumes, les cultures fourragères, les grandes cultures et les cultures ornementales. L'invention porte sur une conception innovante de cette matière fertilisante qui permet une amélioration de son efficacité et une accélération de ses effets. Problème technique : La fertilisation organique des cultures présente différents avantages indiscutables : utilisation d'une ressource renouvelable disponible localement, un faible risque de pollution des sols et des réserves d'eau douce, un entretien à long terme des sols... Cependant, au contraire des fertilisants minéraux, les fertilisants organiques n'ont pas fait l'objet d'études et d'améliorations poussées jusqu'à présent. Ainsi, les fertilisants organiques sont encore dans leur grande majorité considérés comme des déchets qui trouvent une valorisation en l'état pour l'entretient des cultures. Il en résulte que leurs utilisations présentent des limites et contraintes qui réduisent leur usage en agriculture et peuvent constituer de réels obstacles techniques notamment en Agriculture Biologique (AB). En effet, les formes d'engrais minéraux, notamment azotés, obtenus par l'intermédiaire de la chimie, sont interdites en AB. Le cahier des charges AB n'autorise en effet que l'utilisation de fertilisants organiques naturels pour la fertilisation des cultures. Or, le fonctionnement des fertilisants organiques diffère fondamentalement de celui des fertilisants minéraux car ils doivent êtres transformés par les microorganismes du sol en éléments assimilables par les plantes, au contraire des seconds. L'azote, par exemple, est présent dans les fertilisants organiques en tant qu'élément constitutif de protéines ou d'acides aminés et doit, pour être absorbé par les plantes, être minéralisé en nitrate ou en ammonium. L'activité des microorganismes du sol est donc une étape clé dans le mode d'action de ces fertilisants organiques. La fertilisation des cultures d'hiver (céréales....), dont les besoins nutritifs ne coïncident pas avec la période d'activité des micro-organismes du sol, se révèle particulièrement problématique. Pour le blé tendre d'hiver par exemple, les besoins en azote fournis par la fertilisation débutent pendant le tallage et deviennent maximum lors des stades épis lcm (février-mars) et tout au long de la montaison. L'absorption d'azote chute à partir du stade floraison (mai). Pour éviter les pertes par lessivage et la pollution des eaux qui en découle, la fertilisation 1 n'est pratiquée qu'après l'hiver. Or, la fin de l'hiver, le début de printemps (janvier à mai, selon les régions) puis les périodes sèches et trop chaudes de l'été sont des périodes au cours desquelles l'activité des microorganismes, et donc la minéralisation de ces fertilisants, est lente ou nulle. L'utilisation de ces fertilisants naturels ne permet donc pas d'assurer une alimentation optimale des cultures dont les besoins coïncident avec des périodes de l'année où la minéralisation n'est pas assez active. D'autre part, ces fertilisants organiques (fumiers, composts....) sont des produits bruts, souvent riches en eau et pauvres en éléments nutritifs. En conséquence, ces produits agissent en fait principalement en tant qu'amendements améliorant les qualités physiques et biologiques du sol et moins en tant qu'engrais capables de nourrir directement les plantes. Des quantités importantes sont donc souvent appliquées ce qui peut se révéler problématique sur différentes cultures. Certaines cultures nécessitent de fortes doses d'azote tout en étant sensibles aux excès (laitues, fraisier, melon par exemple). Leur fertilisation dans ce cadre est donc délicate à piloter car leurs besoins élevés nécessitent d'utiliser de grandes quantités de fertilisants organiques. Si le climat est très favorable, l'activité des microorganismes peut être plus importante que prévue, ce qui mène à une libération plus rapide et importante d'éléments nutritifs, comme l'azote. Cet excès est fréquemment à l'origine de dégâts directs à la culture (brûlures des racines et des tissus...), indirects (développement de parasites) ou de baisse de qualité de la récolte (excès de nitrates dans les salades...). En revanche, si les conditions climatiques sont peu favorables, l'inverse se produit et des manques peuvent survenir. De manière générale, il est donc très difficile de contrôler et prévoir la transformation de ces fertilisants organiques en éléments nutritifs utilisables par les plantes. D'autre part, la nature des fertilisants organiques naturels est souvent peu favorable à sa minéralisation par les microorganismes. Il est ainsi assez fréquent que la minéralisation de ces fertilisants ne soit pas complète durant l'année de culture et se poursuive pendant l'inter-culture et l'année suivante. Ceci conduit à des pertes directes entre deux cultures, ce qui révèle d'une part une perte d'efficacité du produit. D'autre part, cela oblige à la prise en compte de la fertilisation sur plus d'une année, ce qui est en pratique assez aléatoire et interdit tout raisonnement de fertilisation de précision. Les fertilisants organiques se prêtent donc peu à la fertilisation de certaines cultures, en maraîchage par exemple, dont les cycles de culture courts, quelques mois, s'enchaînent sur une année et ne sont donc pas en phase avec l'échelle de temps de la transformation des fertilisants organiques. Il en résulte que la fertilisation organique est grandement handicapée par ces différents freins qui limitent son usage et son utilisation optimale. 2 Dans CN 101525254, CN 101440007, JP 2004189545, les auteurs préconisent d'ajouter des souches de microorganismes aux engrais organiques pour améliorer les effets des fertilisants. La pratique montre cependant que l'apport d'organismes vivants dans un fertilisant se heurte a de nombreux problèmes. Ces produits sont d'abord onéreux à produire en raison des coûts de production et d'isolement des souches microbiennes. Ils sont ensuite souvent délicats à utiliser car les souches microbiennes sont inactivées par la chaleur et un temps trop long de stockage. Par ailleurs, si les conditions du sol ne sont pas compatibles avec le développement des microorganismes, les bactéries ou champignons apportés par le produit ne se développeront pas et seront inefficaces au final. Ces différentes rasions font que cette solution n'a pas connu de 10 développement technique significatif. Solution technique : Dans le cadre de ses recherches visant à améliorer l'efficacité des fertilisants organiques et à lever les problèmes décrits ci-dessus, la Société Demanderesse a développé un concept 15 nouveau pour la nutrition organique des cultures. Ce concept stipule qu'une amélioration considérable de l'efficacité de la fertilisation organique est obtenue en élaborant des produits dont la composition est spécifiquement déterminée pour accélérer leur transformation par la microflore du sol. En pratique, les produits sont composés au moins de trois parties indissociables : 1) un noyau contenant des éléments nutritifs primaires (azote organique, 20 phosphore et potassium) et secondaires (magnésium, calcium et soufre), appelé « noyau nutritif », 2) un complexe de molécules dont les modes d'actions complémentaires activent la croissance de la microflore du sol, appelé le « noyau activateur », 3) un composant, ou un mélange de composants, capable de maintenir le pH du milieu réactif dans une zone optimale pour l'activité des microorganismes. 25 Les teneurs en éléments nutritifs du «noyau nutritif » sont définies de manière quantitative par les besoins de la culture. Les matières premières qui composent ce «noyau nutritif » sont sélectionnées sur ces bases dans une liste de matières premières organiques particulièrement adaptées à la transformation par la microflore du sol, établie grâce aux travaux de la Société Demanderesse. L'azote, qui est l'élément dont la disponibilité dépend le plus de la 30 minéralisation par la microflore du sol, sera apporté pour 1/3 de son total sous une forme rapidement disponible grâce à des matières premières dans lesquelles il se trouve principalement sous forme non protéique. La disponibilité de cet azote lui permet d'être directement et rapidement utilisé par les microorganismes, ce qui favorise leur développement. Pour les 2/3 restant, l'azote sera apporté par des matières premières où il se trouve sous forme protéique, plus 3 lentement disponible. Cet azote constitue une réserve destinée à entretenir le développement ultérieur des microorganismes, lorsque les formes d'azote rapidement disponible sont épuisées. La présence des autres éléments nutritifs est requise pour assurer une alimentation idéale des microorganismes dont le potentiel de croissance n'est ainsi pas limité par des carences. Matières premières utilisables dans le « noyau nutritif » : -« Azote non protéique » : déjections de volailles (poules, poulets, dindes, canards), guanos et vinasse seuls ou en mélange ; sous forme brute, sous forme de fumier ou sous forme compostée. - « Azote protéique » : Marcs, farines, graisses et poudres animales (corne, viande, plumes, sang, sabot, laine, poils, soies, os, poissons, arrêtes), marcs, coques et tourteaux végétaux. - Phosphate naturel et aluminocalcique. Scories de déphosphoration. - Sulfate de potassium, vinasses de betterave, sels bruts de potasse, chlorure et sulfate de calcium, soufre élémentaire. - Oxyde de magnésium. - Dolomie, lithothamne, gypse, carbonate de calcium et de magnésium. - Patenkali. Un facteur déterminant pour l'efficacité de ces produits repose sur l'apport simultané du noyau nutritif décrit ci-dessus, en complexe avec les facteurs de croissance du « noyau activateur » sélectionnés sur la base de leur effet accélérateur du développement des microorganismes. Les effets de ces molécules, qui sont des vitamines, sont reconnus sur le métabolisme des cellules animales. La thiamine et la riboflavine sont des activateurs de la transformation des glucides en énergie. L'acide glutamique, la biotine et la choline sont connus pour leur rôle stimulant plus général sur le métabolisme cellulaire. Plus particulièrement chez les microorganismes, de nombreuses publications confirment l'action stimulante de ces molécules sur le métabolisme lié à la croissance cellulaire : riboflavine et thiamine (Naguib 1960), choline (Schreiber et al. 1986 ; Lucchini et al. 1990), acide glutamique (Pollack et Lindner 1942), biotine (Matin et al. 1980 ; Hoischen et Krâmer 1989). En pratique, la société demanderesse a démontré que ces activateurs de la croissance microbienne permettent d'accélérer le départ de la croissance des colonies microbiennes et d'optimiser leur vitesse de croissance. La Société demanderesse a également établi que l'efficacité du produit est conditionnée par l'intégration dans la formule d'un composant, ou d'un mélange de composants, capable(s) de maintenir le pH dans une zone idéale pour l'activité des microorganismes. Pour se multiplier et 35 être métaboliquement actifs, les microorganismes doivent en effet êtres maintenus dans une zone 4 de pH définie Or, la minéralisation de la matière organique et la croissance de la population de microorganismes a pour effet d'abaisser le pH du milieu. La Société a ainsi démontré que si le pH n'est pas contrôlé, les réactions de transformation du produit sont limitées. Le(s) composant(s) utile(s) de cette troisième partie du produit sont choisis parmi les matières premières constituants les amendements calcaires et basiques tels que le lithothamne, les carbonates de calcium et de magnésium, le gypse, la dolomie. Au cours des travaux réalisés pour la conception de ce produit, la société demanderesse a ainsi observé que le mélange des éléments constitutifs cités ci-dessus, dans certaines proportions, permet d'améliorer considérablement l'efficacité et la fiabilité des engrais organiques grâce à son action sur les microorganismes du sol. Mode de réalisation préférée de l'invention : Composition du noyau nutritif : Le produit contient de l'azote organique : 3 à 15% p/p du produit brut, préférentiellement de 5 à 8 % p/p du produit brut. 1/3 de cet azote est apporté sous forme rapidement disponible. Les sources de matières premières pouvant êtres utilisées sont les déjections de volailles (poules, poulets, dindes, canards), guanos et vinasse seuls ou en mélange ; sous forme brute, de fumier ou sous forme compostée. 2/3 de cet azote est apporté sous forme complexée (protéines, acides aminés...) plus stable. Les sources de matières premières pouvant êtres utilisées sont : marcs, farines, graisses et poudres animales (corne, viande, plumes, sang, laine, soies, os, poisson, arrêtes), marcs et tourteaux végétaux. Le produit contient du phosphore : entre 1 et 5 %p/p du produit brut, préférentiellement 25 de 2 à 4 % p/p du produit brut. Ce phosphore peut être apporté par les matières premières citées ci-dessous et également par du phosphate naturel. Le produit contient du potassium : entre 0,5 et 4% p/p du produit brut, préférentiellement de 1 à 3 % p/p du produit brut. Ce potassium peut être apporté par les matières premières citées ci-dessous et également par du sulfate de potassium et des vinasses de betterave. 30 Le produit contient du magnésium : entre 0,1 et 4% p/p du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 2 % p/p du produit brut. Ce magnésium peut être apporté par les matières premières citées ci-dessous et également par de l'oxyde de magnésium. Le produit contient du calcium : entre 4 et 12% p/p du produit brut, préférentiellement de 6 à 10 % p/p du produit brut. Ce calcium peut être apporté par les matières premières citées ci-35 dessous et également par de la dolomie, du lithothamne, du gypse. 5 Le produit contient du soufre : entre 0,1 et 4% p/p du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 3 % p/p du produit brut. Ce soufre peut être apporté par les matières premières citées ci-dessous et également par du sulfate de potassium, de la vinasse de betterave, du patenkali, du gypse. Composition du noyau activateur : La quantité d'acide glutamique doit être entre 0,1 et 10 %o du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 5 %o du produit brut. La quantité de choline doit être entre 1 et 100 ppm du produit brut, préférentiellement de 1 à 30 ppm du produit brut. La quantité de thiamine doit être entre 0,1 et 10 ppm du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 5 ppm du produit brut. La quantité de riboflavine doit être entre 0,1 et 20 ppm du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 10 ppm du produit brut. La quantité de biotine doit être entre 0,1 et 10 ppm du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 5 ppm du produit brut. Composition du noyau tampon : Ce noyau est composé d'une ou plusieurs matières suivantes : le lithothamne, les carbonates de calcium, le gypse, la dolomie. Les quantités de ces matières premières sont ajustées de façon à apporter entre 5 et 20% de CaO, préférentiellement entre 5 et 15%. Exemple Dans un premier temps, la société Demanderesse a étudié l'effet du produit sur les populations microbiennes du sol. Deux produits ont été testés : le produit 1 correspondant à la description de l'invention, un produit 2 contenant les éléments nutritifs primaires et secondaires mais ne contenant pas les activateurs de croissance microbiens (thiamine, biotine, riboflavine, pyridoxine, choline, acide glutamique) et le noyau tampon. L'activité de ces deux produits est comparée à un témoin non traité. Les produits sont mélangés à de la terre (Sable argilo-limoneux (Argile=19,5%), pH = 7,0, taux de matière organique = 1,5%). Après une durée d'incubation de 10 à 30 jours, à une température de 20+/-2°C sous humidité contrôlée, la quantité de microorganismes est mesurée dans chaque échantillon de terre par coloration avec le colorant vital fluorescéine diacétate. La figure 1 montre que la population microbienne se développe plus rapidement après traitement avec le produit 1 qu'avec le produit 2 et le témoin. 6 En parallèle, la quantité d'azote sous forme d'ions ammonium et de nitrate est quantifié dans les mêmes échantillons. La figure 2 montre que le produit complet permet une plus importante libération d'azote sous forme d'ion ammonium ce qui témoigne de la minéralisation 5 plus importante de la matière organique dans ce produit. Dans la figure 3, les mesures montrent également une libération plus importante de nitrates dans les conditions traitées par le produit 1. Dans les figures 2 et 3, les quantités d'ammonium et de nitrate présents chez les témoins sont soustraites aux valeurs brutes obtenues 10 pour les produits 1 et 2. Exemple 2 : Dans un deuxième temps, la société demanderesse a étudié l'effet du produit sur la nutrition et la croissance d'une culture de blé. Pour cela, 5 bacs de 10 plants de blé sont fertilisés 15 avec 90 unités d'azote/Ha provenant soit du produit 1 correspondant à la description de l'invention, soit d'un produit 2 contenant les éléments nutritifs primaires et secondaires mais ne contenant pas les activateurs de croissance microbiens (thiamine, biotine, riboflavine, pyridoxine, choline, acide glutamique) et le noyau tampon. Les plants de blé sont cultivés 2 mois puis la quantité de matière fraîche et de matière sèche est mesurée pour les deux lots de 20 plants. Les figures 4 et 5 montrent que lorsque le blé est fertilisé avec le produit 1, la croissance des plants est nettement plus importante qu'avec le produit 2, plus 33% de matière fraîche et plus 16% de matière sèche respectivement. 7 Conclusion : Ces résultats confirment l'effet de l'invention et montre l'importance du complexe décrit (éléments nutritifs primaires, secondaires, activateurs microbiens et noyau tampon) pour obtenir l'activité biologique maximale. Ce complexe permet d'augmenter l'intérêt agronomique de la matière organique qui y est associée, comme le montre l'augmentation de croissance des plants de blés qui ont été fertilisés par le mélange complexe + engrais organique. Applications agronomiques : Dans la pratique, le produit de composition détaillée ci-dessus peut être, après mélange des matières premières, formulé en granulé, microgranulé ou en poudre pour son application sur les cultures végétales. Ce produit est également caractérisé par le fait qu'il peut être appliqué avant l'implantation de la culture, au moment de l'implantation ou en cours de culture. Il est également caractérisé par le fait d'être appliqué au sol en plein, et préférentiellement incorporé dans le sol après application, par hersage par exemple. Le produit peut également être appliqué en localisé dans la ligne de semis, au pied des pieds plantés et dans des conteneurs pour les cultures hors sol. La quantité efficace de produit est de 100kg à 3000 kg par hectare de culture, de préférence 500kg à 1500kg par hectare de culture. Références : Hoischen et Krâmer 1989. Evidence for an efflux carrier system involved in the secretion of glutamate in Corynebacterium glutamicum. Archives of microbiology, 151: 342-347. Lucchini et al. 1990. Choline derivatives increase two different acid phosphatases in Rhizobium meliloti and Pseudomonas aeruginosa. Archives of microbiology, 153 : 596-599. Matin et al. 1980. Growth factor requirement of Thiobacillus novellas. Archives of microbiology, 124: 91-95. Naguib, 1960. Growth and metabolism of Penicillium lilacinum Thom. with reference to the effects of riboflavin and nicotinic acid. Archiv fuir Mikrobiologie, 35, p.296-302. Pollack et Lindner 1942. Glutamine and glutamic acid as growth factors for lactic acid bacteria. J. Biol. Chem., 143: 655-661. 8 Schreiber et al. 1986. Choline stimulates synthesis of extracellular proteins in Trichoderma reesei QM 9414. Archives of microbiology, 144 : 41-47. 9 REVENDICATIONS1) Fertilisant de composition innovante caractérisé en ce qu'il comporte un mélange d'éléments nutritifs primaires, secondaires, un mélange d'activateurs biologiques en quantités spécifiées et un noyau de composés capables de contrôler le pH, sous forme de complexe dans les proportions suivantes : Le produit contient de l'azote organique: 3 à 15% p/p du produit brut, préférentiellement de 5 à 8 % p/p du produit brut. 1/3 de cet azote est apporté sous forme rapidement disponible. Les sources de matières premières pouvant êtres utilisées sont les déjections de volailles (poules, poulets, dindes, canards), guanos et vinasse seuls ou en mélange ; sous forme brute, de fumier ou sous forme compostée. 2/3 de cet azote est apporté sous forme complexée (protéines, acides aminés...) plus stable. Les sources de matières premières pouvant êtres utilisées sont : marcs, farines, graisses et poudres animales (corne, viande, plumes, sang, laine, soies, os, poisson, arrêtes), marcs et tourteaux végétaux. Le produit contient du phosphore : entre 1 et 5 p/p du produit brut, préférentiellement de 2 à 4 % p/p du produit brut. Ce phosphore peut être apporté par les matières premières citées ci-dessous et également par du phosphate naturel. Le produit contient du potassium : entre 0,5 et 4% p/p du produit brut, préférentiellement de 1 à 3 % p/p du produit brut. Ce potassium peut être apporté par les matières premières citées ci-dessous et également par du sulfate de potassium et des vinasses de betterave. Le produit contient du magnésium : entre 0,1 et 4% p/p du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 2 % p/p du produit brut. Ce magnésium peut être apporté par les 25 matières premières citées ci-dessous et également par de l'oxyde de magnésium. Le produit contient du calcium : entre 4 et 12% p/p du produit brut, préférentiellement de 6 à 10 p/p du produit brut. Ce calcium peut être apporté par les matières premières citées ci-dessous et également par de la dolomie, du lithothamne, du gypse. Le produit contient du soufre : entre 0,1 et 4% p/p du produit brut, préférentiellement de 30 0,5 à 3 % p/p du produit brut. Ce soufre peut être apporté par les matières premières citées ci- dessous et également par du sulfate de potassium, de la vinasse de betterave, du patenkali, du gypse. D'autre part, l'invention est caractérisée par le fait de contenir des activateurs de croissance microbiens. 10La quantité d'acide glutamique doit être entre 0,1 et 10 %o du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 5 %o du produit brut. La quantité de choline doit être entre 1 et 100 ppm du produit brut, préférentiellement de 1 à 30 ppm du produit brut. La quantité de Thiamine doit être entre 0,1 et 10 ppm du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 5 ppm du produit brut. La quantité de riboflavine doit être entre 0,1 et 20 ppm du produit brut, préférentiellement de 0,5 à 10 ppm du produit brut. La quantité de biotine doit être entre 0,1 et 10 ppm du produit brut, préférentiellement de 10 0,5 à 5 ppm du produit brut. Le produit est également caractérisé par le fait qu'il contient un noyau composé d'une ou plusieurs matières suivantes : lithothamne, carbonates de calcium et de magnésium, gypse, dolomie. Les quantités de ces matières premières sont ajustées de façon à apporter entre 5 et 20% de CaO, préférentiellement entre 5 et 15%. 15 2) Procédé pour la fertilisation des cultures, et notamment les monocotylédones et les dicotylédones et plus particulièrement les céréales, les protéagineux, les oléagineux, la vigne, les arbres fruitiers, les légumes, les cultures fourragères, les grandes cultures et les cultures ornementales, caractérisé par le fait que l'on applique avant l'implantation de la culture, au 20 moment de l'implantation ou en cours de culture, un fertilisant obtenu selon la revendication 1. Le procédé est également caractérisé par le fait que le fertilisant doit être appliqué à la quantité efficace de 100kg à 3000 kg par hectare de culture, de préférence 500kg à 1500kg par hectare de culture. Il est également caractérisé par le fait que le fertilisant soit appliquée au sol en plein, en 25 localisé dans la ligne de semis, au pied des pieds plantés et dans des conteneurs pour les cultures hors sol. Le fertilisant est préférentiellement mélangé au sol après application. 11