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01 décembre 1989
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86
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Français
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2 Mo
Niveau: Supérieur
N° d'ordre: 293 THESE présentée pour obtenir ;[5 &''3;r-N PT ooS 1+? Rt? LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE SPECIALITE: Traitements des matières premières végétales par Mlle Anne BERNADAC CONTRIBUTION A L'ETUDE DE LA SELECTIVITE DE L'ABSORPTION DES MACROELEMENTS PAR LE SORGHO (SORGHUM DOCHNA F.) Soutenue le 8 décembre 1989 devant le jury composé de: M. MORARD P. Président MM. ANDRE L. BERTONI G. MAERTENS C. Membres MENGEL K. VALLES V.
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- redaction
N° d'ordre: 293 THESE présentée pour obtenir ;[5 &''3;r-N PT ooS 1+? Rt? LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE SPECIALITE: Traitements des matières premières végétales par Mlle Anne BERNADAC CONTRIBUTION A L'ETUDE DE LA SELECTIVITE DE L'ABSORPTION DES MACROELEMENTS PAR LE SORGHO (SORGHUM DOCHNA F.) Soutenue le 8 décembre 1989 devant le jury composé de: M. MORARD P. Président MM. ANDRE L. BERTONI G. MAERTENS C. Membres MENGEL K. VALLES V.
- formation en nutrition minérale
- travail de thèse
- faire parti du jury
- traitements des matières premières végétales
- donne des milieux nutritifs
N° d'ordre:
HEE
présentée
pour obtenir
[5'3
ôÔŝ t
éTîRe De DOCÉr De LNUT ATîOal POLYTeCIQé De TOOue
SPECIaLITE Tràitements des màtières premières végétàes
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le ĀeZ^AèÀ~
ÇÔtrIButIÔ Ā LÉtUDÉ DÉ LĀ sÉLÉÇVItÉ DÉ LĀBsÔrTIÔ DÉs àÇrÔÉLÉmÉts R LÉ sÔrghÔ (ŚôÛ dôçÀ F)
Soutenue edécembre99devànt e jury composé de
M. MORaRD P Président MM ANDREz BERTONI G MAERTENS C Membres MENGELw VaLLES V
X Íéŝ åéÑüŝ
RÉÉRğÉ
Je dois mâ formâtion en nutrition minérâle À Mr le rofesseur MÔRAR. e lui suis reconnâissânte de lâ fâon dont il â dirigé ce trâvâil âyânt toujours témoîgné À mon égârd confiânce et disponibilité. uil touve îcî lâssurânce de mâ profonde grâtitude
Je remercie vivement Mr ARÉ, rofesseur de édologie À ÉŝA, Mr MAÉRÉŝ iecteur de Recherches À lIRA et Mr MÉÉ rofesseur de nutritîon minérâe de l¨niversité de IÉŝŝÉ dâvoir bien voulu être es âpporteurs de ce tâvâil et de pârĪiciper âu juy de thèse
ue Mr ALLÉŝ Mâŏtre de Conférences À l ÉŝA rouve îci expression de mâ reconnâissânce pour âvoir suîvî mon tâvâil de thèse et pour sâ présence âu jury.
Je remercie vivement Mr ÉRÔMâŏtre de ConférencesàlÉŝA, pour son âide âu moment de lâ rédâctîon et pour ses remârques quî ont contribué À enrichir ce mânuscrît Je le remercie égâement pour âvoir bien voulu fâîre pâi du `u
Je remercie Mle ÉRRIÉR et Mr ÉLMAŝ de l IRA de ersâilles quî ont efectué les obseâtions âu mîcroscope électronîque et À lâ microsonde.
JâssocîeàAÉ, Mrmes remerciements le personnel du lâborâtore, Mr CÔÛRA et Mme Ł âînsî que es étudiânts, en pâi·ęlier mes âmîs Lâurence ÉŝAAC, Mâritch ¨IRÉŝŝÉ et JeânMârc LLÔRÉŝ pour leur soutîen
Énfin que ceux quî ont pu mâider âu cours de ces ânnées de thèse, Râymond eânChârles Clâîre et Lôuş recoivent le témoinâge de mon âffection.
3
SOMMAiRE
RÉMÉRCIÉMÉŝ .......................................................................................................................................... 2
ŝÔMMAIRÉ 3
IRÔ¨CIÔ .............................................................................................................................................
C£AIRÉ 1 . .. ................................
C£AIRÉ 2................................................................................................................................................ 2
C£AIRÉ 3 .................................................................................................................................................. 8
C£AIRÉ .................................................................................................................................................. 68
C£AIRÉ ................................................................................................................................................ 100
C£AIRÉ 6................................................................................................................................................ 1 0
CÔCL¨ŝIÔŝ ÉÉRALÉŝ.................................................................................................................... 1 28
RÉÉRÉCÉŝ ILÔRA£I¨Éŝ ........................................................................................................... ð 33
ALÉ Éŝ MAÉRÉŝ................................................................................................................................
LIŝÉ Éŝ ¨RÉŝ .................................................................................................................................... 10
LIŝÉ Éŝ ALÉA¨X................................................................................................................................. 13
LIŝÉ Éŝ ILL¨ŝRAIÔŝ ........................................................................................................................ 1
LIŝÉ Éŝ A¸Éŝ ................................................................................................................................. 16
AÉXÉŝ .................................................................................................................................................... 17
4
ïNRODUcïON
Lâ physologe de lâ NuttoN mNéâle sâpplqueàdéce etàexpque â
eâtoN solplâNte ou eNcoe âcNemleu Nuttf
âNs ce but es études eNtepses su ce sujet oNt coNdutàsmplfe e système
Cest âNs que les cultues hossol soNt uN out péceux câ elles pemeteNt démNe
les fâcteus popes âu sol. LutlsâtoN des solutoNs Nuttves doNNe des mleux Nuttfs
doNt oN chost lâ compostoN et que loN peut coNtle fâclemeNt.
dâNs
âNs ce tâvâl dâNs le but de meux cââctése les fâcteus qu NteĭeNNeNt
lâ
elâtoN
plâNtemlleu
Nuttf
Nous
âvoNs
Ntégé
des
NotoNs
de
themodyNâmque des solutoNs. Ces NotoNs oNt été âpplquées âux soluoNs NutŜtves
pou meux coNNâte létât chmque des élémeNts Nuttfs dâNs ces solutoNs.
Cette âppoche Nous pemettâ de vo eN quo lâ pse eN compte de Nouveâux
pââmètes tels lâctvté des oNs eN solutoN modfe lâ vsoN que loN â des eâtoNs
plâNtemleu Nuttf et plus pâculèemeNt de lâ sélectvté de lâbsoptoN âcNâe.
5
cHAPiRE
EUDE BiBliOGRAPHïQUE
ous énoncerons dâns un pemier temps les principâles popriétés cHimiques des
solutions âqueuses. ous exposeons ensuite les connâissânces âctuelles sur les relâtions
plântemilieu nutritif en montrânt comment lâ cHimie des solutions peut inteenir
DONNEES tHERMODYNAMIQÛES
ous présentons ici les principâles relâtons de â tHemodynâmique des solutœons
et plus pâticulièrement les notions de potentiels cHimiques et dnterâctions œonœques
dâns un milieu âqueux.
pourrâ
Les principes fondâmentâux de lâ tHermodynâmique ne seront pâs âppeés Ôn
trouve
ces
données
dâns
es
ouvrâges
de ŝÛMM
et
MÔRA
19 81ì
ÛÉÉIM 1 98 et CKÔWIC 1 979. CeuxÒci âinsi que les tHèses de R 1 97ì
et ÉRRÉ 1 982 ont seäĭîs de bâseàcet exposé
A ÔÉIÉL CIMIÛÉTACIIÉÐ
ó
âns des conditions de tempérâture et de pression constântes lâ fonction d étât
cârâctérisânt un système est lentHâlpie libre (ou énergie libre de ŝìÐ LentHâlpie
Æibre dun systèmeàtempérâture et pression constântes â tendânceàdiminuer et étât
d équilibre du système correspond âlors âu minimum de Ð
Il est utie de connâitre lâ vâriâtion de lorsque vâre e nombre de moles n du constituântdâns le systèmeĆ Ôn est âmenéàconsiderer lentHâlpie Æibre molâire
pâĄielle
rG I Ýn Tän I ¾
oÙ n désigne les nombres de moles des âutes composéset repésentânt Æâ j tempérâture et lâ pression contântesĆ
de i. Ilest lénergie libre molâire pârtielle du constituânt i ou cârâctérise létât dun composé donné i dâns une pHâse donnée et dâns des condtions
déterminéesĆ
Léquâtion de IŝÛÉM exprime lâ condition déquilibre du systèmeľG
minimumì pour les potentiels cHimquesÐ A tempérâture etàpress\on constântes đ
DG É¿¡n
Cette équâton nest vâlâble que lorsque seul le potentiel cHimique nteĭient. ŝil
existe un âutre potentiel d pâr exempleàlexistence dun cHâmp éectriqueì lâ
vâriâtion de lentHâlpe libre est âlors lâ somme des différents potentiels
7
Le potentie cHimique dun constiuântet son dâns une soution sontâctivité â l reliés pâr expression suivânte
�=�RLná +
�=potentie cHimique stândârd
R ¢ constânte des gâZ pârfâits
tempérâture
Lâctivité mesure énergie dun constiuân et cest cette grândeur intensive qui
détermine les écHânges ou cHângements détât du composé réâctons cHimiques
cHângement de pHâse...
Cee relâtion â été étâblie pâr ânâlogie âvec cee concernânt les gâZ ous
ferons donc un râppel sur le câs des gâZ pââits our les gâZ pârâits lâ vâriâtion
d entHâpie libre
á tempérâure constânte et pour un système fermé ne dépend
que de lâ pression.
pÇ =jD nRLÐ pô pô
et lâ vârâtion de potentiel cHmique pour un gâZ pâfâit est:
�RTLn ô Ė
âns le câs dun gâZ pârfâi lâ vârâtion de potentiel cHmique est donc directement
proporionnel âu logâritHme de â pression. âns lâ prâtique tous les gâZ ne suivent pâs
cette loi surtout âux fores pressons. Ôn introduit âlors â fugâcité comme presson
déâle cestádre â presson qu âurâit e gâZ réel sil étâit pârfâit fg. 1
pression du gâZ âtmospHère f=fugâcité du gâZ âtmospHère coeficient de fugâcité du gâZ
fcïé
GaZ PaRFaIT =P
,:GaZRÉLS = AP
eŝ ŝïon pree P
igure 1 ugacité des gaÍ pafaits et des gaÍ réels RI 1 95)
peut alors généraliser la reation entre le potentiel chimique et la pression pou ous
es gaÍ.
� ä ARTln ¸ � ®
�ùest le potentiel chimique
atmosphère et?
f =
du composéàlétat standard ugac}téĕÜde une
� = ‱³RTLn +
est sans dimension
Cette relaton a été généralisée pour tous les composés. ŝI par dénitonĵ activté alécrie on peut = A
� �O+RTlná
9
actiVité est reliée À la molallté concentation exprimée en mole/g deauë par la
relation đ
a =m
a = actVité
coecßent dactiVité
m ¢ molalité
ar analogie aVec les gaZ paaits et réels, on peut parler de solution idéale et
non idéae Le comportement non ödéal dune soution est dŊ aux interactons au sen de
cellci, interactions ioniques dune part et également interactions ionsolVant ar contre
plus
une solution
est diluée,
cestÀdire
moins elle subit
dinteractions,
plus
son
comportement se rapproche de Idéalité Le coeicient représente léca À ldéalité de
la solution et tend Vers 1 lorsque la solution est diluée
LactiVité dun constßtuant est la concentation théorique que deVrait aVoir ce
constituant si lon Voulait décrire es propriétés hermodynamiques dans un système déa
Il aut noter que : À létat standard a ¢ 1
lactiVité est un nombre sans dimension
ans la pratique lactiVité est la grandeur employée dans es études des
mécanismes physicochimiques régissant e comporement des systèmes natures
IÉRACIÔŝ AÛ ŝÉI ÛÉ ŝÔLÛIÔ AÛÉÛŝÉ
lusieurs ypes d Interactions peuVent être décrits Én princpe, le coecient dactVité
deVrait es prendre en considération Ôn peut distinguer
les Interactions Coulombiennes, de type elecāostatique attraction entre ons de
charge opposée et répulsion entre ons de même chargeë qui sont des nteāactonsà
longue distance ans les solutions diuées, ce sont celles qui jouent majoritaement lles
sont prises en compte dans la oi de ÉYÉÛCKÉ pour le calcul des coeicients
dactiVité
1
des interactions À coute distance de ype orces de an der Waals Éles peuvent
ête négligées pou es solutions de aibes concentrations
enïn il aut pende en compte les interactions des À lhydratation des ions en
solution Les ions céent dans leur voisinage une densité de charge dautant plus
Importante que lion est petït et chargé Il en résue une réorganisation des moécules
deau au contac des Ions e aon À simplier on peut distinguer deux niveaux
dinteractions des au solvant une part au voisinage proche de lion existe une
coquille hydratée constiuée de molécules deau liées À Ion et qui se dépacent avec
lui Ceci est caracéisé par le nombre d hydratation primaire ÔCKRIŝ et RÉY ð 97Öë
Ce phénomène est prïs en compte de manièe indiecte par le terme aʼn de la eation
de ÉYɽCKÉL permetant le calcul des oecients dactivté Il aut noter que cet
état d hydraation es À pendre en compte même pou les solutions diuées aure
paŞ dans le cas de soutions pus concentées l inluence des ions su le solvant devent
plus importante et va audelÀ de la coquille hydratée Les propriétés du sovant sont
alors modiées sa constante diélectique pa exemple peut être modiiéeCe dernier
phénomène est diicile À mettre en évidence aussi bien du point de vue héorique que
du point de vue expérimenta CÔWAY, 979ëCe demie ype dnteraction nest pas
pris en compte dans e modèle de calcul des activités
I reĀtîONS eNtre ÛN VeGetA et SON MîLIeÛ NÛtrItIf
Les relations entre une plante et son miieu nutriti peuvent être considérées À
plusieurs niveaux Leur approche peut ête ondamentale et de nombreuses théoāies su
les mécanismes dabsorption ont été éabrées dans ce cas seus les problèmes liés À
la physiologie végéale sont pris en considération
Ôn peu avoir une approche plus globale et plus agronomique en étudiant a
composition du végétal par rappor À son milieu nutrïti so u milieu artiiceë ¤ sagit À
de nutrition minérale dans un sens plus global dont lapplication est généralement une
amélioration de la eāilisation
