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15
P
Phosphore
Produit minéral

Les engrais phosphatés sont principalement préparés par attaque à l’acide sulfurique de phosphates naturels, souvent après formation d’acide phosphorique. Ils sont le plus souvent employés, en association avec l’élément azote.

Données industrielles

Matières premières

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 0,11 % en phosphore.

Le principal minerai est un phosphate calcique naturel, la fluorapatite phosphocalcique – Ca10(PO4)6F2 – plus ou moins carbonatée avec une teneur moyenne de 26 à 34 % en P2O5 (soit 57 à 74 % en phosphate tricalcique (PTC) – Ca3(PO4)2) pour le minerai marchand.
Les teneurs des minerais de phosphate sont données en P2O5 ou en PTC avec 1 % de P2O5 = 2,19 % de PTC. L’appellation industrielle du phosphate tricalcique est « Bone Phosphate of Lime » (BPL).

Les principaux gisements de phosphate actuellement exploités sont de deux types :

  • sédimentaire (75 % des ressources) par précipitation des phosphates au fond de mers peu profondes, processus au cours duquel le plancton joue un rôle important. Les gisements du Maroc et des États-Unis sont de ce type.
  • igné (23 % des ressources) par intrusion de magma au sein de roches cristallines. Les gisements de la presqu’île de Kola (Finlande et Russie) et d’Afrique du Sud sont de ce type.

Autres matières premières :

Phosphate alumino calcique : CaO,2Al2O3,P2O5,5H2O (34 % de P2O5) produit au Sénégal et utilisé directement comme engrais après calcination vers 600-700°C.

Matière première nécessaire à la fabrication des engrais phosphatés : le soufre donnant l’acide sulfurique.

Production minière de phosphates

Production minière de phosphates

En milliers de t, en 2020, sur un total de 223 millions de t. Source : USGS

en milliers de t
Chine 90 000 Brésil 5 500
Maroc 37 000 Égypte 5 000
États-Unis 24 000 Vietnam 4 700
Russie 13 000 Pérou 4 000
Jordanie 9 200 Tunisie 4 000
Arabie Saoudite 6 500 Sénégal 3 500
Source : USGS

Le maximum de production aux États-Unis a été de 54,4 millions de t, en 1980.

La seule mine de phosphates en activité dans l’Union européenne, exploitée par Yara, est située en Finlande, à Siilinjärvi. Sa production, en 2020, a été de 995 000 t.

La capacité mondiale de production est, en 2020, de 238 millions de t/an.

Exprimée en P2O5, la production mondiale est, en 2019, de 63,638 millions de t.

Au Maroc, la production est assurée par l’Office Chérifien des Phosphates (OCP), premier producteur mondial de phosphates naturels avec, en 2020, une production marchande de 37,4 millions de t, pour une extraction de 40,7 millions de t et des capacités de 44 millions de t/an.

  • La principale exploitation minière se situe à Khouribga, à 120 km au sud-est de Casablanca. Exploitée initialement, en 1921, par voie souterraine, et depuis 1951, en exploitation à ciel ouvert avec une capacité de production de 28 millions de t/an et des réserves de 35 milliards de t. Le minerai est acheminé sous forme de pulpe (60 % de minerai – 40 % d’eau) à l’aide d’un minéralduc souterrain de 187 km de long, jusqu’à l’usine de Jorf Lasfar. L’utilisation du pipeline devrait permettre d’augmenter les capacités de production de la mine de Khouribga jusqu’à 38 millions de t/an. En 2020, la production a été de 31,3 millions de t.
  • Les sites de Youssoufia, à 230 km au sud de Casablanca, par voie souterraine, et de Benguérir, exploitent le gisement de Gantour qui couvre 2 500 km2 et possèdent une capacité de production de 5 millions de t/an avec des réserves de 31 milliards de t. Le minerai est expédié par voie ferroviaire à l’usine et au port de Safi.
  • Le site de Boucraâ, à ciel ouvert, situé au Sahara Occidental, exporte le minerai produit, qui titre 36,15 % de P2O5, par le port de Laayoune avec une capacité de production de 2,6 millions de t/an.
    Les exportations marocaines ont été, en 2020, de 10,3 millions de t de phosphates naturel, soit une part de marché de 37 %.
Aux États-Unis, en 2020, les mines sont situées principalement en Floride (4 mines) et en Caroline du Nord (1 mine), ces 5 mines produisant 75 % du total, ainsi que dans l’Idaho (3 mines), l’Utah (1 mine) et le Wyoming (1 mine).
  • Le principal producteur est Mosaic, 2ème producteur mondial, avec, en 2020, 3 mines en activité en Floride, une capacité de production de 15,6 millions de t/an et une production, en 2020, de 11,6 millions de t de minerai à 28,4 % de P2O5 soit 61 % de la production nord américaine :
    • à Four Corners, avec une production, en 2020, de 7,0 millions de t,
    • South Fort Meade, avec 3,36 millions de t,
    • Wingate, avec 1,27 million de t,
    • South Pasture, avec une capacité de 2,9 millions de t/an. En août 2018, la mine a été temporairement fermée.

Les réserves prouvées et probables de Mosaic, aux États-Unis, sont de 548 millions de t, à 29,1 % de P2O5.
Par ailleurs, Mosaic possède 75 % de la mine de Miski Mayo, au Pérou, d’une capacité de production de 3,6 millions de t/an et 25 % de celle de la région du Umm Wual destinée à alimenter le complexe de Wa’ad Al Shamal, en joint venture avec Ma’aden, en Arabie Saoudite, d’une capacité de production de 3,5 millions de t de produits finis avec, en 2019, une production de 2,2 millions de t.
En janvier 2018 a acquis l’activité engrais de Vale avec 5 mines de phosphates au Brésil avec une capacité de 4,5 millions de t/an et une production, en 2020, de 3,9 millions de t et 75 % de la mine de Miski Mayo au Pérou, avec une capacité de 3,6 millions de t/an et, en 2020, une production de 3,0 millions de t de minerai.

  • Le deuxième producteur des États-Unis est Nutrien, issu de la fusion, le 1er janvier 2018, entre PotashCorp et Agrium, avec une capacité de production de 7,4 millions de t/an avec une mine en Caroline au Nord, à Aurora, avec, en 2020, une production de 3,94 millions de t à 28,28 % de P2O5 et une mine en Floride, à White Springs, avec 1,81 million de t à 30,62 % de P2O5. Les réserves prouvées et probables sont, début 2018, de 155,3 millions de t à 30,66 % de P2O5.
  • Simplot, exploite la mine de Smoky Canyon dans le Wyoming, avec une capacité de production de 2 millions de t/an et celle de Vernal dans l’Utah.
  • Itafos, a acquis auprès d’Agrium, en janvier 2018, la mine de Rasmussen Ridge, dans l’Idaho, avec une capacité de production de 2 millions de t/an et des réserves prouvées et probables de 12,2 millions de t à 26,6 % de P2O5. Par ailleurs exploite, dans l’Idaho, la mine de Lanes Creek et a débuté l’exploitation de la mine d’Arraias, dans l’État de Tocantins, au Brésil.
  • Bayer, après l’acquisition de Monsanto, exploite la mine de Blackfoot Bridge, dans l’Idaho, afin d’alimenter son usine de production de phosphore destiné à produire du trichlorure de phosphore pour synthétiser l’herbicide glyphosate.
Dans ce pays, la production est intégrée de la mine à la fabrication d’engrais, en passant par celle d’acide phosphorique. Par ailleurs, les États-Unis importent des phosphates naturels, 2,3 millions de t, en 2020, principalement du Pérou, afin d’alimenter leur industrie des engrais phosphatés située au bord du Golfe du Mexique.
En Russie, le groupe PhosAgro, exploite à Kirovsk le dépôt de Khibiny situé dans la péninsule de Kola, dans la région de Mourmansk. L’exploitation minière est à 80 % souterraine et 20 % à ciel ouvert, le minerai étant constitué d’apatite phosphocalcique et de néphéline, cette dernière étant vendue au groupe Rusal comme matière première pour la production d’aluminium (voir ce chapitre). En 2020, la production a été de 10,541 millions de t de phosphate et de 1,159 million de t de néphéline. L’essentiel de la production alimente les usines de production d’engrais du groupe et une partie, avec 3,152 millions de t en 2020, est vendue à l’extérieur principalement aux groupes belge Prayon et norvégien Yara. Les réserves sont de 1,9 milliard de t d’un minerai à 14,78 % de P2O5.
Le groupe Eurochem exploite également dans la péninsule de Kola la mine de Kovdorskiy qui donne du minerai de fer, avec, en 2020, 5,5 millions de t, de l’apatite avec une production de 2,2 millions de t et des concentrés de baddeleyite (oxyde de zirconium, voir ce chapitre), avec 5 900 t. Exploite également une mine de phosphates au Kazakhstan avec, en 2020, une production de 690 000 t.
En Jordanie, la production de 8,938 millions de t en 2020 est assurée par Jordan Phosphate Mines, avec 4 mines, Eshidiya qui a produit 5,934 millions de t, Al-Abiad, 1,443 million de t, Al Hassa, 1,147 million de t et Russeifa, 0,415 million de t. Les exportations de minerai ont porté sur 4,518 millions de t, le reste de la production étant transformé en engrais à Aqaba. Les réserves sont de 1,25 milliard de t, à 96 % pour la mine d’Eshidiya.
En Arabie Saoudite, après la mise en production  du complexe de Waad Al Shammal alimenté par la mine de Al Khabra, exploité par Saudi Arabian Mining (Ma’aden), en association avec Mosaic à 25 % et Sabic à 15 %, la capacité de production du pays a été portée pour 2020, à 11,6 millions de t/an. Les réserves prouvées et probables sont de 1378 millions de t renfermant 16,9 % de P2O5.

En Tunisie, le gisement, découvert en 1885, est situé au nord du chott el Jerid. La Compagnie des Phosphates de Gafsa (CPG) exploite le gisement à l’aide de 8 mines à ciel ouvert avec une capacité de production de 8 millions de t/an de minerai. Une partie du minerai extrait présente une bonne solubilité qui permet une utilisation directe, comme engrais, sans transformation chimique. Toutefois, la plus grande partie du minerai est soit exportée soit transformée en acide phosphorique et engrais phosphatés dans une usine (M’dhilla) proche de l’exploitation minière ou dans des usines côtières à Sfax, Gabès et Skhira. La production qui était de 8,1 millions de t en 2010, a chuté à 2,3 millions de t en 2011, puis est remontée progressivement à 3,73 millions de t en 2019. De même les exportations qui étaient de 700 000 t en 2010 sont devenues quasi nulles en 2016.

Commerce international : en 2020, sur un total d’environ 30 millions de t. Exprimé, en P2O5, il porte, en 2019, sur 9,348 millions de t.

Principaux pays exportateurs :

en milliers de t de produit
Maroc 10 343 Togo 1 106
Jordanie 4 517 Algérie 975
Pérou 3 133 Kazakhstan 618
Russie 2 244 Israël 570
Égypte 2 171 Syrie 471

Source : ITC

Les exportations du Maroc sont principalement destinées à l’Inde à 20 %, au Mexique à 20 %, à la Turquie à 8%, au Brésil à 8 %.

Principaux pays importateurs :

en milliers de t de produit
Inde 8 102 Belgique 889
États-Unis 2 531 Serbie 872
Indonésie 1 935 Russie 639
Brésil 1 761 Biélorussie 610
Turquie 1 102 Corée du Sud 559

Source : ITC

Les importations de l’Inde proviennent principalement de Jordanie à 40 %, du Maroc à 26 %, d’Égypte à 21 %, du Togo à 10 %.

Réserves minières de phosphates

En millions de t, en 2020, sur un total mondial de 71000 millions de t. Source : USGS

en millions de t
Maroc 50 000 Brésil 1 600
Chine 3 200 Arabie Saoudite 1 400
Égypte 2 800 Afrique du Sud 1 200
Algérie 2 200 Australie 1 100
Syrie 1 800 États-Unis 1 000

Source : USGS

Les réserves sont abondantes mais très inégalement réparties.

Remarques :

Les phosphates naturels ont une teneur moyenne de l’ordre de quelques centaines de ppm d’uranium qui peut être récupéré lors de la fabrication de l’acide phosphorique (cela a été le cas aux États-Unis et au Maroc). Parfois, ils peuvent être considérés comme minerais riches en uranium (4 000 ppm d’U pour les phosphates de Bakouma, en République Centre Africaine). En 1980, 12 % de l’uranium mondial provenait du traitement de phosphates.

Les phosphates contiennent aussi, parfois, du cadmium (de 5 à 150 ppm), élément qui pose des problèmes de pollution car cet élément se retrouve d’une part dans le phosphogypse et d’autre part dans les engrais. Les normes de l’Union européenne fixent à  moins de 0,75 mg par 1 % de P2O5, la teneur en cadmium dans les engrais.

Situation française :

Pas de production de phosphates naturels. Jusqu’à l’arrêt de l’exploitation du minerai de fer lorrain et la production de scories de déphosphoration à partir de la minette de Lorraine qui contient de 1,5 à 2 % de phosphore, la production était, par exemple en 1995-96 de 92 763 t de scories soit 11 942 t en P2O5.

Les importations de phosphates naturels, en 2020, sont de 119 814 t en provenance principalement à :

  • 75 % du Maroc,
  • 13 % d’Algérie.

Fabrication industrielle

Voir le chapitre consacré à l’acide phosphorique.

Quelques phosphates naturels broyés finement (Sénégal, Tunisie, États-Unis) peuvent être utilisés directement comme engrais sur des sols acides, mais en général, les phosphates naturels doivent subir une attaque acide, principalement sulfurique, pour être assimilés par les plantes.

Engrais simples

Le superphosphate normal (15 à 18 % de P2O5) est obtenu par attaque du phosphate naturel par l’acide sulfurique selon la réaction :

Ca10(PO4)6F2 + 7 H2SO4 + 17 H2O = 3 Ca(H2PO4)2,H2O + 7 CaSO4,2H2O + 2 HF

Il est constitué principalement par un mélange de phosphate monocalcique et de sulfate de calcium. Sa fabrication nécessite environ 710 kg de phosphate naturel à 63 % de PTC et 370 kg de H2SO4 à 100 % pour 1 t de superphosphate. Il est produit et utilisé principalement en Chine, au Brésil et en Inde. Les capacités mondiales de production sont, en 2016, de 12,5 millions de t de P2O5.

Le superphosphate triple (TSP) (46 % de P2O5), est obtenu par attaque du phosphate naturel par l’acide phosphorique selon la réaction :

Ca10(PO4)6F2 + 14 H3PO4 + 10 H2O = 10 Ca(H2PO4)2,H2O + 2 HF

Sa fabrication nécessite la production d’acide phosphorique et consomme 850 kg de H3PO4 à 40 % de P2O5 et 437 kg de phosphate naturel à 63 % de PCT pour 1 t de superphosphate.

La réaction entre le phosphate naturel et les acides sulfurique ou phosphorique dure entre 20 minutes et 1 heure sur une bande transporteuse de grande largeur (jusqu’à 2 m) avançant à la vitesse de quelques cm/s. Les gaz fluorés sont captés et HF éliminé par lavage à l’eau. Après la mise en stock, la réaction se poursuit lentement (mûrissement), pendant plusieurs jours. Les installations industrielles produisent jusqu’à 1500 t/j de superphosphate.

La production mondiale est, en 2019, de 2,443 millions de t de P2O5, dont 27 000 t dans l’Union européenne. En 2019, le commerce international a porté sur 1,669 million de t de P2O5.

Le superphosphate concentré (25 % de P2O5) obtenu par attaque sulfurique et phosphorique.

Autres modes de fabrication d’engrais phosphatés simples :

  • Thermique : obtenu par traitement, à 1 250°C, d’un mélange de phosphate, Na2CO3, SiO2 : donne CaNaPO4.
  • Phosphate dicalcique : (utilisé surtout comme complément dans l’alimentaire animale) obtenu par attaque du phosphate par HCl ou de l’acide phosphorique : donne CaHPO4.

Engrais binaires NP

Les phosphates d’ammonium diammonique (DAP) et monoammonique (MAP) sont obtenus par neutralisation de l’acide phosphorique par l’ammoniac. Les plus courants sont le DAP 18-46-0 (18 % N – 46 % P2O5 – 0 % K2O) et le MAP 11-52-0. Les consommation pour une t de DAP 18-46-0 sont de 145 kg d’ammoniac, 1,91 t de phosphate à 63 % de PTC, 475 kg de soufre et 1,35 t d’acide phosphorique à 40 % de P2O5. Les consommations pour une t de MAP sont de 219 kg d’ammoniac, 1,72 t de phosphate à 63 % de PTC, 475 kg de soufre et 1,175 t d’acide phosphorique à 40 % de P2O5.

Phosphate d’ammonium diammonique (DAP) (NH4)2HPO4 : principale source de P2O5 de l’agriculture mondiale, particulièrement chinoise. La production mondiale est, en 2019, de 16,015 millions de tonnes de P2O5, dont 448 000 t dans l’Union européenne. Le commerce international a porté, en 2019, sur 8,142 millions de t de P2O5.

Phosphate d’ammonium monoammonique (MAP) NH4H2PO4 : phosphate solide le plus concentré disponible sur le marché. La production mondiale est, en 2019, de 14,771 millions de tonnes de P2O5, dont 116 000 t dans l’Union européenne. Le commerce international a porté, en 2019, sur 6,826 millions de t de P2O5.

Attaque nitrique des phosphates naturels : utilisée en vue d’éviter l’utilisation du soufre, le rejet de phosphogypse et d’obtenir directement un engrais NP. La difficulté est dans une production de nitrate de calcium très hygroscopique qui est utilisé, dans le nord de l’Europe, sur des sols acides et froids comme engrais de démarrage. Ce procédé est utilisé par Yara, en Norvège.

Productions

Production d’engrais phosphatés

En milliers de t de P2O5, en 2019, sur un total mondial de 44,207 millions de t. Source : FAO

en milliers de t de P2O5
Chine 13 277 Arabie Saoudite 1 477
Inde 4 791 Brésil 1 463
États-Unis 4 600 Indonésie 659
Russie 4 115 Pakistan 512
Maroc 3 715 Vietnam 511
Source : FAO

La production de l’Union européenne, en 2018, est de 2,178 millions de t de P2O5.

Commerce international :

Principaux pays exportateurs, en 2019.

en milliers de t de P2O5
Chine 5 351 Lituanie 369
Maroc 3 854 Tunisie 286
Russie 2 952 Pays Bas 261
Belgique 454 Égypte 249
Israël 389 États-Unis 218

Source : FAO

Principaux pays importateurs, en 2019.

en milliers de t de P2O5
Brésil 3 493 Mexique 602
Inde 2 918 Argentine 583
États-Unis 1 678 France 514
Australie 712 Turquie 453
Indonésie 623 Bangladesh 434

Source : FAO

Les engrais phosphatés sont de plus en plus fabriqués dans les pays producteurs de minerai.

Ainsi, la production minière du Maroc est de plus en plus valorisée par transformation du phosphate naturel en acide phosphorique et en engrais phosphatés, souvent en collaboration avec de grands pays consommateurs (Inde, Pakistan, Brésil).

  • Les minerais du gisement de Gantour sont traités dans le complexe de Safi pour produire 1,6 million de t/an d’acide phosphorique, 0,5 million de t/an de superphosphate triple et 0,4 million de t/an de phosphate d’ammonium.
  • Le minerai du gisement de Khouribga est traité sur le site de Jorf-Lasfar pour produire pour l’OCP, 2,7 millions de t/an d’acide phosphorique. Par ailleurs, cette société a créé diverses joints ventures pour produire, sur ce même site, de l’acide phosphorique et des engrais phosphatés :
    • avec des sociétés indiennes dans Imacid détenue pour 1/3 par l’OCP, avec 430 000 t de P2O5/an dans de l’acide phosphorique,
    • une société pakistanaise dans Pakistan Maroc Phosphore détenue à 50 % par l’OCP, avec 375 000 t de P2O5/an dans de l’acide phosphorique,
    • une société brésilienne dans Bunge Maroc Phosphore détenue à 50 % par l’OCP, avec 375 000 t de P2O5/an dans de l’acide phosphorique,
    • Emaphos détenue à 1/3 par l’OPC, 1/3 par Prayon (Belgique), 1/3 par CFB (Allemagne), avec 160 000 t/an d’acide phosphorique purifié.

En Tunisie : le minerai est traité sur place dans l’usine de M’dhilla pour produire du superphosphate triple, avec 465 000 t/an, ou acheminé par chemin de fer pour être transformé par le Groupe Chimique Tunisien (GCT) :

  • à Sfax avec 330 000 t/an de TSP,
  • à Skhira avec 375 000 t/an de P2O5 dans de l’acide phosphorique,
  • à Gabès avec 470 000 t/an de P2O5 dans de l’acide phosphorique, 1,3 million de t de DAP et 120 000 t/an de phosphate dicalcique destiné à l’alimentation animale.

Aux États-Unis, Mosaic, avec 4 usines et 4,5 millions de t/an de P2O5 sous forme d’acide phosphorique détient 58 % des capacités de production d’acide phosphorique du pays. Les usines sont situées en Floride, à Bartow, New Wales, Plant City (temporairement arrêtée) et Riverview et en Louisiane à Uncle Sam qui ne produit que de l’acide phosphorique, les autres usines produisant également divers engrais phosphatés. Par ailleurs, en Louisiane, l’usine de Faustina qui ne produit pas d’acide phosphorique produit divers engrais phosphatés.

Situation française

Voir également le chapitre consacré à  l’acide phosphorique.

Arrêt, en 2004, de la dernière usine française de production d’acide phosphorique destiné à la production d’engrais, celle de Grand Quevilly.

Production, en 2019 : 230 831 t comptées en P2O5.

Commerce extérieur : en 2020.

Superphosphate : en t de P2O5.

  • Les exportations étaient de 1 758 t avec comme principaux marchés à :
    • 67 % l’Irlande,
    • 10 % la Belgique,
    • 6 % la Suisse.
  • Les importations s’élevaient à 122 890 t en provenance principalement à :
    • 39 % du Maroc,
    • 23 % d’Israël,
    • 19 % des Pays Bas,
    • 5 % d’Allemagne.

Phosphate d’ammonium diammonique : en t de produit.

  • Les exportations étaient de 20 645 t avec comme principaux marchés à :
    • 94 % l’Espagne,
    • 3 % la Suisse.
  • Les importations s’élevaient à 410 355 t en provenance principalement, en 2019, à :
    • 58 % du Maroc,
    • 24 % de Lituanie,
    • 9 % de Russie,
    • 3 % de Belgique.

Phosphate d’ammonium monoammonique : en t de produit.

  • Les exportations étaient de 679 t avec comme principaux marchés à :
    • 46 % la Belgique,
    • 15 % les Pays Bas,
    • 5 % d’Irlande.
  • Les importations s’élevaient à 56 954 t en provenance principalement à :
    • 43 % du Maroc,
    • 19 % de Russie,
    • 15 % d’Égypte,
    • 6 % d’Espagne.

Consommations : en 2018/19, en milliers de t de P2O5 : 375.

  • Engrais phosphatés simples : 105 (318 milliers de t de produit)
  • PK : 79 (459 milliers de t de produit)
  • DAP-MAP : 110 (243 milliers de t de produit)
  • Autres NP et NPK : 80 (773 milliers de t de produit).

Consommation à l’hectare : 17,0 kg de P2O5.

Utilisations

Consommation d’engrais phosphatés par produits

En milliers de t de P2O5, en 2018, sur un total mondial de 45,570 millions de t. Source : IFA

en milliers de t de P2O5
DAP et MAP 22 653 Autres NP 3 643
Engrais NPK 12 160 Divers autres 734
Superphosphate simple 3 259 Minerai en application directe 378
Superphosphate triple 2 399 PK 343
Source : IFA

Consommations d’engrais phosphatés par pays

En milliers de t de P2O5, en 2019-20, sur un total mondial de 47,020 millions de t. Source : Nutrien Facts Book

en milliers de t de P2O5
Chine 9 977 Pakistan 1 173
Inde 7 470 Canada 1 137
Brésil 6 046 Australie 898
États-Unis 4 420 Russie 870
Indonésie 1 358 Argentine 846

Source : Nutrien Fact book

La consommation de l’Union européenne est, en 2018, de 2,655 millions de t de P2O5.

Bibliographie

Engrais