Les 32 plantes d'un même bac sont récoltées ensemble. Sur ce lot. on a procédé à des fractionnements en se basant sur les résultats de MORARD (1973).
33
_ pour la première série, on a séparé les racines des parties aériennes.
_ pour les autres séries, on a fractionné en 5 parties, les feuilles étant regroupées
en fonction de leur état de senescence : * les racines
* les gaines
* les feuilles âgées, soient les feuilles 1 et numérotées à partir de la base (Fig.5)
* les feuilles adultes, soient les feuilles 3, 4 et 5 * les feuilles jeunes, soient les feuilles 6 et 7
Chaque fraction végétale est mise à sécher, broyée puis analysée séparement.
D - ANALYSES.
Dans les solutions nutritives. les concentrations totales des éléments suivants ont été dosés : K. Na. Ca. Mg. P. N. S, CI. Ces mêmes éléments sont dosés dans toutes les fractions végétales.
Les techniques analytiques et les résultats de ces différentes analyses sont portés en annexe 2 et 3.
E - CROISSANCE DU VEGETAL.
L'examen des poids secs des plantes (poids secs de 32 plantes) obtenues dans les 6 premières séries appellent les commentaires suivants (Fig.6) :
- Les différences de poids entre séries sont attribuables à l'époque de la culture. Les séries 1. 2, 4 et 5 sont des séries cultivées pendant les mois d'hiver, alors que les séries 3 et 6 sont des séries "de printemps".
- Dans les séries elles-mêmes, la variation est plus ou moins notable. Mais, elle n'est pas liée à l'évolution des concentrations en solution. Le tableau VIII donne les coefficients de variation de chaque série.
Tableau VIII : Coefficients ("Al) de variation des poids secs des séries 1 à 6.
série 1 série 2 série 3 série 4 série 5 série 6
26 , 3 7,1 13 , 2 9 , 5 12,6 18, 1
Les séries 1 et 6 montrent des coefficients de variation assez importants, les coefficients des autres séries étant plus faibles. Les variations sont dOes essentiellement à la variation des facteurs externes (lumière) d'un bac de culture à l'autre, fonction de l'emplacement du bac dans notre serre.
Poids secs(g) 20 10 T 1 2 3 3 5 " 5 6 7 8 Traitements Figure 6 : Evolution des pOids secs (g) en fonction des traitements.
Série 1 Série 2 Série 3 Série " Série 5 Série 6
- Le traitement pour lequel l'élément est le plus substitué a été défini, à l'origine, comme le seuil de carence. Je n'ai observé aucune carence, même dans le cas des séries pour lesquelles on est allé en-deça du seuil de carence (séries 1, 2 et 3). Cette notion de seuil est en effet difficile à définir de façon préCise : pour une même concentration dans la solution, suivant l'époque et les facteurs extemes à la culture, on peut obtenir ou ne pas obtenir de carence.
Pour ce traitement (7 ou 8 suivant la série), les poids secs ne différent pas de façon notable des poids secs des autres traitements.
Nous n'avons donc pas observé de relation entre la croissance et la variation des concentrations en éléments dans les solutions nutritives. Les variations de composition de la plante pourront donc être attribuées aux variations de la composition des solutions nutritives.
Il -ESTIMATION DES ACTIVITES IONIQUES EN SOLUTION.
Deux approches sont actuellement pratiquées pour la détermination des activités ioniques en solution :
- des mesures sur les solutions
- des modèles de calcul faisant appel à la fols à des fondements théoriques et à des mesures expérimentales.
Nous nous limiterons ici à la description des modèles et plus particulièrement du modèle d'association ionique que nous avons utilisé ici.
Pour plus de détails sur les autres méthodes, qui sont essentiellement la mesure de l'activité d'un sel en solution et la mesure des activités ioniques au moyen d'électrodes spécifiques, on pourra consulter l'ouvrage de PYTKOWICZ (1979). Une comparaison de ces différentes méthodes est également faite dans les articles de AMACHER (1984) et SPOSITO (1984).
A - CHOIX DU TYPE DE MODELE.
Parmi les modèles permettant le calcul des activités d'une solution, deux tendances, correspondant à deux méthodes de calcul se distinguent actuellement. Il s'agit d'une part des modèles dits d'interaction ionique et ceux dits d'association ionique.
Le premier groupe de modèles,"d'Interaction ionique" développé notamment par PITZER (1973), est fondé sur une méthode d'optimisation. Elle consiste à rechercher des coefficients d'interactions pour minimiser l'enthalpie libre de GIBBS d'un système donné. Le calcul est rapide et donne une bonne cohérence entre le calcul de l'activité de l'eau et celui des autres espèces aqueuses. Cette méthode a l'avantage de s'appliquer à des solutions de force ionique élevée car elle tient compte des interactions à courte distance. Elle a recours à un grand nombre de paramètres car il s'agit d'un ajustement
37
statistique de degré élevé. Pour chaque nouveau système, tous les paramètres doivent être revus. En outre, le recours à des degrés élevés rend criticable toute tentative d'extrapolation. Or, pour des solutions complexes telles les solutions nutritives, les paramètres ne sont pas tous connus, même pour les seuls éléments majeurs.
Le deuxième groupe, les modèles "d'association ionique" prennent en compte le fait que, dans une solution, les espèces ne sont pas totalement dissociées et qu'il existe, en plus des espèces libres (Ca ++, par exemple), des espèces que nous qualifierons de "complexes" (CaSO
l
, par exemple), chacune des espèces étant considérée comme une entité thermodynamique. Le calcul des activités passe par le calcul des coefficients d'activité par la 101 de DEBYE-HUCKEL, valable pour des solutions diluées car elle ne tient compte que des Interactions à longue distance. Dans ces modèles, on peut dire que la concentration thermodynamique d'un ion libre (c'est-à-dire son activité) diffère de la concentration que donne l'analyse pour deux raisons : (1) sa concentration est abaissée par la présence de paires d'Ions et de complexes, (2) il subit des interactions Coulombiennes (estimées par le coefficient d'activité). Le calcul se fait par itérations successives du fait de la prise en compte des espèces complexes.Dans le cas qui nous intéresse, concemant les solutions nutritives, nous avons choisi d'utiliser un modèle d'association ionique. En effet. ce modèle est valable pour des solutions dont la force ionique (1) varie entre 0 et l MIl, et est donc applicable aux solutions nutritives (pour une solution témoin 1 = 0,025 MIl). De plus, ce modèle permet de bien mettre en évidence les phénomènes de complexation, phénomène qui sera important ici du fait de l'introduction dans les solutions nutritives de molécules fortement complexantes (EDTA par exemple). Enfin, nous n'aurions pas pu appliquer le modèle de PITZER car tous les coefficients nécessaires ne sont pas connus.
Dans ce travail, le terme d'espèces complexes est attribué non seulement aux ions complexes, mais également aux molécules non dissociées ou recombinées. Il correspond au terme anglais "ion-pair". De même, le terme de complexation qualifie la tendance des ions libres à former entre eux des espèces ioniques ou neutres "complexes". Ce phénomène est régi par les équations d'équilibres entre espèces et caractérisé par les constantes de dissociation.
B - BASES THEORIQUES.
Les premiers programmes de calcul de la distribution ionique des éléments dans les solutions aqueuses du type association ionique peuvent être attribués à HELGESON (1969) pour les Etats-Unis et en France à FRITZ (1975). On peut également citer les programmes de SPOSITO et MATTIGOD (GEOCHEM, 1980), de WOLERY (EQ 3/6, 1979). Ils s'appliquent essentiellement à des eaux naturelles et à des problèmes géochimlques d'interactions solution-minéraux.
Le programme de calcul utilisé dans ce travail a été modifié pour l'application aux solutions nutritives. Les différentes espèces coexistantes dans la solution sont liés par des équilibres réversibles, et on se doit donc de considérer les relations thermodynamiques qui les caractérisent : loi d'action de masse, conservation de masse et relation entre les activités et les molalités des composants.