PH et reactions acido basique

Le pH et les réactions acido-basiques

Introduction

Tous  les cultivateurs, et principalement ceux qui choisissent les cultures hors-sol (hydroponie/aéroponie), se retrouvent un jour confrontés à la  gestion du pH de leur solution nutritive, avec toutes les questions qui se posent indubitablement : Pourquoi ça monte? Pourquoi ça baisse?  Pourquoi je mets moins de pH Down et ça baisse encore plus? Pourquoi le pH me fait corriger chaque jour et fait le yoyo?.....
Bienvenue dans le monde merveilleux des réactions acido-basiques.


1. Théorie générale

1.1. Acide, base et pH

Un  acide, c'est un composé chimique qui a la capacité de donner au moins  un proton hydrogène H+ en solution aqueuse, on parle "ions acides".

Une  base, à l'inverse, est un composé qui peut recevoir au moins un proton  H+ en solution aqueuse. Ce sont les "ions basiques", principalement  hydroxydes (OH-), mais d'autres réagissent comme des bases, comme les  ions bicarbonates (HCO3-).
Il faut également parler des sels, ils  sont simplement les produits d'un acide sur une base (acide+base =  eau+sel). Généralement neutres, il existe cependant des sels acides  comme le citrate de sodium, ou des sels basiques comme le bicarbonate de  sodium.
L'acidité, qui se mesure en unités pH, reflète le rapport entre ions acides H+ et les ions basiques hydroxydes OH-.
L'échelle pH va de 0 à 14, O étant l'extrême acide, 14 l'extrême base.

Un pH de 7 représente un juste milieu et est dit "neutre" car il compte autant de ions H+ que de ions OH-.

A pH 0, le composé chimique acide contient une concentration molaire de 10e.0[H+] et 10e.-14[OH-].

A pH 14, le composé chimique basique contient une concentration molaire de 10e.-14[H+] et 10e.0[OH-]

Et entre les deux, le pH va représenter la différence entre les concentration de H+ et OH-, par exemple :

pH 7 = 10e.-7[H+]  10e.-7[OH-]

pH 4 = 10e.-4[H+]  10e.-10[OH-]

Le  total des 2 exposants est toujours égal à 14, et le pH correspond  toujours à la concentration d'ions H+ : pH signifie "potentiel  hydrogène". Un simple regard sur la définition suffira à comprendre que  la valeur pH est exponentielle : pH 6 est 10 fois plus acide que pH 7,  pH 5 est 100 fois plus acide que pH 7, pH 4 est 1000 fois plus acide que  pH 7, etc.

L'eau du  robinet, en France a un PH compris entre 7 et 8. Il nous faudra donc chercher à le faire baisser. Pour cela la manière la plus courante est  d'utiliser du pH down, produit contenant des acides et permettant de  faire baisser le pH d'une solution en en utilisant de très faibles  doses. Pour faire remonter le pH d'une solution il faudra utiliser du pH up! Ces produits sont facilement trouvables dans les Growshops.


1.2. Réaction acido-basique

On a vu ci-dessus qu'un acide peut donner un H+, et une base le recevoir  parce qu'elle est OH-. L'eau pure, H2O, peut donner un H+, vu qu'elle en a 2. Mais si elle le fait, elle devient : H2O - H = OH. Et si vous avez  suivi, vous aurez compris qu'elle va également pouvoir récupérer un H+.  Elle peut donc réagir en acide ou en base suivant son partenaire.

Ce  partenaire, on le trouve en quantité variable dans l'eau du robinet,  mais surtout dans les engrais et additifs que vous allez utiliser, qui  vont apporter tout un panel de molécules différentes. Certaines seront  basiques, d'autre acides, certaines réagiront lentement, d'autres  rapidement, vont se combiner entre elles pour en former de nouvelles qui  vont encore agir différemment sur le pH de votre solution.

Lorsque  vous corrigez votre solution avec du Ph down, vous incorporez des ions  H+, qui vont se combiner aux OH- disponibles pour les "annuler", et  faire baisser le pH de la solution car ils seront majoritaires. Et ces  H+ majoritaires qui ne sont pas utilisés vont rester "en attente"  jusqu'à ce que d'autres OH- soient disponibles pour s'y combiner. Ces  OH- (et aussi des H+) vont être produits par les réactions chimiques entre le substrat, la plante, et les composants des engrais et additifs  que vous donnez à vos plantes.

Le  plus imprévisible est la part d'azote de vos engrais, il est utilisé  sous trois formes : les nitrates (ou azote nitrique, NO3-), l’azote  ammoniacal (ou ammonium, NH4+) et l’urée CO(NH2)2.

-  Pour être assimilée, l’urée est d’abord transformée en azote ammoniacal  par une réaction chimique qui provoque une acidification du milieu.

-  Les nitrates n’auront pas d’incidence sur le milieu tant qu’ils ne  seront pas consommés. Leur assimilation, par les plantes ou les  bactéries vivant dans le substrat et la solution, ne fera augmenter le  pH que légèrement par échange d’ions OH- ou HCO3-.

-  L’absorption de NH4+ se fait en contrepartie de la libération d’ions  H+, donc une acidification. Mais intervient aussi une importante  réaction chimique appelée nitrification par les bactéries du substrat qui transforment l’azote ammoniacal en nitrate. La nitrification dégage  des ions H+ qui vont acidifier le substrat et faire descendre le pH.


Ce  dégagement qui perturbe l'équilibre désiré est amplifié ou amoindri par  différents facteurs, tels que la température, la surface de solution au  contact de l'air, l'agitation de la solution, la pression, la  nature des composés chimiques, les rejets de la plante,... et il est  donc quasi impossible d'avoir une stabilité parfaite. Ces déséquilibres successifs du pH sont donc naturels et nécessaires, puisqu'ils génèrent les nutriments essentiels dont la plante à besoin, mais sont compensés par  l'adjonction de tampons : Les tampons possèdent la propriété de résister au changement de la concentration en ions H+, et donc empêchent le pH de  varier outre-mesure.


2. Le pH et la plante

Les  plantes possèdent un pH qui leur est propre. Le pH de la plante doit  être le plus proche possible de celui de la solution nutritive et du  substrat pour éviter tout risque de conflits électriques entre ses  racines et les ions contenus dans la solution nutritive. En fonction de  l'acidité de la solution et du substrat, les éléments contenus vont voir  leur charge électrique varier, et si cette charge passe  "hors-tolérance" de celle admise par les racines de la plante, l'élément ne sera pas assimilable.

Notre  plante chérie, pour pouvoir croître selon ses désirs, à besoin d'un pH  compris entre 5.3 et 6.5, déterminé en fonction de l'engrais. En règle  générale, il varie plutôt entre 5.5 et 6. Varie, ça ne veut pas dire  qu'il doit bouger au cours de la culture : une fois atteint une valeur  dans cette plage, on s'y tient! Et c'est là que commence tout l'art de  la maîtrise du pH.


2.1. Substrat et pH

La  terre ayant un pH d'origine variable en fonction de sa composition est  dans la plupart des cas est adaptée à la culture du cannabis. Mais quelle que soit sa composition, elle finira toujours par s'acidifier à cause de l'apport régulier d'engrais et donc de la formation de sels. Evitez  de démarrer avec une terre trop acide, certains mélanges à base de tourbe ont un pH de 5 qu'il n'est pas rare de voir descendre à 4 au bout de 3  mois, avec tous les désagréments que cela peut apporter à une culture.  Pour connaître le pH de la terre il suffit de diluer un échantillon de  terre dans de l'eau distillée (eau pure) que nous testerons après  quelques heures. Il existe également des appareils qu'il suffit de  planter dans la terre quelques instants. Pour changer le PH de la terre  nous pourrons utiliser de la chaux pour le faire remonter ou de la terre de bruyère pour le faire baisser.

En  hydroponie, et je parlerais principalement des systèmes à billes d'argile, il est primordial d'amener votre substrat à un pH adéquat,  comprenez entre 5.5 et 6.0, et de faire en sorte qu'il y reste.


2.1.1. Le tamponnage
Les  billes d'argile sont, comme leur nom l'indique, faites d'argile.  L'argile utilisée dans ce cas est de l'illite, composé de mica, de  formule KAl2(AlSi3O10)(OH)2. A présent, vous avez dû reconnaître le OH dans la formule et sa signification : Les billes d'argile sont alcalines  (basiques), leur pH tourne autour de 8 - 8.5, ce qui est bien trop haut  pour espérer amener une culture à terme, il va falloir baisser leur pH  entre 5.5 et 6, c'est ce qu'on appelle le tamponnage.

Pour  tamponner des billes, rien de plus simple : il faut les laisser tremper  dans de l'eau au pH voulu, jusqu'à ce que l'échange d'ions arrive au  point d'équilibre recherché, que les billes contiennent plus d'ions H+  que OH- et soient acides.

En  regardant à nouveau la formule, on y voit un autre élément, la silice  (Si). Lors de la cuisson des billes d'argile, il se peut que cette  silice se vitrifie sous l'effet de la température, formant une enveloppe  autour de la bille. Cette enveloppe, bien que fragmentée, peut  considérablement ralentir le processus de tamponnage : Les plus rapides seront tamponnées en 3 jours, d'autres marques peuvent prendre plus de 3  semaines. Il est normal que le pH de l'eau de trempage augmente, les  ions H+ étant captés par les billes, mais ce phénomène corrigé  quotidiennement se ralenti puis se stabilise. Si vos billes sont trop  vitrifiées, il faudra forcer la réaction en acidifiant plus encore votre  eau de trempage : Plus bas il sera, plus courte sera la durée. Il n'y a  aucun inconvénient à démarrer avec un trempage à pH 2 ou 2.5, mais  attention à ce que les billes ne soient pas trop acides au final! Il  faudrait alors recommencer l'opération en sens inverse, avec une eau de  trempage alcaline, et le risque d'avoir des billes chargées en sels  toxiques (rappel : acide+base = eau+sel).

Votre  tamponnage sera prêt lorsque l'eau de trempage des billes aura un pH  entre 5.5 et 6, et que celui-ci n'aura pas bougé pendant une journée au  moins.


2.1.2. Le rinçage
Les  sels, vous l'aurez compris, sont inévitables et s'accumulent tout au  long de la culture dans votre substrat, quel qu'il soit. Une trop grande  accumulation de sels est toxique pour la plante, c'est pourquoi il est  nécessaire de rincer les substrats réutilisables entre deux cultures.

Il  s'agit à nouveau d'effectuer un trempage dans une eau à pH corrigé, qui  heureusement sera moins long que le tamponnage. Pour faciliter et  accélérer la solubilisation des sels, il suffit de baisser légèrement le  pH de votre eau, pH 5 est parfait, et d'utiliser une eau chaude. On  peut également y ajouter des enzymes pour dégrader les éléments restant ou dans le cas d'une attaque par une maladie ou champignon, faire un  rinçage à l'eau de Javel. L'eau de Javel est une base, mais la courte  durée de trempage (10-15mn suffisent) fait qu'elle affecte peu le pH des  billes. Un second rinçage à l'eau claire et pH adapté est fortement  conseillé après un rinçage à la Javel pour éviter la formation  d'éventuels précipités en réaction avec les engrais.


2.2. Solution nutritive et pH

Une  fois le pH de votre substrat adapté à celui de la plante, il faut que  celui de la solution nutritive le soit aussi. Les engrais ont la  propriété de faire baisser le pH de votre solution, et ils contiennent,  en proportion variables suivant l'application à laquelle ils sont  destinés et leur qualité, des tampons qui aident à stabiliser le pH.

Une  fois l'engrais ajouté à votre eau, le pH de celle ci aura baissé, mais  suivant le pH originel de votre eau, il se peut qu'il faille le  corriger, généralement le faire baisser. Chose simple, il suffit  d'ajouter quelques gouttes de pH down à votre solution. Je déconseille  fortement l'usage d'acide acétique (vinaigre), citrique (jus de citron),  ou chlorhydrique : les 2 premiers ne produise l'effet recherché que  temporairement et vont s'associer aux engrais en formant un précipité ou  une molécule complexe et non assimilable, quant à l'acide chlorhydrique  il va s'attaquer en priorité aux atomes Ca2 (calcium) et ainsi  supprimer les tampons tant recherchés.

Le  pH de votre solution devra bien évidement être identique à celui de  votre substrat! Si votre tamponnage est correctement réalisé et que  votre solution nutritive est au même pH, il y aura très peu de  variation, seuls les rejets de la plante et la nitrification vont  tenter de corrompre cet équilibre mais seront contenus par les tampons  des engrais. La majorité des problèmes de pH "yoyo" tiennent au fait d'un  mauvais tamponnage, par exemple de billes avec un pH de 7 et une  solution à pH 5.5. Dans ce cas, le mieux est de refaire tremper ses  billes et faire un tamponnage digne de ce nom. Si le pH monte mais se  stabilise en dessous de 6.5, gardez cette valeur et continuez votre  culture avec celle-ci.

Un  autre phénomène physico-chimique pour lequel je ne rentrerais pas dans les détails peut également être votre allié si votre pH baisse alors que vos  billes sont bien tamponnées : l'oxydoréduction. En ajoutant de  l'oxygène dans la solution par le biais d'un bulleur, certains éléments  de la solution vont perdre un électron, et vont pouvoir capter les H+  qui passent à proximité : le pH va sensiblement s'élever.

On  peut également avoir recours à des tampons extérieurs, en ajoutant des  éléments à base de silice tels que le Mineral Magic, mais ils ne  constituent qu'un palliatif. La qualité de votre eau, de vos engrais, et du tamponnage de votre substrat sont les seules clés de la sérénité  dans le monde impitoyable des réactions acido-basiques....


2.3. Comment tester le pH d'une solution ?
Il existe différents systèmes permettant de connaître le PH de l'eau :

2.3.1. Le papier pH
Vous  l'avez sûrement utilisé quand vous étiez en cours de biologie, c'est  une petite languette de papier qu'il faut tremper dans la solution à  tester. Cette languette de papier prend une certaine couleur en fonction  du pH de l'eau, il suffira de comparer cette couleur avec la graduation  fournie, chaque couleur équivaut à un degré de pH. Ce système est le  moins cher mais également le moins précis.


2.3.2. Les réactifs
Ce  sont des produits surtout utilisé en aquariophilie, ou pour le test des  piscines. Il suffit d'ajouter quelques gouttes de réactifs (liquide)  dans une éprouvette où nous aurons introduit la solution à tester. Cette  solution prendra une teinte que nous devrons comparer avec une  graduation de couleur. C'est à peu près le même principe que le papier  pH. Il est également relativement peu cher et un tout petit peu plus  précis! Ces tests sont facilement trouvable dans les animaleries.


2.3.3. Les pH mètres
C'est  le système le plus précis et le plus pratique! C'est un appareil à piles qu'il suffira de tremper dans la solution. Instantanément il nous  donnera le degré de pH sous forme de chiffres inscrits sur un écran. Ce  système est plus coûteux mais vraiment très pratique.

Remerciements : snowflake

   Par  Vyking  le 11-25-2006  

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