La recherche et la production de produits phytosanitaires entraînent des coûts très élevés.
Production de pesticides (partie 1)
Pour fabriquer des produits phytosanitaires, il faut des installations de processus modernes. En effet, les substances très efficaces ne sont pas seulement précieuses au double sens du terme, mais elles ne sont pas sans danger pour l'opérateur de l'installation en raison de leur concentration élevée dans le processus. Pour plus de sécurité, les synthèses et les étapes de formulation en plusieurs étapes ont donc lieu dans des systèmes fermés.
Cet article en deux parties décrit pourquoi les appareils amixon, grâce à leurs caractéristiques de construction particulières, peuvent contribuer largement à l'efficacité dans cet environnement exigeant et influencer de manière décisive le rendement d'une production. La première partie traite des étapes de synthèse dans le processus de fabrication des produits phytosanitaires et des défis particuliers qu'elles posent ainsi que de leurs solutions techniques en termes d'appareils.
Cultures vivrières pour l'alimentation
Plus de 7,8 milliards de personnes vivront sur la planète d'ici la fin 2020. En 2050, selon les dernières prévisions démographiques de l'ONU de 2019, nous serons environ 9,7 milliards. Pour pouvoir produire suffisamment de nourriture pour la population mondiale croissante, l'agriculture mondiale ne peut pas se passer de pesticides. Sans produits phytosanitaires, les rendements agricoles que nous considérons aujourd'hui comme acquis dans le monde entier ne pourraient pas être approchés.
Le terme pesticide est un terme générique qui englobe des substances actives au spectre d'action différent : pour lutter contre les acariens (arkrizides), les agents pathogènes microbiens (bactéricides), les champignons ou leurs spores (fongicides), les mauvaises herbes omnivores (herbicides), les nuées d'insectes (insecticides), les nématodes (nématicides) ainsi que les rongeurs nuisibles (rodenticides).
Les produits phytosanitaires et leurs différentes fonctions de protection
Chiffre d'affaires et ventes sur le marché allemand des produits phytosanitaires.
Chiffre d'affaires et ventes sur le marché allemand des produits phytosanitaires,
utilisés pour maximiser le rendement contre les organismes indésirables dans l'agriculture. Leur utilisation à grande échelle comporte malheureusement des risques résiduels pour l'environnement, mais elle est sans alternative en raison de leur grande utilité pour la production agricole. Leur efficacité est telle que certains produits phytosanitaires peuvent également être utilisés dans l'agriculture biologique. C'est le cas lorsque les autres mesures ont échoué. - Une méthode souvent pratiquée est l'établissement d'une rotation habile des cultures afin d'éviter la multiplication massive des ravageurs -. Les produits phytosanitaires qui peuvent être utilisés dans l'agriculture biologique, par exemple, sont régis par le règlement sur l'agriculture biologique. "En cas de menace constatée pour les cultures, seuls les produits phytopharmaceutiques dont l'utilisation a été autorisée dans la production biologique conformément à l'article 16 peuvent être utilisés" (article 12 du règlement 834/2007).
Les produits phytosanitaires représentent un marché mondial de plusieurs milliards
Le marché mondial des produits phytosanitaires est vaste. Les herbicides représentent de loin le volume de production le plus important, suivis par les insecticides et les fongicides. En 2018, les ventes de produits phytosanitaires ont atteint près de 48 milliards d'euros dans le monde, soit une hausse de 0,5 % par rapport à l'année précédente. En 2021, le chiffre d'affaires mondial a stagné. Le marché de loin le plus important est l'Asie, devant l'Amérique latine et l'Europe.
En Allemagne, le chiffre d'affaires s'est élevé à 1,3 milliard d'euros sur la même période. En 2016, la quantité de produits phytosanitaires vendus en Allemagne s'élevait à environ 48 000 tonnes, ce qui représente un doublement en dix ans (2006 : environ 32 000 tonnes). Les herbicides (désherbants) représentent environ 40 % de ce total, les fongicides (contre les champignons et leurs spores) environ 25 % et les insecticides (pour tuer, repousser ou inhiber les insectes et leurs stades de développement) environ 30 %. L'utilisation de produits phytosanitaires en Allemagne a continuellement diminué entre 2014 et 2020, passant de 1,6 milliard d'euros à 1,15 milliard d'euros. En 2021, la consommation est passée à 1,2 milliard d'euros. En 2016, environ 270 substances actives étaient autorisées en Allemagne dans un total de 753 produits phytosanitaires différents. Dans le monde entier, la recherche travaille d'arrache-pied au développement de nouvelles substances actives durables, qui se dégradent sans laisser de résidus une fois qu'elles ont déployé leurs effets.
Classement des principaux producteurs de produits phytosanitaires.
Volume des ventes en milliards d'euros et débouchés mondiaux de 2008 à 2018.
amixon® Mélangeur-sécheur/réacteur de synthèse sous vide VMT 100. Le centre technique amixon® dispose d'installations pilotes de 50 litres, 100 litres, 200 litres ou 400 litres.
Le développement de nouvelles préparations phytosanitaires est long et coûteux
Avant qu'un produit phytosanitaire puisse être autorisé et mis sur le marché, il s'écoule environ dix ans de travail de développement intensif. De nouvelles substances prometteuses sont recherchées en laboratoire et testées dans le cadre d'essais pilotes. Le fabricant investit environ 200 millions d'euros dans ce nouveau développement. Il réalise environ 200 études et mesure plus de 800 paramètres. Déjà pour ces tests, les substances actives proprement dites sont transformées en produits utilisables en agriculture sous forme de ce que l'on appelle des formulations. Pour ces formulations, on utilise ce que l'on appelle des supports, comme des poudres de roche ou des solvants organiques, comme adjuvants. Des émulsifiants tensioactifs peuvent également être utilisés comme agents mouillants ou adhésifs. La tâche des adjuvants de formulation est de rendre les substances actives techniquement sûres pour l'utilisation finale. Les adjuvants et les supports doivent à leur tour être respectueux de l'environnement et contribuer à l'efficacité.
Un processus de production à plusieurs niveaux avec des exigences élevées
Les étapes de synthèse pour la fabrication de produits phytosanitaires diffèrent naturellement en fonction de la substance active et de la forme d'application souhaitée. Les étapes de base du procédé sont toutefois similaires pour les matières premières en poudre. Tout d'abord, un solvant est introduit dans le réacteur, les éduits en poudre sont ajoutés et dissous ou mis en suspension de manière homogène. La première réaction de synthèse a lieu dans cette phase liquide sous l'effet du chauffage. Pour favoriser la cinétique de réaction, le processus d'agitation peut être assisté par des pompes de circulation. Une fois la réaction terminée, la nouvelle substance se présente sous forme liquide. Elle est mélangée à des additifs pour amorcer la cristallisation du nouveau produit intermédiaire. La cristallisation/floculation peut être favorisée par un contrôle habile de la température. Au moment du changement de phase (liquide à cristallin/solide), une action de mélange particulièrement douce est nécessaire, en particulier si les structures cristallines doivent être conservées.
Les matières solides en suspension restent généralement pompables et sont soumises à un lavage en plusieurs étapes lors de l'étape suivante du procédé. Ici, les cristaux de substance active sont généralement débarrassés des réactifs à l'aide d'eau ou de solvants. D'autres étapes de nettoyage peuvent suivre. La séparation mécanique solide-liquide s'effectue à l'aide de centrifugeuses à fonctionnement continu, qui sont utilisées de préférence. Il n'est pas rare que des filtres-presses à chambres soient utilisés. En règle générale, les systèmes fermés étanches aux gaz sont préférés pour la séparation mécanique solide-liquide. La première étape de synthèse se termine par un séchage thermique dans un mélangeur-sécheur sous vide. L'objectif est de préserver la structure et la taille des particules. En outre, les solvants doivent être récupérés.
amixon® Mélangeur-sécheur/réacteur de synthèse sous vide VMT 200, toutes les pièces en contact avec le produit sont en alliage 59.
Exemple d'une installation de synthèse classique à usages multiples. amixon® fabrique les appareils suivants : Réacteurs de synthèse, trémies de pâte, séchoirs à contact sous vide, mélangeurs de refroidissement et de remplissage.
Résistance à la corrosion par l'acide sulfurique à l'exemple de quatre matériaux différents à base de nickel.
Des réacteurs de synthèse durables grâce à des matériaux adaptés
Si l'on considère les spécifications des appareils pour les nouveaux appareils dans les usines de synthèse en Europe, aux Etats-Unis et en Inde, trois constatations s'imposent :
- les processus de synthèse chimique sont de plus en plus complexes
- les solvants utilisés deviennent plus agressifs/corrosifs
- les pressions de service admissibles sont définies à un niveau plus élevé
- les températures de fonctionnement autorisées sont plus élevées
Les austénites traditionnelles sont tout au plus encore utilisées dans la formulation des poudres. Mais ici aussi, on utilise de plus en plus des aciers inoxydables austénitiques-ferritiques, appelés aciers duplex et superduplex. Pour les réacteurs de synthèse et les séchoirs, la tendance est aux matériaux fortement alliés à base de nickel (Hastelloy C22 et Alloy 59). Outre la sollicitation corrosive, l'alternance entre vide et pression ainsi qu'entre fonctionnement à chaud et à froid entraîne une sollicitation supplémentaire des appareils de traitement et accélère le processus de vieillissement. Cela peut même entraîner une corrosion sous contrainte à progression rapide.
amixon® dispose d'une grande expérience et des qualifications de soudage nécessaires à la fabrication d'équipements sous pression de toutes classes conformément aux réglementations internationales. La durée de vie moyenne des appareils amixon® est de plus de 30 ans. En ce sens, amixon® remplit trois conditions :
- construction sophistiquée pour une étanchéité durable à la pression et au vide
- une excellente protection contre la corrosion et
- bonne protection contre l'usure
amixon® dispose d'une expérience de la technique de soudage avec des matériaux fortement alliés. Le soudage de ces matériaux exige par exemple des séquences de soudage à respecter strictement et une propreté rigoureuse. Les essais mécaniques et les tests de corrosion qui accompagnent la fabrication, comme l'ASTM G48, peuvent déjà entraîner une interruption involontaire du travail déjà effectué. Il en va de même pour le test de corrosion de Cabot sur les soudures.
L'étape de synthèse correspondante se termine par le séchage sous vide.
Le séchage sous vide fournit un premier produit de synthèse pulvérulent qui peut servir d'éduit pour une deuxième étape de synthèse. Les produits chimiques en poudre modernes et très efficaces sont généralement le résultat de plusieurs étapes de synthèse qui se terminent presque toujours par un séchage mixte sous vide. Dans ce contexte, la substance active devient plus précieuse et souvent plus fragile à chaque étape de la synthèse. Lors du séchage, il est donc important d'éviter le stress thermique et mécanique.
Si le produit de synthèse est suffisamment sec et froid pour être évacué du séchoir sous vide, des matériaux en acier inoxydable simples comme le 1.4571 ou le 1.4404 suffisent généralement à nouveau.
Une partie du développement consiste à évaluer différentes formulations de produits : L'une d'entre elles est par exemple la micronisation de substances actives en poudre et leur agglomération ultérieure. Les produits agglomérés sont fixés dans leur état de mélange, peu poussiéreux et bien mis en suspension/solubles dans l'eau. Les particules les plus fines peuvent rester durablement en suspension dans l'eau sans sédimenter. La suspension/solution homogène et sans grumeaux peut être épandue uniformément par l'agriculteur.
Un autre aspect qualitatif parmi tant d'autres est la stabilité à long terme - quelle que soit la zone climatique de la planète dans laquelle le produit phytosanitaire est utilisé. Il ne doit pas se décomposer et doit rester bien soluble/dispersible.
Dans le centre technique d'amixon, il est possible de faire la démonstration des étapes de préparation : synthèse, séchage par contact sous vide, homogénéisation et granulation de la structure. amixon dispose d'une expérience de plusieurs décennies dans la conception de machines de processus 10 à 50 fois plus grandes que les machines d'essai.
Les substances actives sous forme de poudre sont conditionnées dans des bigbags.
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