Le phosphore est un solide non métallique dont les propriétés dépendent fortement de sa forme. L’atome, noté P, possède 15 protons ; sa masse atomique est de 30,97376 u. Sa configuration électronique, [Ne]3s²3p³, le place dans le groupe 15 et la période 3. Cette position aide à comprendre pourquoi il forme des composés variés, mais c’est surtout sous forme de phosphate qu’il est présent dans les roches, les sols et les organismes.
Où trouve-t-on le phosphore dans la nature ?
Le phosphore n’est généralement pas rencontré à l’état natif : il est surtout contenu dans des minéraux phosphatés, notamment des roches exploitées comme minerais. L’Élémentarium décrit les phosphates naturels, dont les apatites calciques, comme la principale matière première industrielle. Le minerai est transformé, notamment pour produire de l’acide phosphorique et des engrais phosphatés, selon L’Élémentarium.
La production d’engrais repose donc sur l’extraction puis le traitement de ces roches, et non sur la fabrication de phosphore à partir d’une réserve de l’élément pur. En agriculture, le phosphore est souvent présenté avec l’azote et le potassium sous les lettres N, P et K : ces éléments interviennent dans la nutrition des plantes, mais leur disponibilité dépend aussi des transformations chimiques qui se produisent dans le sol. Le rôle de ces trois nutriments est détaillé dans l’explication de la chimie des engrais NPK.
Pourquoi est-il indispensable au vivant ?
Dans les organismes, le phosphore se trouve surtout sous forme de groupements phosphate, et non sous forme de phosphore élémentaire. Ces groupements participent à la structure de l’ADN et de l’ARN, ainsi qu’à celle des phospholipides qui composent les membranes cellulaires. Ils interviennent également dans des molécules liées aux transferts d’énergie, comme l’ATP. La Société Chimique de France présente ces fonctions biologiques dans sa fiche consacrée au phosphore et à ses composés.
Les phosphates de calcium entrent aussi dans la composition des os et des dents. Le fait qu’un élément soit essentiel au vivant ne signifie pas que toutes ses formes chimiques se valent : les propriétés et les dangers dépendent du composé considéré.
Trois formes élémentaires aux propriétés différentes
Le phosphore existe sous plusieurs formes allotropiques, c’est-à-dire des structures différentes constituées du même élément. Les formes blanche, rouge et noire ne se comportent pas de la même manière. Le phosphore blanc est très réactif, toxique et peut s’enflammer au contact de l’air ; il doit être manipulé et conservé selon des précautions strictes. Le phosphore rouge est moins réactif et est utilisé notamment dans certaines surfaces de frottoir d’allumettes de sûreté. Le phosphore noir est une autre forme solide, aux propriétés distinctes.
Ces exemples montrent pourquoi le mot « phosphore » ne suffit pas à décrire un risque ou un usage : il faut connaître la forme allotropique ou le composé en question. Les phosphates présents dans un engrais ou un matériau ne se confondent pas avec le phosphore blanc.
Des engrais aux produits industriels
L’usage le plus important des composés du phosphore est la fabrication d’engrais phosphatés. L’acide phosphorique sert de matière première à plusieurs produits, tandis que d’autres phosphates sont employés dans des applications industrielles. Selon le composé et le procédé, ils peuvent intervenir dans des produits de nettoyage, des traitements de l’eau ou la fabrication de matériaux.
Le phosphore a été isolé en 1669 par Hennig Brand. Son nom est associé au grec phosphoros, « porteur de lumière », en référence à la lumière observée lorsque le phosphore blanc s’oxyde à l’air. Ce phénomène de luminescence chimique n’est pas la même chose que la phosphorescence, malgré la proximité des mots : la fiche de la Société Chimique de France distingue les deux processus.