Société Chimique de France

Le nitrate d’ammo­nium est un sel de l’acide nitri­que (cf. Acide nitri­que) et de l’ammo­niac (cf. Ammoniac) de for­mule NH₄NO₃. C’est l’un des plus impor­tants com­po­sés azotés. Sa pré­pa­ra­tion est rela­ti­ve­ment simple :
NH₃ + NO₃H ------ NH₄NO₃

De masse molé­cu­laire M= 80, cris­tal­lisé, il a une den­sité de l’ordre d = 1,72 et son point de fusion F = 169 °C. Cependant le nitrate d’ammo­nium est ins­ta­ble au dessus de 170 °C et à 300 °C il se décom­pose de façon par­fois explo­sive en déga­geant beau­coup de gaz et de cha­leur :
NH₄NO₃ ------ N₂ + 2H₂O + 0,5 O₂ (V = 981 cm3/g et ΔQ = –1 465 J/g

La dis­so­lu­tion dans l’eau s’accom­pa­gne d’une forte absorp­tion de cha­leur, qui fait uti­li­ser le nitrate pour des mélan­ges réfri­gé­rants, la tem­pé­ra­ture pou­vant attein­dre –17 °C, la cha­leur de dis­so­lu­tion est évaluée à 26 000 J/M. 

C’est un solide qui cris­tal­lise sous plu­sieurs formes allo­tro­pi­que. Orthorhombique à tem­pé­ra­ture ordi­naire il devient qua­dra­ti­que au dessus de 32 °C puis cubi­que au-delà de 120 °C. La tran­si­tion struc­tu­rale à 32°C s’accom­pa­gne d’une forte varia­tion de volume de 3 % qui casse la maille et forme des macles en fra­gi­li­sant les grains qui peu­vent tomber en pous­sière.

• C’est aussi un sel très hygroscopique : à 18°C on peut en solubiliser 180 g dans 100 g d’eau. Il est aussi soluble dans l’ammoniac anhydre sous pression.

• La fabrication s’opère suivant différents procédés qui ont cependant en commun :
  • la neutralisation de l’acide nitrique,
  • la concentration des solutions nitriques,
  • la granulation du nitrate cristallisé.

La neu­tra­li­sa­tion a lieu dans des réac­teurs en acier inoxy­da­ble, un sys­tème de récu­pé­ra­tion de la cha­leur déga­gée par la réac­tion exo­ther­mi­que étant mis en place. La solu­tion est ensuite concen­trée à 95 % de sel puis pul­vé­ri­sée au sommet d’une tour de « prilling » où les gout­tes de solu­tion chaude ren­contrent un cou­rant d’air froid ascen­dant. Les gra­nu­lés ronds refroi­dis vers 100 °C sont tami­sés et enro­bés d’un pro­duit « anti-mot­tant » pour éviter la prise en masse et envoyés au sto­ckage. On ajoute par­fois aux solu­tions un peu d’acide sul­fu­ri­que (cf. Acide sul­fu­ri­que) qui pro­duit le sul­fate d’ammo­nium ser­vant de germe pour la cris­tal­li­sa­tion don­nant une perle pré­sen­tant une gra­nu­lo­mé­trie com­prise entre 1,5 et 2,5 mm.

D’autres pro­cé­dés uti­li­sent le nitrate fondu dans un gra­nu­la­teur tour­nant pour obte­nir une gra­nu­lo­mé­trie moyenne de 3 mm, plus com­mer­ciale. Pour sta­bi­li­ser le grain on ajoute divers sels : sul­fate de cal­cium, nitrate de magné­sium, sul­fate d’alu­mi­nium et, pour éviter la prise en masse (mot­tage), les grains sont enro­bés avec un ten­sio­ac­tif comme une alky­la­mine, ou de cire.

Le pro­cédé BASF se dis­tin­gue en uti­li­sant un sous-pro­duit de la fabri­ca­tion des engrais phos­pha­tés, le nitrate de cal­cium sui­vant la réac­tion :
Ca(NO₃)₂,4 H₂O + 2 NH₃ + CO₂ ------ 2 NH₄NO₃ + CaCO₃ + 3 H₂O

Le nitrate d’ammo­nium est un oxy­dant puis­sant. Le nitrate fondu oxyde les métaux comme le zinc et le plomb qui se dis­sol­vent sous son action. Des impu­re­tés métal­li­ques comme le cuivre accé­lè­rent sa décom­po­si­tion. Le nitrate d’ammo­nium se vapo­rise par­tiel­le­ment avant fusion et il se décom­pose à 185 °C :
NH₄NO₃ ------ N₂O + H₂O

La réac­tion est légè­re­ment dif­fé­rente lorsqu’il détone :
NH₄NO₃ ------ 2N₂ + 4H₂O + O₂

Les déri­vés chlo­rés tels que NH₄Cl accé­lè­rent sa décom­po­si­tion. La réac­tion explo­sive a été étudiée par Marcellin Berthelot en 1870 lors du siège de la ville de Paris (cf. Marcellin Berthelot). Elle déve­loppe 1 500 kj/kg ; insen­si­ble aux chocs et aux frot­te­ments, le nitrate d’ammo­nium est un explo­sif « médio­cre » sauf s’il est mélangé à des com­bus­ti­bles comme des hydro­car­bu­res, ou s’il est fondu et confiné lors, par exem­ple, d’un incen­die vio­lent. Ce qui peut par­fois poser pro­blème, c’est la for­mule des ten­sio­ac­tifs et anti-mot­tants comme le dodé­cyl­sul­fate de sodium (cf. [Persil & Lessives-472]) asso­cié à des huiles miné­ra­les ou à la cire qui, à l’évidence, cons­ti­tuent des matiè­res orga­ni­ques com­bus­ti­bles.

Il est sur­tout uti­lisé comme engrais azoté pour les cultu­res de légu­mi­neu­ses à feuilles. Les ammo­ni­tra­tes com­mer­cia­li­sés doi­vent conte­nir moins de 0,02 % de chlore et moins de 0,2 % de com­po­sés com­bus­ti­bles. On y ajoute des argi­les, des marnes, ou de la dolo­mie pour avoir des teneurs en azote de l’ordre de 33 % en France (moins de 28 % en Allemagne).
La consom­ma­tion en France est de l’ordre de 1 Mt/an et le prix avoi­sine 200 € la tonne.

En tant qu’explo­sif, mélangé au TNT (tri­ni­tro­to­luène) ou à la pen­trite il est uti­li­sés dans le bâti­ment, les mines et les car­riè­res. Dans l’ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil), com­posé de 94% de nitrate d’ammo­nium et de 6% d’huile, il est peu sen­si­ble et convient pour les tra­vaux de génie civil, car il a une vitesse de pro­pa­ga­tion faible de l’ordre de 3 000 m.s-1 com­paré à celle de la dyna­mite, 6 000 m.s-1.

Le nitrate d’ammo­nium est toxi­que pour l’homme. Par inha­la­tion de ses pous­siè­res, il irrite les voies res­pi­ra­toi­res ; par expo­si­tion pro­lon­gée il pro­vo­que des fai­bles­ses, des cépha­lées et par contact, des irri­ta­tions de la peau.

Quelques catastrophes provoquées par le nitrate d’ammonium

• • 21 septembre 1921, Oppau (Allemagne). Dans l’usine BASF, 4 500 t de nitrate et de sulfate d’ammonium détonent, provoquant la mort de 530 à 590 personnes et des dégâts dans un cercle de 90 km de diamètre. L’explosion a été provoquée par une cartouche de dynamite qui devait créer un front de taille dans le nitrate pris en masse, procédé pourtant couramment employé jusqu’à lors.
  • 26 avril 1947, Texas City (États-Unis). Lors de l’incendie d’un cargo français le « SS Grandcamp » qui contenait plusieurs centaines de tonnes de nitrate, pour étouffer l’incendie les écoutilles sont fermées et de la vapeur chaude est envoyée. L’explosion fait 561 morts et 3 000 blessés en ruinant la zone pétrochimique : les experts comparèrent cette explosion à la puissance de la bombe atomique sur Nagasaki.
  • 28 juillet 1947, Brest. 3 000 t de nitrate d’ammonium dans un navire norvégien « l’Ocean Liberty » subissent un incendie qui fait couler de la paraffine sur le nitrate fondu d’ammonium. Le cargo en feu est remorqué dans la rade ; il s’échoue sur un banc de sable et explose avant que la Marine ne puisse le couler ; le bilan est de 22 morts et 500 blessés.
  • 28 novembre 1988, Kansas City (États-Unis). Explosion sur un chantier avec du nitrate d’ammonium mélangé à de l’essence et des pastilles d’aluminium.
  • 13 décembre 1994, Sioux City (États-Unis). Sur le site de fabrication, explosion de 75 t de nitrate dans le réacteur et la réserve voisine ; le bilan est de 4 morts et 18 blessés.
  • 21 septembre 2001, Toulouse. Dans l’usine AZF, l’explosion du stockage de 300 à 400 t de nitrate d’ammonium déclassées à cause d’une granulométrie ou composition non conformes se traduit par 30 morts, 2 500 blessés et des dégâts considérables sur plusieurs kilomètres à la ronde.

Ces explo­sions acci­den­tel­les ont conduit à des ren­for­ce­ments de la régle­men­ta­tion du sto­ckage, de l’état de pureté, de la nature des ten­sio­ac­tifs et des pro­to­co­les de mani­pu­la­tion, afin de limi­ter les ris­ques.

Pensée du jour
« Coup de fouet pour les plan­tes, coup de foudre pour les hommes, le nitrate est ver­sa­tile. »

Sources

• http://www.ensiacet.fr/
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Nitrate_d’ammonium
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Ammonitrate
• http://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_nitrate
• www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/mine/eng/cadeng.htm
• http://fr.wikipedia.org/
• www.societechimiquedefrance.fr/extras/Guiochon/introbm.htm
• www.societechimiquedefrance.fr/extras/Guiochon/jeucadresGGok.htm
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Explosion_de_l’usine_AZF_de_Toulouse

Sources

• Acide nitrique
• Ammoniac
• Acide sulfurique
• Marcellin Berthelot

Pour en savoir plus

• Persil & Lessives