Le procédé Haber-Bosch : transformer un gaz en nourriture

Quand on parle de matériaux, on pense souvent aux solides comme le bois, le métal, la céramique, etc. Mais en réalité, tout ce qui nous entoure est de la matière. Un solide peut devenir gaz, un gaz peut devenir solide ou liquide, et vice versa.

Aujourd’hui, je vais vous expliquer comment un gaz de l’atmosphère peut devenir un matériau… et même nous nourrir. L’azote (N), ou nitrogen en latin, est l’un des éléments les plus importants pour la vie, avec le carbone (C), l’oxygène (O) et l’hydrogène (H). Les protéines, constituées d’acides aminés, en contiennent par exemple. Mais comment prendre l’azote de l’air et en faire de la nourriture ? Chimiquement, on extrait l’azote de l’air, on le combine avec de l’hydrogène, et on obtient de l’ammoniac. Tout commence à partir de là.

Je l’écris simplement, mais c’est l’une des réactions les plus importantes de l’humanité, un peu comme la découverte du feu. C’est pourquoi ses inventeurs ont reçu le prix Nobel, et le procédé porte leur nom : Haber-Bosch.

Le procédé industriel derrière la transformation de l’azote

Son importance vient du fait que l’ammoniac est utilisé pour produire énormément de choses, mais surtout des engrais. Par exemple, le nitrate d’ammonium — NH₄NO₃ (à également des propriétés explosives, comme lors de l’explosion de Toulouse le 21 septembre 2001 (environ 400 tonnes) ou de celle de Beyrouth le 4 août 2020, où environ 2 750 tonnes ont détoné). Grâce à ces engrais, la production agricole a augmenté, et avec elle la population mondiale.

Je vais détailler comment un gaz de l’air devient une protéine dans votre corps, et aussi l’empreinte carbone du procédé Haber-Bosch, qui est très élevée.

• Première étape : il faut de l’azote, obtenu par distillation de l’air. Cela signifie qu’on refroidit l’air jusqu’à presque -200 °C, et à -196 °C l’azote se liquéfie et peut être séparé. Imaginez l’énergie nécessaire…
• Ensuite, de l’autre côté, il faut de l’hydrogène pour fabriquer l’ammoniac. Espérons qu’il s’agisse d’hydrogène vert, issu de l’électrolyse de l’eau alimentée par l’énergie solaire.
• Puis vient le procédé Haber-Bosch : sous environ 300 atmosphères (soit 303,975 bar) de pression et à 400 °C, on synthétise l’ammoniac.

À partir de là, on peut produire beaucoup de choses comme l’urée — CO(NH₂)₂ qui contient une fonction carbamide pour les intimes — ou le nitrate d’ammonium, tous deux utilisés comme engrais. Ainsi, l’azote de l’air devient de petites billes blanches utilisées dans l’agriculture. Et bien sûr, les plantes utilisent cet azote pour grandir et produire une grande variété de molécules, y compris des protéines.

Petite astuce : pour ceux qui ont passé leurs étés à la campagne, vous avez peut-être remarqué que le maïs pousse bien à côté des légumineuses. C’est parce qu’au niveau de leurs racines, il y a des bactéries capables de capter l’azote de l’air, de le transformer et de le fournir à la plante.

Peut-être que la bio-ingénierie est une solution pour l’avenir ? Ce que l’industrie fait à 400 °C et 300 atm de pression, la nature le fait à température et pression ambiantes. Une deuxième révolution pourrait être de remplacer Haber-Bosch par des bactéries… peut-être ?

Nizami

MatérioThinking

MatérioThinking est la chronique du média Cosmos Materia qui explore la matière comme matériau et sujet de réflexion.

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