Diazote

La découverte du diazote est généralement attribuée au chimiste écossais Daniel Rutherford en 1772. Grâce à ses travaux entrepris à l'université d'Édimbourg, Rutherford le distingua du dioxyde de carbone, appelé alors air fixe ou air méphitique et précédemment identifié par son professeur Joseph Black[9]. Toutefois, le gaz n'est pas clairement identifié comme tel, mais plutôt comme une rémanence du fluide phlogistique, théorie en cours à l'époque pour expliquer la combustion des corps.

Six mois avant la publication de Rutherford, Joseph Priestley rapporta à la Société royale de Londres une expérience de Henry Cavendish qui met en évidence un gaz autre que le dioxygène et le dioxyde de carbone, sans toutefois tirer de conclusions apparentes[10].

À la même époque, à l'université d'Uppsala, Carl Wilhelm Scheele isole et identifie clairement le diazote et le dioxygène, qu'il nomme respectivement verdorbene Luft et Feuerluft mais ses travaux ne seront publiés qu'en 1777[11].

Ce n'est qu'en 1789 que l'azote est reconnu comme un élément à part entière, par Antoine Lavoisier[12].

Au XXI^e siècle, le diazote est généralement obtenu par liquéfaction de l'air, suivie d'une distillation fractionnée.

L'extraction du diazote hors de l'air peut également être réalisée au moyen de membranes semi-perméables alimentées en air comprimé. Ces membranes sont composées de faisceaux de fibres d'oxyde polyphénilique creuses à enveloppe perméable enduites d'une couche de 40 nm. La pureté du diazote produit par une membrane dépend du débit demandé : par exemple, l'obtention d'une pureté de 95 % permet des débits allant jusqu'à 5 000 Nm³/h, alors qu'une production d'azote à 99,5 % ne permet que 0,5 Nm³/h.

Une autre méthode pour produire de diazote à partir d'air comprimé est par adsorption : ce type de générateur de diazote est composé d'un tamis moléculaire à base de carbone (appelé CMS pour « Carbon Molecular Sieve »). La taille des micropores du CMS est ajustée pour adsorber les molécules comme le dioxygène, mais pas le diazote, légèrement plus gros. Après récupération du diazote non adsorbé, la pression est relâchée et le CMS libère le dioxygène. Le CMS est régénéré et le cycle peut reprendre[13].

Plusieurs bactéries sont capables de fixer le diazote moléculaire de l'air, première étape avant de pouvoir l'incorporer dans des molécules organiques comme les protéines ou les bases nucléiques constitutives des acides nucléiques support de l'hérédité comme l'ADN et l'ARN. On rencontre notamment ces bactéries en symbiose dans les racines des plantes de la famille des fabacées.

Le diazote, caractérisé par la présence d'une liaison covalente triple (une liaison σ et deux liaisons π), est une molécule très stable qui est pour cette raison utilisée comme gaz inerte pour remplacer l'atmosphère en synthèse chimique. Le diazote ne réagit directement qu'avec le lithium et le magnésium pour former les nitrures correspondants Li₃N et Mg₃N₂.

La stabilité de la molécule de diazote est la force motrice, l'origine de l'instabilité, voire de l'explosivité des composés pouvant libérer une molécule de diazote : azotures, sels de diazonium, azodicarbonamide, etc.

Le diazote atmosphérique peut être converti en ammoniac grâce au Procédé Haber ou au procédé Frank-Caro suivi d'une hydratation. L'ammoniac ainsi produit sert surtout à la fabrication d'engrais[14].

Comme fluide frigorigène, le diazote porte la dénomination « R728 » dans la nomenclature des réfrigérants, régie par la norme 34-1992 d'ANSI/ASHRAE. Il est notamment employé dans les domaines suivants.

• Le diazote non liquide est utilisé comme gaz cryogénique.
• Le diazote gazeux est utilisé comme atmosphère inerte pour protéger des produits (sodium, composés organiques, par exemple vins et viandes), des objets ou des contenants (citernes) de l'oxydation, de la corrosion, des insectes, des champignons, etc.
• Le diazote sert à ajuster la composition des mélanges respiratoires dans les caissons de décompression ou les bouteilles de plongée sous-marine.
• Autres usages :
  • pesticide doux pour éliminer par asphyxie les vers du bois ou certains organismes (exemple : petite vrillette) ayant colonisé des objets anciens fragiles (cadres, sculptures et objets de bois, incunables, parchemins, gravures, etc.) ;
  • gaz de gonflage des accumulateurs hydrauliques en raison de sa passivité vis-à-vis des huiles ;
  • agent de lutte contre les incendies : allié à 50 % d'argon et parfois avec du dioxyde de carbone, il est présent dans certaines installations d'extinction automatique à gaz protégeant des salles informatiques ou des stockages particuliers ne devant pas être endommagés par de la poudre ou de l'eau. Conservé dans des bonbonnes métalliques sous une pression d'environ 200 bars, il est libéré dans un local où un début d'incendie a été détecté. Le volume de diazote injecté remplace une partie de l'atmosphère de la pièce et entraîne une chute du taux d'oxygène dans l'air. Le niveau généralement retenu de 15 % de comburant interrompt le phénomène de combustion sans effet létal sur la respiration humaine ;
  • gaz de gonflage de pneumatiques. Bien que l'air contienne déjà 78 % de diazote, certains professionnels de l'aviation, de l'automobile ou de la Formule 1, par exemple, augmentent cette proportion dans les pneumatiques jusqu'à atteindre de l'azote presque pur. Ce gaz, ayant la propriété d'être inerte et stable, conserve une pression plus constante même en cas d'échauffement intense du pneumatique. De plus, il fuit plus difficilement[15].

Le diazote, contrairement aux gaz inhibiteurs chimiques halogénés et aux CFC ne présente a priori aucun effet nocif pour l'environnement (pas d'impact sur l'effet de serre, ni sur la couche d'ozone). Mais il requiert des réservoirs volumineux, des canalisations adaptées et des mesures constructives pour faire face à la détente brutale d'un équivalent de 40 à 50 % du volume protégé.

Risque d'anoxie : le cas le plus fréquemment rencontré est celui de personnes pénétrant dans des réservoirs remplis d'azote sans s'en apercevoir, du fait que ce gaz est inodore et ne provoque pas de sensation de suffocation (causée par l'excès de dioxyde de carbone, et non par l'absence d'oxygène). Ces personnes sont alors prises de malaises, perdent connaissance, et, si on ne les retire pas très rapidement de cette situation, succombent. Il est nécessaire de vérifier la présence d'une proportion suffisante d'oxygène dans de tels espaces confinés avant d'y pénétrer, ou de s'équiper d'un appareil respiratoire autonome.