Les informations essentielles à connaître sur l’Azote

L’azote est représenté par le symbole chimique N et son numéro atomique est le 7. Il est le premier de la famille des pnictogènes et constitue environ 78,06 % de l’atmosphère sous forme de diazote (N₂). En termes d’abondance, cet élément est le 34^ème dans la croûte terrestre. Il est essentiellement présent dans les nitrates (le KNO₃ ou nitrate de potassium et le NaNO₃ ou nitrate de sodium). Ces derniers étaient, jusqu’à la fin du XIXème siècle, les principaux composants de la poudre noire. L’azote est également employé à des fins industrielles en grande quantité, notamment sous forme de composés d’ammonium. Dans l’industrie pétrolière, il est principalement utilisé pour le traitement des hydrocarbures. Il permet d’améliorer la qualité des produits et d’augmenter le rendement.

La découverte et l’histoire de l’azote

Antoine Lavoisier a donné au gaz inerte le nom d’azote. Ce dernier signifie étymologiquement « sans vie », puisqu’il est incapable de maintenir la vie des êtres vivants (contrairement à l’oxygène). Son nom latin est le nitrogenium. Ce terme a été dérivé du grec nitron gennan qui se traduit par « formateur de salpêtre ». Aujourd’hui, le terme anglais « nitrogen » est le plus utilisé pour désigner l’azote. Le mot français « nitrogène », lui, n’est pas aussi employé.

Des composés contenant l’élément azote étaient connus depuis l’Antiquité. Tel est, par exemple, le cas du salpêtre (nitrates de sodium et de potassium). Cependant, ce n’était qu’en 1772 que Daniel Rutherford parvint à isoler le diazote. Joseph Priestley, lui, a préparé le protoxyde d’azote N₂O en 1772 et l’ammoniac NH₃ en 1774. Quant à Louis Joseph Gay-Lussac, il a produit en 1809 le premier composé accepteur.

Isotopes

On connaît seize isotopes de l’azote dont la masse atomique varie entre 10 et 25. Ceux-ci incluent également un isomère nucléaire, le ^11mN. Parmi eux, deux sont particulièrement stables et restent présents dans la nature : le ¹⁴N et le ¹⁵N. Le premier est majoritairement composé d’azote à hauteur de 99,64 %. La masse atomique standard de ce gaz incolore et inodore est de 14,0067 u.

Les demi-vies des radio-isotopes de l’azote sont très courtes. La plupart sont inférieures à 625 ms et toutes ne dépassent pas les 7,15 secondes. L’azote 13 (¹³N) est celui qui possède la demi-vie la plus longue. Celle-ci est de 9,965 minutes.

Les entités contenant l’élément chimique azote

L’azote peut prendre différentes formes, il va de l’état pur à des composés plus complexes contenant de l’oxygène. Il est également présent dans des entités ne contenant que l’élément N.

Les entités ne contenant que l’élément chimique N

Il existe quatre formes chimiques de l’azote : la molécule de diazote, l’atome et les deux ions.

Le diazote

Le N2 est le composé d’azote le plus courant. Les deux atomes sont reliés par une triple liaison. Celle-ci est considérée comme l’une des plus fortes après celle du monoxyde de carbone (CO).

Le diazote est cinétiquement inerte. Il constitue le composant le plus abondant de l’atmosphère terrestre. Il est produit industriellement par distillation de l’air ambiant.

Le procédé Haber permet d’obtenir une formation d’ammoniac. Il s’agit de sa principale réactivité :
N_{2 (g)} + 3H_{2 (g)} → 2NH_{3 (g)}

L’atome

On peut obtenir du nitrogène (N₂) en laboratoire par faible pression (0,1 – 2 mmHg) et avec une décharge électrique. Après sa formation, une faible lumière jaune se crée et dure plusieurs minutes. Il s’agit du résultat de la désexcitation de N₂. Il a été produit par la réunion de deux atomes d’azote.

Cette forme excitée de diazote peut être mise en évidence en présence de CO₂. Il se forme alors CO et de l’oxygène atomique dans un état triplet.

Les ions de l’azote

Le premier ion stable de l’azote est le nitrure N³⁻. Il se trouve uniquement dans des solides tels que les nitrures métalliques ou les complexes métalliques. Il est également présent dans l’ion nitrate NO₃⁻.

L’ion azoture N₃⁻ est la forme basique de l’acide azothydrique HN₃. Il est le deuxième ion stable de l’azote et peut être utilisé pour former des sels inorganiques tels que l’azoture de sodium NaN₃. Il sert aussi à la fabrication des composés organiques substitués tels que la zidovudine.

Les composés de l’azote

L’azote est un élément qui interagit avec plusieurs autres substances chimiques. Des composés organiques et inorganiques en contiennent. Certains d’entre eux sont réactifs et peuvent servir de signalisation cellulaire. Ils sont aussi utilisés comme agent de l’immunité, tandis que d’autres peuvent être nocifs.

L’azote et l’hydrogène

L’ammoniac est le composé le plus courant qui présente une liaison N-H. D’autres exemples de molécules dotées de cette liaison sont :

• les ions ammonium NH₄⁺ ;
• les amines primaires RNH₂ et secondaires R₂NH ;
• les ions amidure NH₂⁻ ;
• l’hydrazine N₂H₄ ;
• l’acide azothydrique HN₃ ;

Les composés suivants, moins courants, peuvent également être mentionnés : les azanes et les azènes. Font aussi partie de cette grande famille : le trans-diazène N₂H₂ et son isomère le 1,1-diazène, le triazène N₃H₃, le triazane N₃H₅, etc.

L’azote et l’oxygène

Le cycle catalytique du dioxyde, du monoxyde et du NO2 permet de déterminer l’importance des oxydes d’azote.

Si le rayonnement du soleil n’était pas là pour photodissocier le dioxyde d’azote, il conduirait à une destruction considérable de l’ozone. La photodissociation du NO2 par le rayonnement solaire a des longueurs d’onde inférieures à 400 nm. Il permet de limiter la concentration de ce dioxyde d’azote.

Les différentes utilisations de l’azote

L’azote gazeux est une substance gazeuse qui constitue 78,06 % de l’air en volume et 75,5 % en masse. Il est produit à hauteur de 150 millions de tonnes par an à l’échelle mondiale. Il est obtenu par liquéfaction de l’air, dont il est le principal constituant.

Usage du diazote

Le gaz diazote est utilisé dans les applications suivantes :

• L’emballage de denrées alimentaires à l’aide de MAP (Modified Atmosphere Packaging) améliore la durabilité des produits alimentaires. L’air ambiant est remplacé par de l’azote (95 à 99,5 % de pureté). Ce gaz « neutre » crée une atmosphère inerte. Il protège les produits et les objets contre la corrosion, les insectes, les champignons et autres dommages.
• En biologie, l’azote liquide est exploité pour cryoconserver les cellules. Il sert aussi à moudre manuellement des tissus afin d’extraire de l’ADN ou des protéines.
• Ce gaz est employé comme pesticide doux pour supprimer par asphyxie les vers du bois ou d’autres organismes. Ils infestent des objets anciens fragiles tels que des cadres, des sculptures et des objets en bois. Cela concerne aussi les incunables, les parchemins et les gravures.
• L’air contient déjà 78 % d’azote (de diazote pour être précis). Toutefois, certains professionnels de l’aviation ou de la Formule 1 (par exemple) préfèrent utiliser de l’azote presque pur. Cet élément leur permet d’atteindre un gonflage plus élevé de leur pneumatique.
• L’utilisation du gaz inerte et stable conserve une pression constante. En effet, cet élément chimique préserve ses performances même sous des conditions d’échauffement extrême.
• Les véhicules équipés de pneus à haute pression sont soumis à des contraintes moins importantes. Ceux qui utilisent ce type de gonflage doivent tout de même contrôler les pressions régulièrement.
• Les accumulateurs hydrauliques sont alimentés par un gaz inerte qui ne réagit pas aux huiles.
• La fabrication mécanique moderne recourt souvent à un rayon laser qui requiert de l’azote pour fonctionner. Il est utilisé en tant que gaz moteur ou comme gaz inerte.

Un agent de lutte contre les incendies est utilisé dans des systèmes d’extinction automatique à gaz. Celui-ci est composé de 50 % d’argon et parfois de dioxyde de carbone. Il sert à protéger des zones sensibles contre les dommages causés par la poudre ou par l’humidité. Ce gaz est conservé dans des bonbonnes métalliques et sous une pression d’environ 200 bars. Lorsqu’un début d’incendie est détecté, le gaz est libéré dans la pièce concernée.

Une quantité de diazote est injectée dans la pièce. Il remplace une partie de l’air et fait baisser le taux d’oxygène. Un niveau de 15 % de comburant est généralement maintenu pour arrêter le phénomène de combustion. Cette alternative n’a aucun effet néfaste sur la santé humaine.

L’azote peut être injecté dans des fours de production de métaux hautement oxydables. Cela concerne l’aluminium et ses alliages, par exemple. Le processus évite leur oxydation par l’oxygène présent dans l’air. Il est également utilisé pour prévenir la corrosion lors des brasures comme la brasure du cuivre.

L’azote liquide est un gaz qui peut être utilisé comme pesticide doux. Il est inodore, incolore et non inflammable. Il est souvent utilisé dans les applications agricoles pour contrôler les mauvaises herbes, les insectes et les ravageurs. Il peut être appliqué par vaporisation, par irrigation ou par aspersion. Il est également utilisé dans les applications industrielles pour le refroidissement et le nettoyage.

L’azote liquide est un produit sûr pour l’environnement, car il est exempt de produits chimiques nocifs. Cependant, il est important de noter qu’il peut être toxique pour les animaux et pour les plantes. Cette situation se produit lorsque l’azote est utilisé à des concentrations trop élevées. Par conséquent, il est important de suivre les instructions des fabricants lors de l’utilisation de l’azote liquide. Ce gaz est également très économique et écologique. Il ne nécessite pas beaucoup d’énergie pour être produit ou appliqué. En outre, aucun produit chimique nocif n’est libéré lors de son utilisation.

L’azote liquide est un produit utilisé comme agent de refroidissement. Il est formé d’azote et d’oxygène à une pression extrêmement basse. Il est principalement utilisé dans l’industrie alimentaire. Il sert à conserver des aliments et à fabriquer des produits laitiers. Il est également utilisé pour le refroidissement des ordinateurs et d’autres appareils électroniques. L’azote liquide est un gaz inerte. Il n’est pas inflammable et ne réagit pas au contact d’autres substances. Cependant, il est extrêmement froid et peut provoquer des brûlures sévères en raison de son contact direct avec la peau.

Beaucoup de personnes l’utilisent pour remplir les pneus et pour nettoyer les pièces mécaniques. Dans le domaine médical, il s’avère utile pour la cryothérapie et le traitement des tumeurs. L’azote liquide est également utilisé pour la fabrication de produits pharmaceutiques et cosmétiques.

Le diazote ne produit aucun impact sur l’effet de serre ni sur la couche d’ozone. Cependant, il requiert des réservoirs et des canalisations de grandes dimensions. Il faut aussi déterminer des mesures constructives. Elles permettent de gérer la détente brutale qui peut atteindre 40 à 50 % du volume protégé. En comparaison, les gaz inhibiteurs chimiques halogénés et les CFC sont plus nocifs pour l’environnement.

Les morts par asphyxie sont attribuables à l’utilisation de diazote pour créer des environnements confinés inertes. Ils soulignent le danger qu’il y a à entrer dans de tels espaces. Il faut toujours vérifier la concentration d’oxygène. Dans ces cas-là, il est fortement recommandé d’utiliser un appareil respiratoire autonome.

Lors de la plongée sous-marine, l’azote inhalé sous pression peut engendrer une narcose. Les personnes les plus sensibles à ce phénomène peuvent être touchées à une pression partielle de l’azote (PpN2) de 3,2 bars. Elle correspond à une profondeur de 30 mètres environ dans les eaux de la mer. Une PpN2 de 5,6 bars (60 mètres en profondeur en mer) est considérée comme nocive pour l’organisme. Cela explique la limite légale de plongée à l’air à 60 mètres en France. L’azote est le seul facteur à déterminer la durée et la profondeur des paliers de décompression lors d’une plongée à l’air.

Usage des composés de l’azote

Malgré son appellation, l’azote compose les êtres vivants, les écosystèmes ainsi que des agrosystèmes. Il représente environ 15 % des protéines et est utilisé dans les produits chimiques, notamment les pesticides à « urées substituées ».

Le nitre était à l’origine utilisé pour fabriquer de la poudre à canon. L’azote est aujourd’hui employé à des fins de fertilisation. Il est présent dans l’urée animale et le guano (excréments secs d’oiseaux ou de chauve-souris). L’utilisation de ces composés d’azote s’est répandue dans un grand nombre de pays. Cela concerne notamment le Chili, le Pérou, l’Inde, la Bolivie, l’Espagne, l’Italie et la Russie.

Aujourd’hui, de nombreux usages sont pourvus par des composés qui sont produits industriellement par synthèse chimique. Les engrais agricoles fournissent aux plantes des sels d’ammonium. Ils les forcent à absorber davantage d’eau. Cet équilibre osmotique augmente leur taille. En présence d’autres minéraux, cet apport en azote stimule la croissance des plantes cultivées. Cela concerne le phosphore et le potassium.

Pour ses usages, l’azote est employé sous forme de nitrate d’ammonium (NH₄NO₃). Il est aussi décliné sous forme de sulfate d’ammonium (NH₄)₂SO₄. Vous avez, entre autres, du monophosphate d’ammonium (NH₄H₂PO₄) ou de l’urée (CO(NH₂)₂).

Aujourd’hui, l’azote est de plus en plus utilisé dans le monde entier. Cela a provoqué une pollution généralisée (eutrophisation, dystrophisation). Elle affecte l’environnement (eaux de nappes, estuaires, certains littoraux). Cette situation a créé des zones mortes dans les océans. Elle est considérée comme extrêmement préoccupante selon l’ONU.

La nitroglycérine est un composé organique nitré qui est employé pour traiter des désordres cardiovasculaires. Quant au protoxyde d’azote, il s’agit d’un gaz hilarant qui sert à anesthésier.

L’ammoniac NH3 est utilisé dans la fabrication de polymères et d’explosifs. Il est aussi présent dans les engrais et les fluides réfrigérants pour installations industrielles. De plus, il est utilisé comme combustible pour l’hydrazine et d’autres dérivés. Ces composés chimiques organiques possèdent plusieurs groupes -ONO₂ ou -NO₂ tels que la dynamite. Ils sont également utilisés comme gaz propulseur pour les bombes aérosol et aérographe. Ils servent de conservateur (numéro E E250). Ils font aussi gonfler instantanément les coussins gonflables de sécurité en cas de choc.

Bilan azoté

Les acides aminés sont la principale source alimentaire de l’azote. Seules les bactéries sont capables d’utiliser l’azote atmosphérique. La mesure non invasive des concentrations d’azote chez l’Homme est impossible à réaliser éthiquement. Elle est possible en géologie grâce à l’irradiation des cailloux. Ce processus quantifie la teneur en atomes de certains éléments tels que l’azote. Le bilan azoté tient compte des quantités d’azote apportées et perdues. Les formules de Lee et Hartley ou de Mac Kenzie sont les plus utilisées. Ils sont basés sur l’excrétion urinaire d’urée.