Sulfure d'hydrogène

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Sulfure d'hydrogène
Hydrogen-sulfide-2D-dimensions.svgHydrogen-sulfide-3D-vdW.png
Molécule de sulfure d'hydrogène
Identification
Nom IUPAC Sulfure d'hydrogène
Synonymes

Hydrogène sulfuré

No CAS 7783-06-4
No EINECS 231-977-3
FEMA 3779
Apparence gaz comprimé liquéfié, incolore, d'odeur caractéristique d'œufs pourris[1].
Propriétés chimiques
Formule brute H2S  [Isomères]
Masse molaire[3] 34,081 ± 0,005 g/mol
H 5,91 %, S 94,09 %,
Moment dipolaire 0,97833 D [2]
Propriétés physiques
fusion −85,5 °C [4]
ébullition −60,7 °C [4]
Solubilité 5 g·l-1 (eau, 20 °C)[1];

Sol. dans le disulfure de carbone, le méthanol, l'acétone;

L'H2S liquide dissout le soufre et le SO2[4]
Masse volumique 1,539 g·l-1 (°C)[4]
d'auto-inflammation 260 °C[1]
Point d’éclair Gaz Inflammable[1]
Limites d’explosivité dans l’air 4,346 %vol[1]
Pression de vapeur saturante 1 780 kPa
Point critique 100,4 °C;
88,9 atm [4]
Vitesse du son 289 m·s-1 (°C,1 atm)[6]
Thermochimie
S0gaz, 1 bar 205,77 J/mol·K
ΔfH0gaz -20,5 kJ/mol
Δvap 18,67 kJ·mol-1 (1 atm, −59,55 °C);
14,08 kJ·mol-1 (1 atm, 25 °C)[7]
PCI 519,1 kJ·mol-1 [8]
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation 10,457 ± 0,012 eV (gaz)[9]
Propriétés optiques
Indice de réfraction n^{ 0 }_{ D }  1,000644 (1 atm)[4]
Précautions
Directive 67/548/EEC[10],[11]
Très toxique
T+
Extrêmement inflammable
F+
Dangereux pour l’environnement
N



Transport[11]
263
   1053   
NFPA 704

Symbole NFPA 704

0/2
SIMDUT[12]
A : Gaz compriméB1 : Gaz inflammableD1A : Matière très toxique ayant des effets immédiats graves
A, B1, D1A, D2B,
SGH[13],[11]
SGH02 : InflammableSGH04 : GazSGH06 : ToxiqueSGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Danger
H220, H280, H330, H400, P210, P260, P273, P304, P315, P340, P377, P381, P403, P405,
Inhalation Dangereux, les vapeurs sont très irritantes et corrosives
Peau Les solutions concentrées peuvent provoquer des brûlures
Yeux Dangereux, peut causer des brûlures
Ingestion Peut causer nausées et vomissements
Écotoxicologie
Seuil de l’odorat bas : 0,001 ppm
haut : 0,13 ppm[14]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le sulfure d'hydrogène, ou hydrogène sulfuré, est un composé chimique de formule H2S, constitué de soufre et d'hydrogène. C'est un gaz inflammable, incolore, à l'odeur nauséabonde d'œuf pourri, très toxique, faiblement soluble dans l'eau en donnant un acide faible, l'acide sulfhydrique. Il réagit avec les solutions aqueuses basiques et les métaux tels que l'argent ou l'acier, même inoxydable.

Le sulfure d'hydrogène joue un rôle important en biologie. Il est produit par la dégradation des protéines contenant du soufre et est responsable d'une grande partie de l'odeur fétide des excréments et des gaz, humains et animaux. Il peut résulter de décomposition bactérienne de la matière organique dans des environnements pauvres en oxygène (méthanisation).

Le sulfure d'hydrogène est naturellement présent dans le pétrole, le gaz naturel, les gaz volcaniques et les sources chaudes. Le sulfure d'hydrogène peut également provenir de nombreuses activités industrielles et de boule puante.

Synthèse[modifier | modifier le code]

La synthèse du sulfure d'hydrogène peut se réaliser en deux étapes :

  • en mélangeant du soufre et de la limaille de fer, on réalise un brûlât dans un têt (production d'une fumerolle blanche et âcre), ce qui donne une sorte de caillou orangé (le sulfure de fer FeS) avec des traces grises (la limaille qui n'a pas réagi) ;
  • en versant n'importe quel acide (de préférence de l'acide sulfurique, mais c'est l'ion hydronium qu'on fait réagir) sur le sulfure de fer obtenu à la première étape, il se produit immédiatement un dégagement intense de sulfure d'hydrogène bien reconnaissable à son odeur qualifiée dans les manuels scolaires de « nauséabonde », qui est celle de l'œuf pourri.

On peut également faire réagir du sulfure d'aluminium, Al2S3 avec de l'eau, ce qui produit, en plus du H2S, de l'hydroxyde d'aluminium.

Utilisations et industrie[modifier | modifier le code]

Le sulfure d'hydrogène est produit par de nombreuses industries, par exemple dans la transformation des produits alimentaires, le traitement des eaux usées, les hauts fourneaux, la papeterie, la tannerie, le raffinage du pétrole. Il est également présent dans le gaz naturel et le pétrole, desquels il est généralement retiré industriellement avant leur traitement.

En chimie organique, le sulfure d'hydrogène peut être utilisé pour produire des composés organosulfurés tels que le méthanethiol, l'éthanethiol ou encore l'acide thioglycolique.

Il réagit avec les métaux alcalins pour donner des hydrosulfures et des sulfures alcalins, tels que l'hydrosulfure de sodium NaHS et le sulfure de sodium Na2S, qui sont utilisés dans la dégradation des biopolymères. D'une manière générale, le sulfure d'hydrogène réagit avec les métaux pour donner le sulfure métallique correspondant. Cette propriété est mise à profit dans le traitement de gaz ou d'eau contaminés par le sulfure d'hydrogène. La purification de minerais métalliques par flottation, les poudres minérales sont souvent traitées au sulfure d'hydrogène pour accroître la séparation. Les pièces métalliques peuvent également être passivées au sulfure d'hydrogène.

Les catalyseurs utilisés en hydrodésulfuration sont couramment activés par le sulfure d'hydrogène, et ce dernier modifie également le comportement des catalyseurs métalliques utilisés dans d'autres équipements d'une raffinerie.

En chimie analytique, il a joué un rôle important pendant plus d'un siècle pour caractériser les ions métalliques en analyse qualitative non-organique. Dans ce type d'analyses, les ions de métaux lourds (et de non-métaux), tels que Pb2+, Cu2+, Hg2+, ou As3+, en solution précipitent en présence d'H. Les composants des précipités qui en résultent se dissolvent à nouveau sélectivement.

À l'échelle du laboratoire, le thioacétamide a supplanté le sulfure d'hydrogène comme source d'ions sulfure.

Le sulfure d'hydrogène est utilisés pour séparer l'eau lourde D2O de l'eau normale par le procédé de Girdler.

Corrosion des métaux[modifier | modifier le code]

Ce gaz peut s'accumuler dans les réseaux d'assainissement et corroder les tuyaux qu'ils soient en béton ou en métal. Il peut faire suffoquer les égoutiers. Lorsqu'il est présent dans le gaz naturel, il corrode les matériels traditionnels tels que les tuyaux, les vannes, etc. Il faut alors remplacer les matériaux usuels par de l'Inconel, ce qui n'est pas sans conséquences sur le prix des installations.

Il attaque également l'argent ; c'est la raison pour laquelle les bijoux argentés noircissent lorsqu'ils sont longuement exposés à l'atmosphère polluée. Le sulfure d'argent résultant de la réaction est de couleur noire.

Effets sur la santé[modifier | modifier le code]

Le sulfure d'hydrogène est considéré comme un poison à large spectre. Il peut donc empoisonner différents organes. L'inhalation prolongée de sulfure d'hydrogène peut causer la dégénérescence du nerf olfactif (rendant la détection du gaz impossible) et provoquer la mort juste après quelques mouvements respiratoires. L'inhalation du gaz, même en quantité relativement faible, peut entraîner une perte de connaissance.

L'exposition à des concentrations inférieures peut avoir comme conséquence des irritations des yeux, de la gorge, une toux douloureuse, un souffle court et un épanchement de fluide dans les poumons. Ces symptômes disparaissent habituellement en quelques semaines. L'exposition à long terme à de faibles concentrations peut avoir pour conséquence : fatigue, perte d'appétit, maux de tête, irritabilité, pertes de mémoire et vertiges.

Dans certaines conditions, une production endogène de H2S est possible dans l'intestin (ainsi que d'amines, phénols, indoles, thiols, CO2, H2) par les bactéries intestinales ; ces métabolites sont tous toxiques et pourraient jouer un rôle dans certaines maladies intestinales[15].

Les études sur des animaux ont prouvé que les porcs ayant mangé de la nourriture contenant du sulfure d'hydrogène ont eu des diarrhées après quelques jours et une perte de poids après environ 105 jours.

Mark Roth, biochimiste de l'Université de Washington à Seattle, a montré que des souris inhalant durant quelques minutes une faible dose de sulfure d'hydrogène (80 ppm) perdent connaissance et sont plongées dans un état de vie suspendue[16], leur température chute de 37 °C à 25 °C environ[17] et leur respiration est ralentie (de 120 à moins de 10 respirations par minute). Leur métabolisme est ralenti et leurs cellules consomment alors moins d'oxygène. Après 6 heures, les souris ont été ré-exposées à un air normal et se sont réveillées en bonne santé. Dans ce cas, les chercheurs n'ont noté aucun effet secondaire évident. Cela laisse penser« qu'il est possible de baisser le niveau métabolique à la demande » selon Roth, qui ajoute que bien que ces découvertes puissent avoir des implications dans le domaine de l'exploration spatiale, son équipe travaille d'abord sur des débouchés médicaux[18].

Ce pourrait aussi être un moyen de limiter les effets de stress oxydant induit par les radiations lors de vols spatiaux longs[19]. Les blindages anti-rayonnement cosmique sont lourds et couteux, aussi recherche-t-on des alternatives chimiques et biologiques[19]. Des gaz médicaux radioprotecteurs pouvant piéger les radicaux libres sont une piste (le CO, H2, NO, et le gaz H2S sont étudiés dans cet espoir, visant aussi à limiter des maladies impliquant le stress oxydatif (maladies cardiovasculaires ou inflammatoire chronique, hypertension, ischémie, cancer, maladie de Parkinson, maladie d'Alzheimer, cataractes, et vieillissement[19]. Le traitement pourrait passer par l'inhalation de mélanges gazeux ou par l'ingestion d'eau avec des gaz dissous[19].

Relation odeur-santé[modifier | modifier le code]

Le seuil de toxicité du sulfure d'hydrogène est de 14 mg/m³, tandis que son seuil de perception olfactive chez l'homme est de 0,00066 mg·m-3 soit (0.00 4ppm), c'est-à-dire que notre système olfactif est capable de détecter cette substance en très faible quantité. Ceci nous permet d'être alerté avant une absorption pouvant être toxique, à condition que l'accroissement de la concentration de gaz ne soit pas instantanée (cas des poches de gaz dans les réseaux d'assainissement).

Cependant, à partir d'un certain seuil, facile à atteindre (100 à 150 ppm), le nerf olfactif est paralysé et le sujet ne sent plus rien.

Suicides au Japon[modifier | modifier le code]

Début 2008, le sulfure d'hydrogène est utilisé dans beaucoup de cas de suicides au Japon.

De janvier à fin mai 2008, 517 personnes se sont donné la mort grâce à une recette trouvée sur internet[20], mélangeant détergents et produits pour le bain, ce qui produirait du sulfure d'hydrogène en forte quantité.

Plusieurs bâtiments ont dû être évacués, pour ne pas blesser plus de monde.

Émanations dues aux marées vertes en Bretagne[modifier | modifier le code]

En juillet 2009, un cheval est mort des suites d'inhalation de sulfure d'hydrogène sur les plages bretonnes. En effet, l'amoncellement important d'algues vertes en décomposition a créé une forte concentration d'hydrogène sulfuré (1 000 ppm) qui s'est révélée mortelle pour l'animal. Le cavalier a été sauvé de justesse. On considère qu'un être humain peut survivre seulement une minute dans un air à 1 400 ppm d'hydrogène sulfuré[21].

Au mois de juillet 2011, on compte plusieurs dizaines de sangliers morts sur ces mêmes plages bretonnes. Une enquête est en cours, mais l'hydrogène sulfuré a été retrouvé dans les poumons d'au moins cinq d'entre eux[22].

La formation du gaz H2S à partir des algues vertes ne s'explique pas directement par la présence de nitrates, car ils ne contiennent pas de soufre. Les nitrates sont par contre vraisemblablement la cause de la prolifération des algues, et c'est l'accumulation des algues en forte épaisseur qui est la cause d'une fermentation anaérobique, c'est-à-dire sans air : cette fermentation provoque alors la réduction des sulfates contenus naturellement dans l'eau de mer (environ 2,7 g⋅l-1) et la combinaison du soufre avec l'hydrogène de l'eau pour former du sulfure d'hydrogène. La Bretagne n'est pas la seule région touchée par la prolifération des algues vertes : on en trouve également en bordure de l'étang de Berre.

Rôle hypothétique dans l'extinction permo-triasique[modifier | modifier le code]

Peuplée de créatures essentiellement reptiliennes, la Terre connait un bouleversement majeur dû à un réchauffement climatique il y a 250 Ma. Ce réchauffement de l'atmosphère provoque le ralentissement, voire l'arrêt total des courants océaniques qui sont alimentés par la descente en profondeur de l'eau froide aux pôles. L'arrêt des courants océaniques a pour conséquence essentielle la stagnation des océans. Puisque ces courants apportent de l'oxygène et des nutriments nécessaires à la vie marine, la plupart des créatures marines meurent et tombent au fond des océans. La décomposition de ces animaux morts dégage d'énormes quantités de sulfure d'hydrogène qui remontent à la surface et viennent empoisonner l'atmosphère. Les animaux terrestres sont donc affectés et sont aussi décimés. Cette période de la vie terrestre est nommée extinction du Permien. Malgré tout, les causes menant à l'extinction permo-triasique restent mal définies. L'explication du sulfure d'hydrogène reste une hypothèse à corréler à d'autres.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e SULFURE D'HYDROGENE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, CRC,‎ 16 juin 2008, 89e éd., 2736 p. (ISBN 142006679X et 978-1420066791), p. 9-50
  3. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  4. a, b, c, d, e et f (en) Pradyot Patnaik, Handbook of inorganic chemicals, McGraw-Hill,‎ 2003, 1086 p. (ISBN 0-07-049439-8), p. 379
  5. a et b (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill,‎ 1997, 7e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50
  6. (en) W. M Haynes, Handbook of chemistry and physics, CRC,‎ 2010-2011, 91e éd., 2610 p. (ISBN 9781439820773), p. 14-40
  7. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,‎ 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-4200-9084-0)
  8. Magalie ROY-AUBERGER, Pierre MARION, Nicolas BOUDET, Gazéification du charbon , ed. Techniques de l'Ingénieur, Référence J5200, 10 Dec 2009, p. 4
  9. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, CRC,‎ 2008, 89e éd., 2736 p. (ISBN 978-1-4200-6679-1), p. 10-205
  10. « sulfure d'hydrogene » sur ESIS, consulté le 11 février 2009
  11. a, b et c Entrée de « Hydrogen sulfide » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  12. « Sulfure d'hydrogène » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  13. Numéro index 016-001-00-4 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  14. « Hydrogen sulfide », sur hazmap.nlm.nih.gov (consulté le 14 novembre 2009)
  15. Macfarlane GT, Macfarlane S., Bacteria, colonic fermentation, and gastrointestinal health.  ; J AOAC Int. 2012 Jan-Feb;95(1):50-60. (Résumé)
  16. « Hibernation : ceci n'est pas Walt Disney », sur Agence Science-Presse
  17. Mark Roth, « Roth Lab »
  18. « Des boules puantes mettent des souris en animation suspendue », sur Futura-Sciences
  19. a, b, c et d Schoenfeld MP, Ansari RR, Nakao A, Wink D, A hypothesis on biological protection from space radiation through the use of new therapeutic gases as medical counter measures ; Med Gas Res. 2012 Apr 4;2(1):8. (Résumé)
  20. Gaz mortel au levant, Le quotidien du médecin no 8376, 23-05-2008
  21. Le Figaro, le 20 août 2009 Le Figaro - Sciences : Algues vertes : le risque pour l'homme est confirmé
  22. Damien Meyer / AFP, « De l'hydrogène sulfuré a été retrouvé sur cinq des sangliers morts en Bretagne », Le Point,‎ 1er août 2011 (lire en ligne)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (fr), Molinero, R., & Fagegaltier, R. (1955, June). 6. Étude du comportement volumétrique et des conditions de formation d’hydrates d’un gaz naturel contenant une forte proportion d’hydrogène sulfuré. In 4th World Petroleum Congress.