Nitrate de potassium

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Nitrate de potassium
Nitrate de potassium
Nitrate de potassium
Identification
Nom UICPA Nitrate de potassium
Synonymes

ancien azotate de potasse, nitrate de potasse, salpêtre, sel de pierre, sal petrae en latin

No CAS 7757-79-1
No EINECS 231-818-8
No E E252
Apparence poudre cristalline incolore à blanche[1],
ou prismes transparents incolores
Propriétés chimiques
Formule brute KNO3  [Isomères]
Masse molaire[2] 101,1032 ± 0,0012 g/mol
K 38,67 %, N 13,85 %, O 47,47 %,
Moment dipolaire ?
Propriétés physiques
fusion 333 à 334 °C[1]
ébullition Se décompose au-dessous du point d'ébullition à 400 °C[1]
Solubilité Dans l'eau à 25 °C : 357 g·l-1[1],
1,61 g·l-1 dans l'alcool à 90 %,
insoluble dans l'alcool absolu ou éthanol,
soluble dans la glycérine
Masse volumique 2,1 g·cm-3[1]
Thermochimie
ΔfH0liquide 9,4 kJ/mol
Propriétés électroniques
Constante diélectrique 61,1
Cristallographie
Système cristallin orthorhombique, modèle de l'aragonite
Précautions
Directive 67/548/EEC[3]
Comburant
O



Transport[3]
50
   1486   
SIMDUT[4]
C : Matière comburante
C,
Inhalation Peut causer une irritation des voies respiratoires, voire convulsions, tachycardie, dyspnée...
Peau Risque moyen
Yeux Peut causer une irritation
Ingestion Nausées, vomissements et diarrhée
autre Très réactif.
Écotoxicologie
DL50 lapins par ingestion :
1,166g d'anions/kg
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le nitrate de potassium est un corps chimique ionique anhydre composé d'anions nitrates et de cations potassium, de formule brute KNO3. Ce composé minéral salin de densité entre 2,1 et 2,2 suivant sa pureté, soluble dans l'eau, est le nitre des minéralogistes, caractéristiques des zones désertiques, ou le salpêtre des anciens chimistes ou collecteurs-fabricants de poudre noire. Il était aussi nommé dans l'ancienne nomenclature chimique française « nitrate de potasse », voire nitre de potasse.

Bien connu probablement avant le Moyen Âge, le salpêtre en latin médiéval salpetrae signifie littéralement le sel de pierre[5]. L'appellation salpêtre ne s'applique pas qu'au corps chimique anhydre, mais aussi aux corps hydratés constituant une couche pulvérulente blanchâtre, qui se forme sur les vieux murs humides par évaporation de l'eau. Le salpêtre était récolté en grattant des pierres ou des briques situées dans des lieux sombres autrefois marqués par un environnement ammoniaqué, comme les caves d'affinages, les étables, les écuries, ou à défaut, par des eaux riches en ions ammonium ou nitrates.

Les ions ammoniums sont facilement oxydés en nitrates par les bactéries dites nitrifiantes, présentes dans ces environnements. Le sel anhydre est obtenu par simple séchage, opération naturelle conduisant à la perte de l'eau de cristallisation des sels hydratés.

Un mélange proportionné de poudres de soufre, de charbon de bois pulvérulent et de salpêtre permet de fabriquer de la poudre à canon ou poudre noire. Cette poudre allumée disparaît en un nuage de gaz vite dissipé. Simplement mélangé à du charbon de bois en poudre, le salpêtre explose à la chaleur. Son usage comme explosif fut de fait un des principaux emplois historiques du nitre ou du salpêtre.

Propriétés chimiques et physiques[modifier | modifier le code]

Il s'agit le plus souvent d'une poudre cristalline incolore transparente à blanchâtre, masse saline informe et pulvérulente, parfois mise en pastille commerciale, friable et légère de densité avoisinant 2,11.

Le nitrate de potassium est moins soluble dans l'eau à température ambiante que le nitrate de sodium. L'eau pure ne peut en contenir que 357 g·L-1 à 25 °C (contre 912 pour le nitrate de sodium).

Solubilité aqueuse du salpêtre

Sa solubilité pour 1 l d'eau pure croît rapidement avec la température; elle passe de 130 g à °C, à 270 g à 20 °C, à 410 g à 60 °C, puis à 2 470 g. À titre de comparaison, la solubilité du sel de mer reste pratiquement constante quand la température varie à 360 g par litre[6]. Le nitrate de potassium est insoluble dans l'éthanol pur, mais il est légèrement soluble dans l'alcool à 95 %, soit 0,1 g à °C[7]. Il s'agit d'un effet induit de la plus grande polarisabilité des cations potassium.

Cette propriété est utilisée pour préparer en solution aqueuse, à partir de nitrate de sodium ou nitronatrite et de sylvine.

NaNO3aqueux + KClaqueux → NaCl déposé à chaud + KNO3plus soluble à chaud, se dépose ensuite à froid

Le nitrate de potassium est soluble dans la glycérine.

Le nitrate de potassium est une matière comburante, qui active toute combustion. L'effet de la chaleur tend à libérer l'équivalent d'une molécule d'oxygène sous forme d'oxygène actif qui contribue à l'oxydation du milieu ou aggrave l'incendie. En métallurgie, son usage permet de brûler les résidus carbonés ou sulfuré, voire de bronzer ou oxyder les métaux. C'est aussi une matière explosive, dangereuse et potentiellement fumigène si elle est mise en contact avec des corps chimiques réducteurs, par exemple des corps carbonés puis allumée, choquée ou frappée.

Le processus de dégradation comme engrais épandus est similaire. Dans un milieu chaud, le salpêtre libère l'oxygène et laisse à faible dose de l'azote assimilable par les plantes. Toutefois, à forte doses, les plantes accumulent les nitrates, qui sont par ailleurs toxiques pour les mammifères supérieures.

Le salage des viandes au nitrate de potassium, dénommé conservateur E252 dans l'industrie agro-alimentaire, confère une couleur rouge par effet d'oxydation et de dessèchement superficiel.

Formation sur les murs ou cavités[modifier | modifier le code]

Origine[modifier | modifier le code]

La formation de salpêtre et des sels minéraux qui lui sont associés est une conséquence des remontées d'humidité par capillarité dans les murs des vieilles constructions, que ce soit sur les murs de pierre, de briques, sur les plaques de plâtre collées à ces murs, derrière les enduits, les peintures ou dans les caves[8].

Les bâtiments récents disposent en revanche d'une arase étanche : cette barrière isole la base des murs et permet de faire face à la remontée d'humidité du sol.

Comme les anciens bâtiments ne sont pas équipés de cette barrière, l'eau contenue dans le sol va remonter et entraîner avec elle les sels hygroscopiques, le plus souvent des nitrates, sulfates ou chlorures.

Á la surface du mur, l'eau s’évapore, tandis que les sels redeviennent stables et se recristallisent. Le dépôt qui se forme, le salpêtre, ressemble à un amas de fibres blanches.

Formation de salpêtre sur un mur après de fortes pluies

Ces dépôts de nitre sont très fréquents dans les environnements ammoniaqués, comme les caves d'affinages, les étables, les écuries, à proximité d'une fosse septique; l'ammoniac s'y forme à partir de l'urine. On les trouve aussi dans les régions où l'eau est riche en ions ammonium ou encore naturellement riche ou bien polluée par les nitrates. Les matières organiques progressent dans les murs par capillarité, où elles rencontreront l'air et les bactéries nitrifiantes qui vont produire le salpêtre[6].

Autrefois celui-ci était récolté dans les caves ou certaines grottes par les collecteurs de poudre.

Le salpêtrage désigne la formation du salpêtre sur les murs[9], soit naturel, sur les murs salpêtreux ou encore artificiel. Dans ce cas, les chimistes opéraient en cuve.

Le salpêtre pouvait être recueilli par brossage, c'est le salpêtre de houssage[6].

Dégâts causés[modifier | modifier le code]

En cas de reprise d'humidité, les sels cristallisés sont de nouveau solubles et provoquent de nombreux dégâts car le salpêtre déstabilise les enduits hydrauliques (extérieurs) et les enduits plâtres (intérieurs) ainsi que les finitions :

  • Il décolle les enduits, le papier peint et tout type de finitions
  • Derrière une finition bois comme les lambris, le salpêtre pourrit le bois
    • Il peut aussi engendrer une pulvérulence des pierres

Ces détériorations requièrent des travaux de maintien réguliers si les murs ne sont pas traités. De plus, les murs sont détériorés en profondeur et les fondations sont fragilisées, car le salpêtre et les sels minéraux associés sont bien présents dans toute l'épaisseur des murs et concentrés à la surface des matériaux.

Action des bactéries nitrifiantes[modifier | modifier le code]

Filaments de salpêtre (détails) à la surface d'un mur. Photo Thomas Bresson

Les bactéries nitrifiantes ont besoin de l'ammoniac de l'eau du sol ou de l'environnement du lieu et du carbonate de potassium contenu dans les murs; le résidu de la fermentation est la production du salpêtre. La transformation dénommée nitrification comporte en elle-même deux étapes : la nitrosation et la nitrification proprement dite qui se termine au contact du dioxygène de l'air pour former le nitrate de potassium ou salpêtre.

Utilisations[modifier | modifier le code]

Comburant[modifier | modifier le code]

Le nitrate de potassium est très connu comme propergol de fusée en association avec un glucide tel que le saccharose (sucre en poudre) ou le glucose ou bien un polyol tel que le sorbitol (65 % de nitrate de potassium et 35 % de sorbitol). Mélangés ensemble puis fondus, ils se lient très bien pour former un propergol solide en refroidissant[10].

Autres utilisations[modifier | modifier le code]

Les jardiniers avertis l'utilisent pour se débarrasser des souches d'arbres. Il suffit de percer des trous de 15 à 30 cm de profondeur avec la plus grosse mèche possible sur tout le pourtour de la souche. Remplir les trous avec du nitrate de potassium. Laisser reposer plusieurs mois en rajoutant du nitrate de potassium si nécessaire. Il suffit alors d'allumer un feu au-dessus de la souche pour qu'elle prenne et au bout de quelques jours la combustion souterraine aura réduit les racines en cendres.

Certains aquariophiles l'utilisent aussi comme source peu onéreuse et précise de nitrate et de potassium pour les plantes d'aquarium.

On retrouve le salpêtre en pharmacie comme diurétique.

Le salpêtre est aussi utilisé dans la conservation de la viande et des charcuteries. C'est l'additif E252. Il réagit et produit du nitrite puis du monoxyde d'azote qui transforment la myoglobine rouge en un colorant rose typique du jambon et des salamis.

Histoire de sa production[modifier | modifier le code]

Historiquement, le salpêtre était préparé dans un tas de compost (généralement 1,5 mètre de haut par 2 mètres de large par 5 mètres de long) comportant un mélange de fumier, de terre (ou de mortier ou de cendres de bois) et des matières organiques (paille) pour la porosité de l'ensemble. Le tas était généralement protégé de la pluie, maintenu humide avec l'urine, il était retourné souvent pour accélérer la décomposition et les infiltrations d'eau durant un an. Le liquide contenant de nombreux nitrates était ensuite converti en nitrates de potassium grâce à des cendres de bois, puis cristallisé et raffiné pour une utilisation en poudre. Les personnes chargées de faire le salpêtre sont les salpêtriers.

L'urine a également été utilisée dans la fabrication du salpêtre pour la poudre à canon. Dans ce processus, de l'urine est placée dans un récipient contenant de la paille et laissé à mariner plusieurs mois, après quoi de l'eau est utilisée pour laver les sels chimiques de la paille. Le processus est complété par un filtrage aux cendres de bois, ainsi qu'un séchage au soleil et à l'air libre. Les cristaux de salpêtre peuvent ensuite être collectés et ajoutés à du soufre et du charbon de bois pour créer la poudre noire. Le nitrate de potassium peut aussi être récolté à partir des accumulations de guano de chauve-souris dans les grottes. Il s'agit de la méthode traditionnelle au Laos pour la fabrication de la poudre à canon pour les roquettes Bang Fai. Sous l'Ancien Régime en Europe, sa fabrication fait l'objet d'une réglementation stricte constituant un monopole d'État.

Le plus ancien procédé de purification de nitrate de potassium est décrit en 1270 par un ingénieur et chimiste arabe, Hasan al-Rammah de Syrie, dans son ouvrage al-Furusiyya wa al-Manasib al-Harbiyya (« Le Livre de la cavalerie militaire et machines de guerre ingénieuse »), où il a décrit pour la première fois l'utilisation de carbonate de potassium (sous forme de cendres de bois) afin d'éliminer les sels de calcium et de magnésium, du nitrate de potassium impur[5].

Sous le nom de nitre, il pouvait être un ingrédient de remèdes tels que l'opiat antiscorbutique, un des remèdes de la pharmacopée maritime occidentale au XVIIIe siècle [11].

Durant la Révolution française[modifier | modifier le code]

Service des poudres et salpêtre - 1798 (An VI) - Uniformes de l'armée française -

La Régie des poudres et salpêtres a été créée peu avant la Révolution française, avec l'aide de grands chimistes (Turgot et Lavoisier) le .

La production de salpêtre se révèle insuffisante, lorsqu'à la naissance de la République, les frontières françaises sont menacées par les armées coalisées. C'est d'autant plus vital et stratégique que les Anglais empêchent l'importation par la voie maritime.

La production d'armes sera dynamisée, entre autres par Gaspard Monge. Le , le Comité de salut public décrète l'extraction révolutionnaire du salpêtre. Chaque district de la République est prié d'envoyer deux jeunes qui reçoivent une formation. Ils deviennent formateurs dans leur district d'origine d'assistants pour les récoltes (dans les carrières, grottes et caves et caveaux), la purification ou le raffinage du salpêtre. Parmi les instructeurs, on compte Berthollet[12],[13].

Les énormes besoins de salpêtre, conduisaient souvent à une véritable chasse au salpêtre avec réquisition, parfois musclée, chez les particuliers qui étaient ainsi dépossédés de la terre gorgée de salpêtre récupérée au bas de leurs murs. Ces véritables commandos étaient équipés pour réaliser sur place le lessivage et la concentration du salpêtre, qui était ensuite dirigé dans l'urgence vers les usines des poudrières[6].

En 1794, une chanson de propagande révolutionnaire, Le Salpêtre républicain[14], encourage les Français à sauver la nation, ses lois et libertés contre la perfide Albion et l'Allemagne, tout en déclarant que la France sera connue comme « vainqueur des bons par la bonté et des méchants par le salpêtre »[15].

Beaucoup d'enceintes d'églises seront mobilisés pour la production du salpêtre (par exemple dans l'église Saint-Merri de Paris) ; la fabrication du salpêtre causait des dommages aux bois et aux murs à défaut de prendre certaines précautions; les révolutionnaires faisaient donc d'une pierre deux coups.

Raffinage du salpêtre - Encyclopédie de Diderot et d'Alembert -1768

On créa également à cette époque de nombreuses nitrières artificielles dont, comme pour la terre, le salpêtre était récupéré par lessivage, purification et cristallisations successives. Ces nitrières demandaient cependant plusieurs années avant de produire.

Production industrielle[modifier | modifier le code]

Mine de salpêtre désaffectée - Humberstone - Chili

Au cours du XIXe siècle et jusqu'à la Première Guerre mondiale, le nitrate de potassium est produit à une échelle industrielle, à partir du caliche ou minerai de nitrates des côtes arides au nord du Chili en Amérique du Sud.

Les progrès de la chimie des gaz commencent avec le procédé Birkeland-Eyde mis au point en 1905. Ce procédé utilise des arcs électriques dans l'air pour produire du monoxyde d'azote. Celui-ci réagit avec l'oxygène puis l'eau pour donner l'acide nitrique.

Le monoxyde d'azote sera plus tard synthétisé par l'efficace procédé Ostwald, qui utilise l'oxydation de l'ammoniac sur platine issu du procédé Haber. Ce dernier procédé est utilisé à l'échelle industrielle pour la chimie des engrais dans les années qui précèdent la Première Guerre mondiale. Il s'avère alors crucial pour l'Allemagne d'acquérir l'autonomie en approvisionnement d'acide nitrique et de ses dérivés nitrés pour ses débouchés dans l'industrie d'armement en temps de guerre. Les dépôts de nitrates naturels se trouvant surtout en Amérique du Sud, par exemple le fameux salpêtre du Chili, ils étaient de facto contrôlés puis sous blocus de la flotte de l'Empire maritime de Grande-Bretagne. Au déclenchement des hostilités, la maîtrise technique de la filière par l'hégémonique chimie allemande permettra la poursuite acharnée de la guerre après 1917. Une des sanctions du traité de Versailles de 1919, après l'effondrement allemand fin 1918, sera le démantèlement et la confiscation de cette industrie pionnière.

En 1920, la production des engrais comme les industries d'armement, utilisent surtout les nitrates du Chili. Mais la production sud-américaine va subir la terrible concurrence de la chimie des gaz, en particulier la filière de l'ammoniac de synthèse.

Au XXIe siècle, la très grande majorité des nitrates sont produits par de l'ammoniac obtenu par le procédé Haber.

Dangers[modifier | modifier le code]

Des explosions accidentelles dues au salpêtre utilisé en poudre explosive (poudre B notamment) ou à d'autres formes de nitrates (engrais, munitions...) sont documentées depuis avant le Moyen Âge, avec quelques exemples marquants, et par ordre chronologique ;

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e NITRATE DE POTASSIUM, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. a et b Entrée de « Potassium nitrate » 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), accès le 3 mars 2010 (JavaScript nécessaire)
  4. « Nitrate de potassium » 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
  5. a et b Définitions lexicographiques et étymologiques de « salpêtre » du Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
  6. a, b, c et d Les amis de l'alchimie, « Le salpêtre », sur alchimie-pratique.kruptos.com (consulté le 1er mars 2016)
  7. Données de solubilité associées au tableau des corps chimique minéraux du Perry's Chemical Engineer's Handbook, 6e éd.
  8. (fr) « Combattre le salpêtre grâce à l’assèchement des murs », sur www.francehumidite.com (consulté le 27 février 2016)
  9. Le verbe salpêtrer signifie "couvrir de salpêtre". La salpêtrisation désigne l'opération.
  10. (en) Richard Nakka, Richard Nakka's Experimental Rocketry, 01/05/2007
  11. Yannick Romieux, De la hune au mortier, Éditions ACL, Nantes, 1986.
  12. [PDF] Bruno Belhoste, « Gaspard Monge, urgences révolutionnaires et utopies »
  13. François Pairault, Gaspard Monge, le fondateur de Polytechnique, Tallandier (ISBN 2-235-02271-5)
  14. Chanson Le Salpêtre républicain, récemment interprétée par Gérard CHOUQUER, en 1988, sur une musique de Luigi Cherubini, diffusée sur France-Culture lors d'une émission "Concordance des temps", de Jean-Noël Jeanneney ; intitulée La nature au péril de l'industrie : deux siècles de pollution et diffusée le 26.11.2011 - 10:00 (58 min), écoutable sur You tube (Partition
  15. Henry, Lalaisse, Michel fils aîné et Bailly, Lebrun, Beffroy de Reigny, Boucher de La Richarderie, Pittaud de Forges, La Harpe, Plancher de Valcour, Philipon de La Madelaine, Saint-Ange, Le Salpêtre républicain sur Google Livres Poésies Nationales de la Révolution Française, ou Recueil complet de Chants, Hymnes, Couplets, Odes, Chansons patriotiques ; Chez Michel fils aîné et Bailly, 1836 - 376 pages (voir p. 211)
  16. explosion de la poudrière de Lagoubran ; et après
  17. Source : La Presse, 17 juillet 1901, p. 1.


Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Sélade E (1846) Considérations générales sur le mode d'action des principes morbides, des médicaments et des poisons, suivies du mode d'action du nitrate de potasse. Grégoir (Livre numérique Google)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

  • Bernard Courtois, exploitant d'une salpêtrière ou une nitrière artificielle fabricant du nitre à partir de nitrates divers qui découvrit l'iode.
  • Le nitre est la matière première pour la fabrication de vrai salpêtre
  • Le salpêtre du Chili, les nitrates du Chili ou les sels du caliche ne sont pas des mélanges à base de nitrate de potassium ou nitre, mais essentiellement en faible proportion de la nitronatrite ou nitrate de sodium. Or ce dernier, trop hygroscopique n'est pas adapté à la fabrication de poudre noire : une faible quantité rend la poudre noire mauvaise.
  • Salpêtrière

Liens externes[modifier | modifier le code]