Production d’acide sulfurique

L’acide sulfurique est un acide fort que l’industrie fabrique à partir du soufre, d’abord dans des chambres de plomb, aujourd’hui par le procédé de contact sur un catalyseur solide. Il est devenu l’une des bases de l’industrie chimique, et l’essentiel sert désormais aux engrais phosphatés. On le préparait déjà en Europe au XVIe siècle, et à partir des années 1740 la fabrique de Joshua Ward, près de Londres, l’a produit à l’échelle commerciale en brûlant du soufre.

Ce que c’est

L’acide sulfurique est un liquide dense, huileux et incolore, composé de soufre, d’oxygène et d’hydrogène. On l’a longtemps appelé huile de vitriol, parce qu’on l’obtenait d’abord en chauffant des vitriols, les sulfates cristallisés de métaux comme le vitriol vert, un sulfate de fer. Depuis le XVIIIe siècle, on le fabrique en grand à partir du soufre lui-même.

L’huile de vitriol et le vitriol vert, le sulfate de fer dont on la tirait d’abord.

Peu d’industries s’en passent. Son premier débouché est la fabrication d’acide phosphorique pour les engrais. Il sert aussi au raffinage du pétrole, à la dissolution des métaux contenus dans les minerais, au décapage de l’acier avant revêtement, à la production de détergents et de pâte à papier, et comme électrolyte de l’accumulateur au plomb.

L’acide sulfurique brûle la peau et les yeux, et son brouillard attaque les poumons ; mélangé à certains produits ménagers, il dégage une forte chaleur et des vapeurs acides. Sa fabrication relève de la grande industrie chimique : elle se fait dans des usines autorisées et étroitement contrôlées, et ne se tente nulle part ailleurs.

Comment ça marche

L’acide sulfurique industriel se fabrique à partir du soufre. La difficulté est de faire fixer assez d’oxygène au soufre, une réaction qui, seule, ne se fait que très lentement, et les deux procédés industriels diffèrent par la manière de l’accélérer.

Dans le procédé des chambres de plomb, ce sont des oxydes d’azote qui apportent l’oxygène. Le procédé doit son nom aux grandes salles tapissées de feuilles de plomb où se faisait la réaction, car le plomb était le seul métal courant qui résistait durablement à l’acide. L’acide des chambres restait assez dilué.

Le soufre natif et la pyrite, deux matières premières des fabriques d’acide.

Dans le procédé de contact, ce rôle revient à un catalyseur solide, une substance qui accélère la réaction sans être consommée : le platine au début, puis surtout l’oxyde de vanadium. Ce procédé donne un acide concentré et de l’oléum, un acide fumant que les chambres de plomb ne pouvaient pas produire.

Le soufre arrivait d’abord sous forme de soufre brut. Plus tard, les fabriques ont aussi utilisé les gaz sulfureux que dégageaient les fonderies en grillant la pyrite et les minerais sulfurés de métaux comme le cuivre et le zinc. Aujourd’hui, la plus grande partie du soufre est récupérée sur le pétrole et le gaz naturel lors de leur raffinage, et les fonderies de métaux transforment encore une partie de leurs fumées en acide.

Histoire et évolution

Les alchimistes tiraient l’huile de vitriol des vitriols, et en Europe on préparait cet acide au XVIe siècle au plus tard. Pendant des siècles, Nordhausen, dans le Harz, a fourni aux pays allemands un acide fumant tiré du vitriol, qui a pris le nom de la ville. Les chimistes savaient aussi que la combustion du soufre pouvait donner le même acide.

Joshua Ward, marchand londonien de remèdes brevetés, fabriquait l’acide en brûlant du soufre à Twickenham dans les années 1740.

En 1746, à Birmingham, John Roebuck et Samuel Garbett ont remplacé les fragiles vases de verre de Ward par des chambres de bois doublées de feuilles de plomb, que l’on pouvait construire bien plus grandes et qui ont fortement abaissé le prix de l’acide. Ils ont ensuite ouvert une fabrique plus vaste à Prestonpans, près d’Édimbourg. Leur acide se vendait surtout aux blanchisseurs de toiles de lin, qui s’en servaient pour aciduler leurs bains.

Des os et de la roche phosphatée, premières matières du superphosphate.

De nouvelles industries ont ensuite réclamé toujours plus d’acide. Le procédé Leblanc, breveté en France en 1791, employait l’acide sulfurique pour tirer la soude du sel. En 1842, John Bennet Lawes a fait breveter le superphosphate, un engrais phosphaté fabriqué avec l’acide ; en 1843, il a ouvert une usine à Deptford pour le produire. La tour du chimiste français Joseph Louis Gay-Lussac récupérait les oxydes d’azote à la sortie des chambres, et dans les années 1860 la tour de John Glover s’est répandue dans les fabriques britanniques et les a renvoyés dans le circuit.

Peregrine Phillips, de Bristol, a fait breveter le procédé de contact avec un catalyseur de platine en 1831, mais la méthode est restée des décennies sans application industrielle. En 1875, Clemens Winkler, à l’École des mines de Freiberg, en Saxe, l’a reprise pour fabriquer de l’oléum, dont la jeune industrie des colorants avait besoin pour produire l’alizarine artificielle, un colorant rouge tiré du goudron de houille. Rudolf Knietsch l’a ensuite mise au point chez BASF, à Ludwigshafen, où l’épuration et le refroidissement des gaz l’ont rendue fiable. Avec le temps, le procédé de contact a remplacé presque partout les chambres de plomb.