Quelle est selon vous
la plus importante découverte
des derniers siècles ?
Est-ce l'ordinateur ?
La voiture ?
L'électricité ?
Ou peut-être la découverte de l'atome ?
Je dirais que c'est cette réaction chimique :
une molécule d'azote gazeux
plus trois molécules d'hydrogène gazeux
donnent deux molécules d'ammoniac gazeux.
C'est le procédé Haber,
la liaison dans l'air de molécules d'azote
à des molécules d'hydrogène,
la transformation d'air en engrais.
Sans cette réaction,
les agriculteurs ne seraient capables de produire de la nourriture
que pour 4 milliards de personnes ;
la population actuelle est d'un peu plus de 7 milliards.
Sans le procédé Haber,
plus de 3 milliards de personnes n'auraient rien à manger.
Vous voyez, l'azote sous forme de nitrate, NO3,
est un nutriment essentiel pour la survie des plantes.
Lorsque les cultures poussent, elles consomment l'azote,
et l'éliminent du sol.
L'azote peut être restauré
via de longs processus naturels de fertilisation
comme la décomposition des animaux,
mais les hommes veulent produire de la nourriture
beaucoup plus vite que ça.
Maintenant, voici le côté frustrant :
78% de l'air est composé d'azote,
mais les cultures ne peuvent pas simplement prendre l'azote de l'air
parce qu'il contient des liaisons triples très fortes
que les cultures ne peuvent pas rompre.
Ce qu'Haber a fait essentiellement
était de trouver un moyen
de prendre cet azote de l'air
et le mettre dans le sol.
En 1908, le chimiste allemand Fritz Haber
a développé un procédé chimique
pour utiliser la vaste réserve d'azote de l'air.
Haber a trouvé un procédé
qui prenait l'azote de l'air
et le liait à l'hydrogène
pour former de l'ammoniac.
L'ammoniac peut ensuite être injecté dans la terre,
où il est vite transformé en azote.
Mais si le procédé de Haber devait être utilisé
pour nourrir le monde,
il fallait trouver un moyen
de créer une grande quantité d'ammoniac rapidement et facilement.
Afin de comprendre
comment Haber a accompli cet exploit,
on doit savoir quelque chose
à propos de l'équilibre chimique.
L'équilibre chimique peut être atteint
quand il y a une réaction dans un récipient étanche.
Par exemple, disons qu'on mette
de l'hydrogène et de l'azote dans un récipient étanche
et qu'on les laisse réagir.
Au début de l'expérience,
on a beaucoup d'azote et d'hydrogène,
donc la formation d'ammoniac
se produit à une vitesse élevée.
Mais au fur et à mesure que l'hydrogène et l'azote réagissent
et sont consommés,
la réaction ralentit
parce qu'il y a moins d'azote et d'hydrogène
dans le récipient.
A la fin, les molécules d'ammoniac atteignent un point
où elles commencent à se décomposer
en azote et hydrogène.
Après un certain temps, les deux réactions,
la création et destruction d'ammoniac,
vont atteindre la même vitesse.
Lorsque ces deux vitesses sont égales,
on dit que la réaction a atteint l'équilibre.
Ca peut paraître bien, mais ça ne l'est pas
quand ce qu'on veut
est juste créer beaucoup d'ammoniac.
Haber ne veut pas que l'ammoniac
se décompose du tout,
mais si on laisse simplement la réaction
dans un récipient étanche,
c'est ce qui va arriver.
C'est là qu'Henry Le Chatelier,
un chimiste Français,
peut aider.
Il a trouvé
que si on prend un système à l'équilibre
et qu'on y ajoute quelque chose,
comme, disons, de l'azote,
le système va travailler
à revenir à l'équilibre.
Le Chatelier a aussi découvert
que si on augmente
la pression dans un système,
le système essaie
de revenir à la pression qu'il avait.
C'est comme être dans une salle bondée.
Plus il y a de molécules,
plus il y a de pression.
Si on revient à notre équation,
on voit que du côté gauche,
il y a quatre molécules à gauche
et seulement deux à droite.
Donc si on veut que la salle soit moins bondée,
et donc qu'il y ait moins de pression,
le système va commencer
à combiner l'azote et l'hydrogène
pour former des molécules d'ammoniac plus compactes.
Haber s'est rendu compte que pour fabriquer
de grandes quantités d'ammoniac,
il devrait créer une machine
qui ajouterait continuellement de l'azote et de l'hydrogène
tout en augmentant la pression
sur le système à l'équilibre,
ce qu'il a fait.
Aujourd'hui, l'ammoniac est un des composés chimiques
les plus produits du monde.
Approximativement 131 millions de tonnes sont produites chaque année,
soit environ 290 milliards de livres d'ammoniac.
C'est à peu près la masse
de 30 millions d'éléphants d'Afrique,
qui pèsent environ 10 000 livres chacun.
80% de cet ammoniac est utilisé dans la production d'engrais,
tandis que le reste est utilisé
dans les nettoyants industriels et ménagers
et pour produire d'autres composés de l'azote,
comme l'acide nitrique.
Des études récentes ont montré
que la moitié de l'azote de ces engrais
n'est pas assimilé par les plantes.
Donc on retrouve de l'azote
sous forme de composé chimique volatile
dans l'eau et l'atmosphère de la Terre,
endommageant gravement l'environnement.
Bien sûr, Haber n'avait pas prévu ce problème
quand il a présenté son invention.
Donnant suite à sa vision novatrice,
les scientifiques d'aujourd'hui recherchent
un nouveau procédé de Haber du 21e siècle,
qui attendrait le même niveau d'aide
sans les conséquences dangereuses.