Histoire du procédé Haber-Bosch - Définition
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Un besoin pressant
À la fin du XIXe siècle, des chimistes, dont William Crookes, président de la British Association for the Advancement of Science en 1898, avaient prédit que la demande pour les composés azotés, que ce soit sous forme d'engrais ou d'explosifs, dépasserait l'offre dans un avenir rapproché.
À la suite des travaux de Claude Louis Berthollet publiés en 1784, les chimistes savaient que l'ammoniac était composé d'azote. Les premières tentatives de synthèse de l'ammoniac furent effectuées en 1795 par Georg Friedrich Hildebrandt. Plusieurs autres seront effectuées au cours du XIXe siècle.
Dans les années 1870, l'ammoniac était un sous-produit dont l'industrie du gaz ne savait quoi faire. Son importance apparut plus tard, au point que, dans les années 1900, l'industrie modifia ses installations pour le produire à partir du coke. Cependant, cette production ne pouvait suffire à la demande. Par exemple, en 1910, la production d'azote fixé par les fours à coke atteignit environ 230 000 tonnes, alors que le Chili en exporta environ 370 000 tonnes.
En 1900, le Chili, grâce à ses dépôts de salpêtres, produisait les deux tiers de tous les engrais consommés sur la planète. Cependant, ces dépôts viendraient à s'épuiser, leur exploitation était dominée par un oligopole et le coût du salpêtre augmentait sans cesse. Pour assurer la sécurité alimentaire de la population européenne grandissante, il était essentiel de trouver une méthode de production économique et fiable.
La question de la sécurité alimentaire était particulièrement aiguë pour l'Allemagne. Son sol était peu fertile et elle ne pouvait compter sur un empire (comme le Royaume-Uni, par exemple). Elle était donc un grand consommateur des salpêtres du Chili : en 1900, elle en importa 350 000 tonnes. Douze ans plus tard, c'était 900 000 tonnes. La même année, les États-Unis en consommèrent moitié moins. Pourtant, l'Allemagne comptait environ 56 millions d'habitants alors que les États-Unis en comptaient environ 76 millions.
Dans les années 1890 et 1900, la chimie ayant progressé sur plusieurs fronts, plusieurs scientifiques tentèrent de fixer l'azote atmosphérique. En 1895 en Allemagne, les chimistes Adolph Frank et Nikodem Caro parvinrent à faire réagir du carbure de calcium avec du diazote pour obtenir du cyanamide calcique, un composé chimique pouvant servir d'engrais. L'exploitation industrielle du procédé Frank-Caro débuta en 1905. En 1918, 35 sites de synthèse fixèrent environ 325 000 tonnes d'azote. Au XXIe siècle, le cyanamide sert surtout comme herbicide.
Wilhelm Ostwald, considéré comme l'un des meilleurs chimistes allemands au début du XXe siècle, a tenté de synthétiser l'ammoniac vers 1900 à partir d'un appareil de son invention. Il intéressa BASF, qui demanda à Carl Bosch, chimiste récemment engagé, de valider l'appareil. Après plusieurs tests, Bosch affirma que l'ammoniac provenait de l'appareil même, et non de l'atmosphère. Ostwald contesta la conclusion de Bosch, mais ce dernier démontra avec certitude son affirmation et Ostwald dut s'incliner.
En 1901, Henry Le Chatelier, se basant sur son principe, parvint à synthétiser de l'ammoniac à partir de l'air. Après avoir obtenu un brevet, il affirma qu'il était possible d'obtenir un meilleur rendement en élevant la pression. Lorsque l'un de ses assistants fut tué suite à l'explosion accidentelle d'un appareil, il décida de mettre un terme à ses recherches.
Aux États-Unis, Bradley et Lovejoy, spécialistes de l'électrochimie, conçurent une méthode basée sur la production d'arcs électriques. La fabrication industrielle d'acide nitrique basée sur leur méthode y débuta en 1902. Leur entreprise ferma ses portes en 1904, car la consommation d'électricité rendait le coût de production trop élevé.
En 1905, le physicien norvégien Kristian Birkeland, avec le soutien financier de l'ingénieur et industriel norvégien Samuel Eyde, mit au point le procédé Birkeland-Eyde qui permet de fixer l'azote atmosphérique sous la forme d'oxydes d'azote. Ce procédé doit être exploité aux endroits où le coût de l'électricité est peu élevé : la Norvège comportait plusieurs sites capables de répondre à cette exigence. Norsk Hydro fut fondée le 2 décembre 1905 pour l'exploiter commercialement. En 1913, l'ensemble de ses installations fixèrent 12 000 tonnes d'azote, soit environ 5 % de l'azote fixé par les fours à coke industriels en activité à ce moment.
Plusieurs procédés semblables furent développés à cette époque. Schönherr, à l'emploi de la société BASF, travailla sur un procédé en 1905. En 1919, le procédé Badische était en usage dans les installations de Norsk Hydro. La même année, le procédé Pauling était en usage en Allemagne et aux États-Unis.
Ils furent supplantés par le procédé Haber-Bosch, moins coûteux par tonne d'ammoniac synthétisée.
