Procédé Solvay

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Le procédé Solvay est un procédé chimique destiné à synthétiser du carbonate de sodium. Au XXI^e siècle, c'est le principal procédé industriel employé.

Histoire

Jusqu'en 1789, le carbonate de sodium, cet ingrédient nécessaire aux industries du verre, du savon, des textiles et du papier, provenait de cendres de plantes (algues ou salicorne). En 1789, le chimiste français Nicolas Leblanc invente le procédé Leblanc qui permet d'obtenir du carbonate de sodium à partir de sel marin. Le procédé Leblanc a été utilisé jusque dans les années 1870, où il a été supplanté par le procédé Solvay.

Le procédé Solvay a été découvert par le chimiste belge Ernest Solvay qui ouvre sa première usine en Belgique en 1863. Ce procédé est encore utilisé actuellement.

Déroulement

Réactions chimiques du procédé Solvay (vert = réactifs, noir = intermédiaire, rouge = produits)

Le procédé Solvay produit du carbonate de sodium (Na₂CO₃) à partir de sel (chlorure de sodium NaCl) et de craie (carbonate de calcium CaCO₃) ; on obtient en outre du chlorure de calcium (CaCl₂), qui n'est pas un déchet mais un produit utile, et le procédé utilise de l'ammoniac qui n'est pas consommé mais réutilisé. Le bilan global des réactions est :

2 NaCl + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaCl₂

Le produit recherché est obtenu par calcination de bicarbonate de soude (aussi appelé : monohydrogénocarbonate de sodium):

2 NaHCO₃      →      Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

Le bicarbonate de soude est formé en faisant passer du dioxyde de carbone dans une solution aqueuse basique de chlorure de sodium : en milieu basique le dioxyde de carbone se transforme en ion bicarbonate, qui précipite en présence de l'ion sodium ; le procédé utilise, comme base, l'ammoniaque :

Na⁺ + Cl^- + CO₂ + NH₃ + H₂O      →      Na⁺ + Cl^- + HCO₃^- + NH₄⁺      →      NaHCO₃ + Cl^- + NH₄⁺

Le dioxyde de carbone nécessaire s'obtient en chauffant de la craie (carbonate de calcium CaCO₃) :

CaCO₃      →      CO₂ + CaO

Très basique, CaO permet de retransformer l'ammonium (dans la solution de chlorure d'ammonium) en ammoniac, en produisant du chlorure de calcium :

2 NH₄Cl + CaO      →      2 NH₃ + CaCl₂ + H₂O

Le procédé Solvay est moins polluant et moins coûteux que le procédé Leblanc. Le sel et la craie sont abondants et peu coûteux. L'ammoniac est recyclé pendant la réaction.

Le procédé Solvay est concurrencé par l'extraction du carbonate de sodium dans les gisements de natron, que l'on trouve par exemple en Égypte ou en Amérique du Nord.