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Université · 25 min

Le procédé Solvay : la soude à partir de saumure

Suivre les cinq étapes du cycle ammoniac–soude : épuration de la saumure, ammonisation, carbonatation, filtration du NaHCO₃ et calcination en Na₂CO₃ — l’ammoniac étant recyclé.

Objectif

Suivre le flux de NaCl, NH₃ et CO₂ dans l’usine, expliquer pourquoi NaHCO₃ précipite sélectivement et identifier le rôle de la boucle de recyclage de l’ammoniac.

Matériel et réactifs

Un schéma de procédé plutôt que de la verrerie : saumure concentrée, ammoniac et dioxyde de carbone (issu de la calcination du calcaire), colonnes de carbonatation, filtres et four de calcination.

Procédure

  1. Lire le flux de gauche à droite : saumure épurée, ammonisation, carbonatation, filtration et calcination. Chaque colonne est une étape, les particules mobiles suggèrent le passage de la matière.
  2. Faire varier le curseur de débit : un débit plus rapide signifie moins de temps de contact par étape — dans la vraie usine chaque colonne est dimensionnée pour que la réaction reste quasi complète.
  3. Suivre la chimie : NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O → NaHCO₃↓ + NH₄Cl, puis 2 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O par chauffage.
  4. Identifier le recyclage : l’ammoniac libéré du NH₄Cl (par la chaux) retourne à la colonne d’ammonisation, et une partie du CO₂ de calcination alimente la carbonatation.

À observer

  • Seule l’étape 4 produit un solide : NaHCO₃ est la seule espèce peu soluble dans la saumure ammoniacale, d’où la possibilité de le filtrer.
  • La dernière étape chauffe : la calcination libère le CO₂ capté lors de la carbonatation, fermant une partie de la boucle de gaz.

Explication

L’ammoniac élève l’alcalinité de la saumure, si bien que le CO₂ est absorbé en bicarbonate ; NaHCO₃ est le sel le moins soluble, il cristallise et se filtre. La calcination (environ 200 °C) le convertit en Na₂CO₃. L’apport net est le sel et le calcaire — l’ammoniac sert de vecteur recyclable — et le CaCl₂ est le principal sous-produit.

Histoire de l’expérience

Ernest Solvay breveta son procédé ammoniac–soude en 1861 et lança la production en 1863, remplaçant le coûteux et polluant procédé Leblanc. L’astuce — saturer la saumure d’ammoniac avant la carbonatation afin que NaHCO₃ précipite tandis que NH₄Cl reste en solution — rendit la soude bon marché pour les industries du verre et du savon, et le procédé fournit encore l’essentiel du Na₂CO₃ synthétique mondial.

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Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.