Un pas important vers des engrais chimiques plus verts

Les plantes ont de grands besoins en azote et l'agriculture intensive y répond en faisant appel aux engrais chimiques azotés. Ce type d'engrais est au coeur de la production agricole mondiale - c'était l'un des piliers de la Révolution verte des années 1950 -, mais elle s'accompagne d'une facture salée. On lui attribue 2% des dépenses énergétiques planétaires.

Deux chercheurs québécois, Guillaume Bélanger-Chabot, du Département de chimie de l'Université Laval, et Marc-André Légaré, de l'Université McGill, font partie d'une équipe dont les travaux pourraient conduire à la mise au point d'un procédé beaucoup moins énergivore de production des engrais azotés. Les détails de la percée qu'ils ont réalisée dans ce domaine viennent de paraître dans la revue Nature Chemistry.

Pour produire des engrais azotés, l'industrie chimique utilise de l'azote atmosphérique comme point de départ. "Ce gaz, le diazote, est un composé très stable formé de deux atomes d'azote ayant une triple liaison, rappelle Guillaume Bélanger-Chabot. C'est le bris de cette liaison qui demande le plus d'énergie. Pour faire des composés utiles à partir du diazote, l'industrie utilise le procédé Haber-Bosch qui, dans des conditions de température et de pression élevées et en présence de métaux, fait réagir l'azote avec l'hydrogène pour donner de l'ammoniac. Depuis plusieurs décennies, on cherche de nouvelles façons moins énergivores de réaliser cette étape."

Les professeurs Bélanger-Chabot et Légaré se sont penchés sur la question lors d'un stage postdoctoral réalisé dans l'équipe du professeur Holger Braunschweig, à l'Université de Würzburg située en Bavière. La solution à laquelle ils sont arrivés fait intervenir des composés réactifs du bore, un élément utilisé, entre autres, dans la fabrication de détergents,

Grâce à des composés réactifs du bore, les chercheurs parviennent à capturer le diazote (N₂), à en briser le lien NN, et de là, à lancer une cascade de réactions qui se solde par la synthèse d'ammoniac (NH₃) ou d'ammonium (NH₄) pouvant servir à la production d'engrais. "Le procédé est réalisé à la température de la pièce. On place les réactifs dans un seul récipient et les réactions se déroulent de façon séquentielle", précise le professeur Bélanger-Chabot.

Ce procédé nécessite de l'hydrogène. "Au moment de faire la preuve de concept, nous avons eu l'idée d'utiliser une bière locale comme source de H⁺, souligne le chercheur. Les Bavarois sont fiers de leur bière et nous trouvions que c'était une façon sympathique de saluer cet élément de leur culture. Les ions H⁺ de la bière proviennent majoritairement de l'eau qu'elle contient. Il est cependant plus efficace de faire appel à l'acide borique comme source de H⁺."

Le professeur Bélanger-Chabot estime que cette percée est significative sur le plan fondamental, mais qu'une étape importante devra être franchie avant de songer à des applications industrielles. "Présentement, il faut 1 molécule de composé réactif de bore pour produire 1 molécule d'ammoniac. Il faudrait trouver une façon de rendre la réaction catalytique, c'est-à-dire que la même molécule du composé de bore puisse produire des milliers, voire des millions, de molécules d'ammoniac. C'est essentiel pour parvenir à produire à la tonne, de façon économiquement rentable, des engrais azotés."