Soude : définition et propriétés

Ce que désigne la soude, et la confusion qu'il faut lever d'abord

La soude est le nom d'usage de l'hydroxyde de sodium, de formule NaOH. C'est une base forte, entièrement dissociée dans l'eau et en solution aqueuse, qui se présente à l'état pur sous forme de cristaux blancs très solubles dans l'eau. La fabrication industrielle en fait l'un des composés chimiques les plus produits de la planète, avec un tonnage mondial de l'ordre de 80 millions de tonnes par an.

Le mot recouvre trois produits distincts dans le langage courant, et la confusion coûte cher en utilisation comme en sécurité. La soude caustique, ou soude caustique hydroxyde de sodium dans les catalogues fournisseurs, est le NaOH corrosif dont il est question ici. Les cristaux de soude vendus en droguerie sont du carbonate de sodium Na2CO3, une base beaucoup plus faible, employée en lessive et en nettoyage domestique. Le bicarbonate de soude, enfin, est l'hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3, presque neutre, alimentaire. Les trois se ressemblent sous forme de poudre blanche, leur agressivité varie d'un facteur considérable, et une lessive de soude à 30 % attaque la peau en quelques secondes là où le bicarbonate se consomme.

La dissolution dans l'eau est fortement exothermique. Préparer une solution concentrée peut porter le liquide au-delà de 80 degrés Celsius, ce qui impose de verser le solide dans l'eau et jamais l'inverse, sous peine de projection. La solution ainsi obtenue porte le nom de lessive de soude, commercialisée le plus souvent à 30 ou 50 % en masse. Le pH d'une solution à 1 mole par litre atteint 14, soit une concentration en ions hydroxyde 10 millions de fois supérieure à celle de l'eau pure. Sa mesure fine relève des méthodes exposées dans titrimétrie thermométrique.

La fabrication de la soude, indissociable de celle du chlore

La quasi-totalité de la production mondiale sort d'une seule opération, l'électrolyse d'une saumure de chlorure de sodium. Le passage du courant décompose l'eau et le sel, le chlore se dégage à l'anode, l'hydrogène à la cathode, et les ions sodium restent en solution avec les ions hydroxyde formés. La soude n'est donc jamais produite seule.

Cette contrainte gouverne toute l'économie du secteur. Les proportions sont fixées par la stœchiométrie, une usine qui produit 1,1 tonne de soude sort obligatoirement 1 tonne de chlore et 28 kilogrammes d'hydrogène. Un industriel ne peut pas décider d'augmenter l'un sans l'autre, et un déséquilibre entre les deux marchés se répercute immédiatement sur les prix. Le détail des technologies de cellules figure dans cellules d'électrolyse chlore-soude, le devenir du coproduit dans chlore (Cl2), et les principes généraux de la conduite électrochimique dans le réacteur électrochimique.

• Le procédé à mercure, historique, donnait une soude très pure mais reposait sur une cathode de mercure. Il a été abandonné dans l'Union européenne à la fin de 2017 au titre des meilleures techniques disponibles.
• Le procédé à diaphragme, moins consommateur d'électricité, produit une solution diluée chargée en sel qui exige une concentration par évaporation, coûteuse en énergie.
• Le procédé à membrane échangeuse d'ions, aujourd'hui dominant, sépare les compartiments par un film perfluoré qui ne laisse passer que les ions sodium. Il délivre directement une solution à 32 % pratiquement exempte de chlorure et consomme environ 2 100 à 2 500 kilowattheures par tonne.

L'électricité représente à elle seule plus de la moitié du coût de revient, ce qui explique l'implantation des unités près des sources d'énergie bon marché et la sensibilité du prix de la soude au marché de l'électricité. Le carbonate de sodium suit une voie entièrement différente, décrite dans carbonate de sodium, procédé Solvay à l'ammoniac, et l'hypochlorite de sodium, l'eau de Javel, naît de la rencontre du chlore et de la soude issus de la même cellule, comme l'expose hypochlorite de sodium NaClO.

Les utilisations industrielles, du savon au traitement des effluents

La soude sert de réactif de base partout où il faut apporter de l'alcalinité à bas coût, et ses principales applications se répartissent sur quatre grands secteurs.

• La chimie de base, premier débouché, où la neutralisation des acides ajuste le pH des solutions et entre dans la fabrication de milliers de composés intermédiaires, entre autres réactifs minéraux.
• La pâte à papier, où le procédé kraft dissout la lignine du bois par une liqueur de soude et de sulfure de sodium, libérant les fibres de cellulose.
• La saponification, réaction historique qui transforme un corps gras en savon et en glycérol. La soude donne les savons durs, la potasse les savons mous.
• L'aluminium, dont le procédé Bayer attaque la bauxite par une liqueur de soude chaude pour en extraire l'alumine avant électrolyse.
• Le traitement de surface des métaux, en dégraissage et en décapage alcalin avant revêtement, opérations détaillées dans décapage en milieu aqueux.
• Le textile, avec la mercerisation du coton, un bain de soude concentrée qui gonfle la fibre et lui donne brillance et résistance.
• Le traitement de l'eau et des effluents, pour remonter le pH, précipiter les métaux lourds sous forme d'hydroxydes et corriger l'agressivité d'une eau. Les filières correspondantes sont exposées dans traitements chimiques et physico-chimiques des rejets industriels dangereux et dans oxydation et réduction appliquées au traitement d'eau.

Le conditionnement des circuits vapeur relève de la même logique d'alcalinisation, sujet traité dans systèmes de production de vapeur, traitement des eaux. Une voie plus récente exploite l'alcalinité pour la construction, avec des liants activés qui se passent de clinker, présentés dans bétons décarbonés au moyen d'hydroxyde ou de silicate alcalin.

Propriétés dangereuses de la soude, matériaux compatibles et manipulation

La soude figure parmi les produits chimiques les plus courants classés comme substances dangereuses. Elle est corrosive pour la peau et gravement lésionnelle pour les yeux, catégorie 1A, mention de danger H314. Ses propriétés physico-chimiques et ses valeurs de référence figurent sur la fiche de données de sécurité, document que le fournisseur doit remettre avec chaque livraison. Son agressivité tient à sa capacité à hydrolyser les lipides et à dénaturer les protéines des tissus vivants, exactement le mécanisme qui la rend efficace sur les graisses d'un four.

La brûlure alcaline se distingue de la brûlure acide sur un point qui change la conduite à tenir. Un acide coagule les protéines et forme une croûte qui limite sa pénétration, tandis qu'une base liquéfie les tissus et progresse en profondeur tant qu'elle n'est pas éliminée. Une projection oculaire exige un rinçage abondant et immédiat de 15 minutes au minimum, et la douleur initiale peut être trompeuse en restant modérée alors que la lésion s'aggrave.

Le choix des matériaux au contact obéit à des règles strictes. L'acier au carbone et l'acier inoxydable conviennent à froid, le nickel et ses alliages au-delà de 80 degrés Celsius. L'aluminium, le zinc et l'étain sont formellement exclus, la réaction avec la base dégageant de l'hydrogène et créant un risque d'explosion en volume confiné. Le verre s'attaque lentement, le polyéthylène et le polypropylène tiennent bien à température modérée. Les guides de sélection figurent dans résistance chimique et à la corrosion des composites.