Nitrate d'ammonium : le rendre plus sûr aujourd'hui pour un avenir meilleur

Le nitrate d'ammonium (NA) est un composé chimique largement utilisé dans plusieurs secteurs importants. En tant qu'engrais, il contribue à nourrir des millions de personnes. C'est aussi le principal composant de nombreux types d'explosifs miniers : dans ce cas, on le mélange à du fioul et on le fait exploser à l'aide d'une charge explosive. Compte tenu de la croissance de l'activité agricole à l'échelle mondiale, associée à la hausse de la demande de nitrate d'ammonium - fioul (ANFO), le marché du nitrate d'ammonium devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) d'au moins 4 % au cours des 5 prochaines années. Toutefois, la nature potentiellement explosive du nitrate d'ammonium (et le risque de mauvaise utilisation) signifie que les fabricants, revendeurs et utilisateurs de ce composé doivent être attentifs aux avertissements de sécurité pour ne pas risquer une catastrophe.

Comment continuer à bénéficier des avantages de ce composé polyvalent tout en minimisant les risques associés à son utilisation ? Dans cet article, nous évoquerons les principaux enseignements de l'explosion catastrophique de nitrate d'ammonium survenue à Beyrouth en 2020 et la manière de prévenir de nouvelles explosions.

Nitrate d'ammonium : un marché en hausse

Le marché du nitrate d'ammonium suit une trajectoire ascendante. Des rapports récents estiment qu'il représentera 24 milliards de dollars d'ici 2026. Cette augmentation de sa valorisation résulte de la croissance de la population, qui génère une hausse de la demande de produits alimentaires et de biens immobiliers. Il est à noter que le nitrate d'ammonium est une ressource précieuse pour ces deux secteurs.

Le nitrate d'ammonium est un engrais populaire, car l'azote est un composant essentiel des deux parties du composé : NH₄ (ammonium) et NO₃ (nitrate). Non seulement les usines peuvent accéder directement à la forme azotée du composé, mais la fraction ammonium peut aussi être progressivement transformée en nitrate par les microorganismes présents dans les sols. Ces propriétés font du nitrate d'ammonium un choix incontournable pour les producteurs de légumes, qui préfèrent une source de nitrate rapidement disponible pour la nutrition des végétaux. Les éleveurs utilisent le nitrate d'ammonium pour les pâturages et la fertilisation du foin, de préférence aux engrais à base d'urée qui peuvent s'évaporer du sol avant d'être utilisés par les végétaux. Il est également hautement soluble et, par conséquent, bien adapté à l'utilisation dans les systèmes d'irrigation.

Autre utilisation majeure du nitrate d'ammonium : en tant que composant dans les mélanges explosifs utilisés dans les domaines de l'exploitation minière, des carrières et des travaux publics. Dans le cadre de l'ANFO, il représente 80 % des explosifs utilisés en Amérique du Nord. Malheureusement, comme les composants de l'ANFO sont relativement facilement accessibles, il existe un risque de mauvais usage dans des dispositifs explosifs improvisés. Cela met en évidence l'importance d'un contrôle adéquat de cette forme de nitrate d'ammonium pour réduire ses risques potentiels.

Catastrophe de Beyrouth : les suites

Le 4 août 2020, la capitale du Liban a été secouée par une explosion catastrophique qui a fait au moins 218 morts et plus de 6 000 blessés. La cause principale de l'explosion était le stockage d'environ 2 750 tonnes de nitrate d'ammonium dans un entrepôt du port de Beyrouth. Cette grande quantité de nitrate d'ammonium avait été saisie à bord d'un navire abandonné, confisqué en 2014. L'engrais ainsi stocké a été enflammé par des étincelles provenant d'un incendie dans un entrepôt voisin, ce qui a créé une explosion entraînant d'énormes dégâts matériels et laissé environ 300 000 personnes sans abri. Deux ans plus tard, cette explosion continue à affecter Beyrouth, avec les effondrements successifs de silos de grains adjacents survenus en juillet et août 2022.

Au-delà du coût humain, cette explosion a entraîné un impact économique estimé à plus de 6,7 milliards de dollars. Cette explosion a dévasté 90 % des réserves de grains du Liban, aggravant encore la précarité de la situation alimentaire dans un pays confronté à des défis économiques majeurs. L'environnement a sans doute été aussi considérablement affecté par une telle explosion, même si les données sont peu nombreuses. Lorsque le nitrate d'ammonium a explosé, des gaz nocifs, notamment des oxydes d'azote, de l'ammoniac et du monoxyde de carbone ont été libérés dans l'environnement, entraînant une pollution chimique et des dommages supplémentaires pour la population locale. Les écosystèmes sont également touchés par cette pollution environnementale. Les amphibiens et la faune aquatique ont été les principales victimes de l'empoisonnement au nitrate, puisque les produits de décomposition s'écoulent dans l'océan.

Des experts ont analysé l'explosion de Beyrouth et l'ont comparée à d'autres catastrophes similaires provoquées par le nitrate d'ammonium. Comme dans le cas de plusieurs autres explosions catastrophiques, la cause profonde de l'explosion était considérée comme étant un incendie incontrôlé. Le stockage d'une telle quantité de nitrate d'ammonium dans un même lieu a amplifié l'impact de l'explosion et l'emplacement du lieu de stockage en pleine ville a multiplié le nombre de victimes. Suite à ces analyses, des recommandations ont été formulées, notamment la mise en place d'une Agence de réglementation chimique, chargée d'assurer la maîtrise de la sûreté chimique au niveau national au Liban, et l'amélioration de la planification des interventions d'urgence aux événements futurs.

La nature explosive du nitrate d'ammonium

La plupart des explosions de nitrate d'ammonium se produisent pendant le transport ou le stockage (figure 1). Toutefois, pour bien comprendre les facteurs de risque d'explosion, il est important de connaître la chimie et les procédés de fabrication du nitrate d'ammonium.

Le nitrate d'ammonium est produit par une réaction de l'ammoniac avec l'acide nitrique de l'eau, suivie d'une évaporation soigneuse de l'eau qui produit un élément solide :

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

L'ammoniac est généralement dérivé de l'azote présent dans l'atmosphère et l'acide nitrique est préparé à partir de la combustion de l'ammoniac. Ces deux produits de départ ne sont généralement pas conservés à proximité l'un de l'autre. La fabrication se produit dans une solution aqueuse, car la réaction génère une chaleur importante. Le procédé d'évaporation qui suit a été à l'origine de plusieurs explosions. Les autres sources d'explosion liées au procédé de fabrication comprennent l'inclusion d'impuretés susceptibles de nuire à la stabilité du nitrate d'ammonium. Sans un contrôle adéquat de la température, le nitrate d'ammonium peut également absorber l'eau ou transformer la forme de ses cristaux, entraînant la formation d'agglomérats qui le rendent impropres à l'utilisation.

Malgré des décennies d'études sur les réactions du nitrate d'ammonium, les mécanismes précis de sa décomposition et de son explosion ne sont pas entièrement compris. Cette problématique est due en partie à la complexité chimique de la réaction, mais aussi aux conditions ambiantes variables et aux contaminants potentiels. On a émis l'hypothèse selon laquelle la réaction suivante serait la principale réaction de détonation :

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

L'une des raisons pour lesquelles le nitrate d'ammonium est si explosif tient au fait qu'il contient dans la même molécule à la fois un combustible, sous forme d'un ion d'ammonium, et un puissant agent producteur d'oxygène, le nitrate. La décomposition génère de la chaleur, qui initie la détonation et, comme une source d'oxygène est déjà présente, la combustion s'accélère rapidement. Le résultat est la production d'oxydes d'azote, d'oxygène, d'eau et de grandes quantités de chaleur et d'énergie cinétique. Ces produits multiplient par 1 000 le volume initial du nitrate d'ammonium, entraînant des dégâts catastrophiques liés à l'explosion à proximité.

Plusieurs procédés, additifs et solutions alternatives au nitrate d'ammonium ont été testés pour tenter de minimiser les dangers d'explosion accidentelle et les risques généraux d'utilisations impropres (tableau 1). Malgré cela, il n'existe pas de solution parfaite, et d'autres travaux sont nécessaires pour mettre au point une alternative sûre et économique. Produit par CAS, un rapport Insight analysant les enseignements des explosions de nitrate d'ammonium souligne « qu'il ne suffit pas de fabriquer des engrais qui n'explosent pas accidentellement ; il est aussi important d'en produire qui ne peuvent pas être facilement transformés en explosifs. »

Tableau 1. Liste des engrais alternatifs à base d'azote

Des engrais alternatifs à base d'azote ont également été envisagés (tableau 1).Toutefois, le produit alternatif présentant la plus forte teneur en azote est un gaz à température ambiante qui ne peut pas être utilisé en raison de sa toxicité. Le mélange d'engrais riches en azote avec d'autres macronutriments peut produire un engrais efficace tout en réduisant le risque d'explosion.

Manipulation soigneuse du nitrate d'ammonium

De nombreuses réglementations et exigences strictes concernant la manipulation et le stockage sûrs du nitrate d'ammonium existent déjà dans différents pays. Aux États-Unis, les réglementations principales ont été publiées en 2001 par l'Occupational Health and Safety Administration (OSHA) et des conseils supplémentaires figurent dans un document de conseil publié en 2015 par l'OSHA en collaboration avec l'Environmental Protection Agency (EPA) et le Bureau of Alcohol, Tobacco, Firearms, and Explosives (ATF). Ces conseils ont été formulés dans le cadre d'une initiative continue du gouvernement visant à améliorer la gestion des risques et la sécurité du nitrate d'ammonium, tout en contribuant à protéger l'environnement.

Le rapport CAS Insight sur la sécurité du nitrate d'ammonium souligne que son stockage sûr nécessite la prise en compte soigneuse de plusieurs variables (figure 2). Les réglementations de l'OSHA stipulent qu'une ventilation adéquate est requise dans les espaces de stockage. C'est essentiel pour prévenir l'accumulation et l'agglomération de gaz toxiques et de gaz chauds. Les autres facteurs de sécurité majeurs pris en compte dans la législation comprennent l'utilisation de matériaux non combustibles dans les espaces de stockage, le maintien des températures sous 130 °F (54 °C), la limitation de la quantité de nitrate d'ammonium stockée dans un même lieu et la mise en place de mesures adéquates de lutte contre les incendies.

Une législation et des directives sont vitales pour contrôler une substance dangereuse comme le nitrate d'ammonium solide, mais elles ne peuvent améliorer la sécurité que si elles sont respectées. Le renforcement de la prise de conscience des dangers du nitrate d'ammonium et de l'importance du respect des consignes existantes contribuerait à prévenir ou, au moins, à limiter considérablement les catastrophes à l'avenir.

Le nitrate d'ammonium est une substance extrêmement utile et économiquement importante dans l'agriculture et d'autres secteurs dans le monde entier. Toutefois, les dangers de sa fabrication et de son stockage ont été soulignés par plusieurs explosions catastrophiques au cours du siècle écoulé. Pour améliorer cette situation dangereuse, il est essentiel que le public soit conscient des dangers du nitrate d'ammonium et que les mesures de sécurité soient respectées alors que les recherches de solutions alternatives adéquates se poursuivent.

Pour en savoir plus, veuillez télécharger notre rapport Insight, « Explosions du nitrate d'ammonium : enseignements retenus. »