Background

Le bicarbonate de soude est une poudre cristalline blanche (NaHCO3) plus connue des chimistes sous le nom de bicarbonate de sodium, bicarbonate de soude, hydrogénocarbonate de sodium ou carbonate acide de sodium. Il est classé comme un sel d’acide, formé en combinant un acide (carbonique) et une base (hydroxyde de sodium), et il réagit avec d’autres produits chimiques comme un alcali léger. À des températures supérieures à 300 degrés Fahrenheit (149 degrés Celsius), le bicarbonate de soude se décompose en carbonate de sodium (une substance plus stable), en eau et en dioxyde de carbone.

Les propriétés chimiques et physiques natives du bicarbonate de soude expliquent son large éventail d’applications, notamment le nettoyage, la désodorisation, le tamponnement et l’extinction des incendies. Le bicarbonate de soude neutralise chimiquement les odeurs, plutôt que de les masquer ou de les absorber. Par conséquent, il est utilisé dans les sels de bain et les poudres corporelles désodorisantes. Le bicarbonate de soude a tendance à maintenir un pH de 8,1 (7 est neutre) même lorsque des acides, qui abaissent le pH, ou des bases, qui l’élèvent, sont ajoutés à la solution. Sa capacité à se comprimer en tablettes en fait un bon ingrédient effervescent dans les antiacides et les produits de nettoyage des prothèses dentaires. Le bicarbonate de sodium est également présent dans certains bains de bouche et dentifrices anti-plaques. Lorsque le bicarbonate de soude est utilisé comme nettoyant sous forme de pâte ou à sec sur une éponge humide, sa structure cristalline produit une abrasion douce qui aide à éliminer la saleté sans rayer les surfaces sensibles. Sa légère alcalinité transforme les acides gras contenus dans la saleté et la graisse en une forme de savon qui peut être dissous dans l’eau et rincé facilement. Le bicarbonate de soude est également utilisé comme agent levant dans la fabrication de produits de boulangerie tels que le pain ou les crêpes. Lorsqu’il est combiné à un agent acide (comme le jus de citron), du gaz carbonique est libéré et est absorbé par les cellules du produit. Lorsque le gaz se dilate pendant la cuisson, les parois cellulaires se dilatent également, créant un produit levé.

En plus de ses nombreuses utilisations domestiques, le bicarbonate de soude a également de nombreuses applications industrielles. Par exemple, le bicarbonate de soude libère du dioxyde de carbone lorsqu’il est chauffé. Comme le dioxyde de carbone est plus lourd que l’air, il peut étouffer les flammes en empêchant l’oxygène d’entrer, ce qui fait du bicarbonate de sodium un agent utile dans les extincteurs. D’autres applications comprennent le contrôle de la pollution de l’air (parce qu’il absorbe le dioxyde de soufre et d’autres émissions de gaz acides), les sablages abrasifs pour l’élimination des revêtements de surface, la fabrication de produits chimiques, le tannage du cuir, les fluides de forage de puits de pétrole (parce qu’il précipite le calcium et agit comme un lubrifiant), la fabrication de caoutchouc et de plastique, la fabrication de papier, le traitement des textiles et le traitement de l’eau (parce qu’il réduit le niveau de plomb et d’autres métaux lourds).

Importé d’Angleterre, le bicarbonate de soude a été utilisé pour la première fois en Amérique à l’époque coloniale, mais il n’a pas été produit aux États-Unis avant 1839. En 1846, Austin Church, un médecin du Connecticut, et John Dwight, un fermier du Massachusetts, ont établi une usine à New York pour fabriquer du bicarbonate de soude. Le fils du Dr Church, John, possédait une usine appelée Vulcan Spice Mills. Vulcain, le dieu romain de la forge et du feu, était représenté par un bras et un marteau, et la nouvelle entreprise de bicarbonate de soude a adopté le logo du bras et du marteau comme étant le sien. Aujourd’hui, la marque de bicarbonate de soude Arm &Hammer fait partie des marques les plus reconnues.

Nommé d’après Nicolas Leblanc, le chimiste français qui l’a inventé, le procédé Leblanc était le premier moyen de fabriquer de la soude (Na2CO3), à partir de laquelle le bicarbonate de soude est fabriqué. Le chlorure de sodium (sel de table) était chauffé avec de l’acide sulfurique, produisant du sulfate de sodium et de l’acide chlorhydrique. Le sulfate de sodium était ensuite chauffé avec du charbon et du calcaire pour former du carbonate de sodium, ou carbonate de soude.

À la fin des années 1800, une autre méthode de production de carbonate de soude a été conçue par Ernest Solvay, un ingénieur chimiste belge. La méthode Solvay a rapidement été adaptée aux États-Unis, où elle a remplacé le procédé Leblanc. Dans le procédé Solvay, on fait passer du dioxyde de carbone et de l’ammoniac dans une solution concentrée de chlorure de sodium. Le bicarbonate de sodium brut précipite et est chauffé pour former de la soude, qui est ensuite traitée et raffinée pour former du bicarbonate de sodium de pureté United States Pharnacopoeia (U.S.P.).

Bien que cette méthode de production de bicarbonate de soude soit largement utilisée, elle est également problématique car les produits chimiques utilisés dans le processus sont polluants et posent des problèmes d’élimination. Une alternative consiste à raffiner le carbonate de soude à partir du minerai de trona, un gisement naturel.

Matières premières

Le bicarbonate de soude, ou bicarbonate de sodium, provient du carbonate de soude obtenu soit par le procédé Solvay, soit à partir du minerai de trona, un matériau dur et cristallin. Le trona remonte à 50 millions d’années, à l’époque où les terres entourant Green River, dans le Wyoming, étaient recouvertes d’un lac de 1 554 kilomètres carrés. En s’évaporant au fil du temps, ce lac a laissé un dépôt de 200 milliards de tonnes de trona pur entre des couches de grès et de schiste. Le gisement du bassin de la rivière Verte est suffisamment important pour répondre à l’ensemble des besoins mondiaux en carbonate de soude et en bicarbonate de sodium pendant des milliers d’années.

Parce que le procédé synthétique utilisé dans la méthode Solvay présentait quelques problèmes de pollution, Church & Dwight Co. Inc. base de plus en plus sa fabrication sur l’exploitation du trona. Un autre grand producteur de carbonate de soude, la FMC Corporation, s’appuie également sur le trona pour fabriquer du carbonate de soude et du bicarbonate de sodium. Le trona est extrait à 457,2 mètres (1 500 pieds) de profondeur. Les puits de mine de FMC contiennent près de 4 022,5 kilomètres de tunnels et couvrent 62 kilomètres carrés. D’une largeur de quinze pieds (4,57 mètres) et d’une hauteur de neuf pieds (2,74 mètres), ces tunnels permettent aux équipements et aux véhicules nécessaires d’y circuler.

Le processus de fabrication

Fabrication du carbonate de soude

• 1 Le carbonate de soude peut être fabriqué chimiquement à l’aide du procédé Solvay ou à partir du minerai de trona. Si l’on utilise du minerai de trona, il faut d’abord l’extraire. Après avoir été remonté à la surface, le minerai de trona est transporté vers diverses usines de traitement. Là, le minerai est raffiné en une boue de sesquicarbonate de sodium, un produit intermédiaire de soude qui contient en fait à la fois de la soude (carbonate de sodium) et du bicarbonate de soude (bicarbonate de sodium).

Faire du bicarbonate de soude

• 2 Ensuite, la solution intermédiaire de soude est mise dans une centrifugeuse, qui sépare le liquide des cristaux. Les cristaux sont ensuite dissous dans une solution de bicarbonate (une solution de carbonate de soude fabriquée par le fabricant) dans un dissolveur rotatif, devenant ainsi une solution saturée. Cette solution est filtrée pour éliminer toute matière non soluble et est ensuite pompée à travers un réservoir d’alimentation jusqu’au sommet d’une tour de carbonatation.
• 3 Le dioxyde de carbone purifié est introduit dans le bas de la tour et maintenu sous pression. Lorsque la solution de sodium saturée se déplace dans la tour, elle se refroidit et réagit avec le dioxyde de carbone pour former des cristaux de bicarbonate de sodium. Ces cristaux sont recueillis au fond de la tour et transférés dans une autre centrifugeuse, où l’excès de solution (filtrat) est filtré. Les cristaux sont ensuite lavés dans une solution de bicarbonate, formant une substance semblable à un gâteau prêt à être séché. Le filtrat qui sort de la centrifugeuse est recyclé dans le dissolveur rotatif, où il est utilisé pour saturer des cristaux de soude plus intermédiaires.
• 4 Le gâteau de filtration lavé est ensuite séché soit sur un convoyeur à bande continue, soit dans un séchoir à tube vertical appelé séchoir flash. Le rendement théorique du procédé, selon la Church & Dwight Company, se situe entre 90 et 95 %, et le bicarbonate de soude fabriqué est pur à plus de 99 %.

Tri et stockage des différentes qualités

• 5 Ensuite, les cristaux de bicarbonate de soude séchés sont séparés en différentes qualités selon la taille des particules. Les qualités standard de bicarbonate de sodium et les qualités spéciales sont fabriquées pour répondre aux exigences spécifiques des clients, et la taille des particules est le principal déterminant des qualités. La poudre #1 et les granulés fins #2 ont une large gamme d’utilisations dans les aliments, les produits chimiques et les produits pharmaceutiques. Les granulés n°4 et n°5 sont utilisés dans les aliments et les beignets, les produits de nettoyage, les produits pharmaceutiques et de nombreux autres produits. Le bicarbonate de sodium de qualité industrielle est utilisé dans diverses applications, notamment dans les fluides de forage de puits de pétrole, les matériaux d’extinction d’incendie et le traitement de l’eau.
• 6 Chaque grade va dans un bac de rétention où l’atmosphère, le dioxyde de carbone et la teneur en humidité sont contrôlés pour  » durcir  » le produit. Une fois durcis, les grades sont prêts à être emballés et expédiés.

Contrôle de la qualité

La qualité du bicarbonate de sodium est contrôlée à chaque étape du processus de fabrication. Les matériaux, les équipements et le processus lui-même sont sélectionnés pour donner un bicarbonate de sodium de la plus haute qualité possible. Selon des sources de FMC, lorsque la société a construit des usines, elle a choisi des matériaux et des équipements qui seraient compatibles avec les exigences de qualité rigoureuses pour la fabrication de bicarbonate de sodium de qualité pharmaceutique. FMC utilise également le contrôle statistique des processus (SPC) pour maintenir une qualité quotidienne constante, et les principaux paramètres d’exploitation sont enregistrés pour maintenir le contrôle des processus. Les paramètres de qualité des produits sont enregistrés par numéro de lot, et les échantillons sont conservés pendant deux à trois ans.

Toutes les qualités U.S.P. sont conformes aux spécifications de la pharmacopée américaine et du Food Chemicals Codex pour une utilisation dans des applications pharmaceutiques et alimentaires. En outre, le bicarbonate de sodium de qualité alimentaire répond aux exigences spécifiées par la Food and Drug Administration des États-Unis en tant que substance généralement reconnue comme sûre (GRAS).

L’avenir

Au début du vingtième siècle, 53 000 tonnes (48 071 tonnes métriques) de bicarbonate de soude étaient vendues chaque année. Alors que la population a augmenté de façon spectaculaire, les ventes en 1990 étaient tombées à environ 32 000 tonnes (29 024 tonnes métriques) par an. La farine autolevante et les mélanges pour gâteaux et biscuits ont réduit la demande de bicarbonate de soude en tant qu’ingrédient de boulangerie important. Néanmoins, la demande de ce produit reste importante. Les boulangers commerciaux (en particulier les fabricants de biscuits) sont l’un des principaux utilisateurs de ce produit. L’une des caractéristiques les plus importantes du bicarbonate de sodium est que, lorsqu’il est exposé à la chaleur, il libère du gaz carbonique (CO2) qui fait lever les produits de boulangerie. Le bicarbonate de sodium est également utilisé dans les secteurs de la pharmacie et de la santé, ainsi que dans d’autres applications industrielles. Il reste donc un produit important pour aujourd’hui et pour l’avenir.

Où en savoir plus

Livres

Coyle, L. Patrick, Jr. L’encyclopédie mondiale de l’alimentation. Facts on File, 1982.

Root, Waverley et Richard de Rochemont. Manger en Amérique : A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Périodiques et brochures

Grosswirth, Marvin. « Les merveilles du NaHCO3 », Science Digest. Mars, 1976.

Histoire du bras &Marque de commerce Hammer. Church & Dwight Co., Inc.

Bicarbonate de sodium. FMC Corporation.

Bicarbonate de sodium – Propriétés chimiques, fabrication. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman