Le soufre

Le soufre

D'après Wikipedia :

Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.

C'est un non-métal multivalent abondant, inodore, insipide, et insoluble dans l'eau. Le soufre est surtout connu sous la forme de cristaux jaunes et se trouve dans beaucoup de minéraux (sulfure et sulfate) et même sous forme native, particulièrement dans les régions volcaniques. L'essentiel du soufre exploité est cependant d'origine sédimentaire.

C'est un élément essentiel pour tous les êtres vivants ; il intervient dans la formule de deux acides aminés naturels, la cystéine et la méthionine et, par conséquent, dans de nombreuses protéines. Le soufre sert à 90 % à préparer l'acide sulfurique, produit de base de l'industrie chimique. Il est notamment employé comme engrais (sulfates) (60 % de la production) et phytosanitaire fongicide (contre l'oïdium de la vigne). Environ 34 % sert à des applications non agricoles comme la fabrication du caprolactame-monomère qui intervient dans la préparation du Nylon-6, dans les processus de lixiviation en exploitation minière, à l'élaboration du dioxyde de titane, des tripoly-phosphates pour les détergents, à l'alimentation animale et humaine, à la fabrication de la pâte à papier, à la fabrication de l'acide fluorhydrique. Il est aussi utilisé pour fabriquer la poudre à canon, les laxatifs, les allumettes, des insecticides, etc.

ETATS DU SOUFRE

• Soufre solide

Les différentes formes allotropiques de soufre cristallisé se distinguent notamment par leur systèmes cristallins,  leur  densité  et  leur  coloration. Les  deux  variétés  cristallisées  stables sont le soufre orthorhombique (soufre Alpha) et le soufre monoclinique (soufre Beta).

Le soufre Alpha se présente sous  forme de cristaux  jaunes verdâtres, alors que  le soufre Beta est

constitué par de longues aiguilles prismatiques de couleur jaune ambré.

A 95,5 °C, on observe la transition réversible du S.a en S.b, de chaleur de réaction - 11,5 J/g.

Cette réaction s’accompagne d’une augmentation de volume.

Deux  autres  variétés  allotropiques  existent :  le  soufre  amorphe  (transparent  et  élastique) obtenu  par  refroidissement  brutal  du  soufre  liquide  dans  l’eau  et  le  soufre  sublimé  (fine poudre jaune citron  également  appelée  fleur  de  soufre)  obtenu  par  condensation  brusque des vapeurs de soufre sur des parois froides.

• Soufre liquide

Le soufre liquide se présente sous différentes états, en fonction de la température : état liquide jaune fluide (119,5°C), état visqueux rouge (160°C), nouvel état fluides (250°C), puis ébullition et vapeurs jaunes (445°C).

• Soufre gazeux

Le soufre liquide présente une  tension de vapeur encore  très  faible au dessous de 200 °C qui croit  rapidement au-delà. La  température d’ébullition à pression atmosphérique est de 444,6°C.  La  coloration  des  vapeurs est jaune puis se modifie progressivement  avec la température de chauffe.

A  l’état vapeur, comme à  l’état  liquide,  le  soufre est constitué de plusieurs molécules  en équilibre  mobile  dépendant  de  nombreux  facteurs,  en  particulier  la  température  et  la pression. Des études montrent que le soufre se trouve en majorité sous forme de molécules de type S8, S6, S2 et S.

• Propriétés physico-chimiques: (voir Annexe Soufre_1)

Le soufre (n° d’identification CAS  : 7704-34-9) est un élément non métallique de numéro atomique 16 et de masse atomique 32,064. Ce produit est inodore et insipide, toutefois une légère odeur de sulfure d’hydrogène (H2S), due à la présence d’impuretés, est parfois perceptible dans certaines formes commerciales.

Le soufre est insoluble dans l’eau, peu soluble dans la plupart des solvants organiques et soluble dans le disulfure de carbone (CS2). Il est mauvais conducteur de  la chaleur et de l’électricité.

Les principales propriétés physiques du soufre sont présentées dans les paragraphes suivants.

• Soufre solide

En ce qui concerne  le soufre sous  forme pulvérulente,  la densité apparente du produit est plus  faible que celle définie ci-dessus. Les valeurs typiques de densité apparente, pour les différentes formulations de soufre commercialisées, sont présentées dans le paragraphe relatif aux transformations du soufre et à ses appellations commerciales.

• Soufre liquide

• Soufre gazeux

Densité des vapeurs (air = 1) à 470 °C : 7,837 (sans unité)

 DANGERS

• Incendie et explosion

Le soufre est inflammable, et sa combustion dégage des produits toxiques comme le dioxyde de soufre  (SO2) et le trioxyde de soufre (SO3). Sous forme pulvérulente, l’inflammation d’un nuage de soufre en milieu confiné donne lieu à une explosion. Le tableau suivant présente les principales caractéristiques d’inflammabilité et d’explosibilité du soufre, issues de la littérature ou mises en évidence lors d’essais menés par l’INERIS (1) sur de la fleur de soufre (formulation définie et décrite dans le paragraphe relatif aux transformations du soufre et à ses appellations commerciales) de granulométrie médiane 113,3 um.

• Tableau 4: Principales caractéristiques d’inflammabilité et d’explosibilité du soufre : 

1. Point d’éclair (liquide) = ...........................................................168 à 188 °C 
2. Température d’auto-inflammation en nuage (poussières) = .........190 °C 
3. Energie minimale d’inflammation (poussières) <......................... 1 mJ (granulo. médiane 16 um), 7,6 mJ < EMI < 9,4 mJ (granulo. médiane 113 um)
4. Inflammation  des  poussières  en  dépôt  par étincelles électriques = La  fleur  de  soufre  est  un  des  rares produits, les poussières métalliques mises à  part,  qui  s’enflamme  par  étincelles électriques 
5. Résistivité électrique volumique :.................................................. La résistivité volumique est de  l’ordre de 1015 Ohm.cm, ce qui fait du soufre un produit très isolant.
6. Limite inférieure d’explosivité (poussières)  = ...............................30 g/m3 (granulo. médiane 20um), 35 g/m3 (granulo. non précisée)
7. Température d’auto-inflammation en couche de 5 cm (poussières) = 220 °C 
8. Température  d’inflammation  sans  flamme pilote (poussières) = ......230 +/- 5 °C 
9. Température  de  début  d’oxydation  (analyse thermique  différentielle  couplée  à  une  analyse
10. thermogravimétrique ATD-ATG) (poussières) = ...............................Inflammation spontanée du soufre à l’air à environ 220 °C .
11. Pression  maximale  d’explosion (Pmax) (poussières) = ......................6,8 bar (granulo. médiane 20 um) 
12. Constante  de  violence  d’explosion  (KSt) (poussières) = ..................151 bar.m/s (granulo. médiane 20um (catégorie de poussières  St 1)
13. Pouvoir calorifique inférieur (PCI)  = ..................................................10 MJ/kg 

Stabilité et incompatibilités

• Le soufre est un métalloïde très réactif. Il réagit avec les métaux comme le cuivre, l’argent, le mercure, les alcalins et les alcalino-terreux pour donner des sulfures. La réaction peut être violente, en particulier dans le cas de mélanges en phase liquide de soufre avec du lithium, du magnésium ou du sodium. A chaud, le soufre se combine au zinc, à  l’étain et à  l’aluminium. Des réactions lentes sont observées avec le fer, le chrome, le tungstène, le nickel et le cobalt. 
• Le  soufre se combine directement aux halogènes sauf à l’iode. Le soufre s’enflamme spontanément dans le fluor.
• Le soufre réagit avec les oxydants forts et en particulier avec l’oxygène, avec une  facilité d’autant plus grande que la température est élevée. La combustion vive du soufre est accompagnée d’une flamme bleue caractéristique. Cette oxydation produit du dioxyde de soufre (SO2 ou anhydride sulfureux), mélangé à une petite quantité d’anhydride sulfurique (SO3) et de disulfure de carbone (CS2).

Toxicité

•  Toxicité pour l’homme du soufre et des produits issus de sa combustion

Le soufre est irritant par contact avec la peau et les yeux et par inhalation pour les voies respiratoires. Le contact avec les yeux entraîne des rougeurs et des larmoiements. L’inhalation occasionnelle est responsable d’éternuements et de toux, alors que l’exposition prolongée peut entraîner des maladies du système  respiratoire, et notamment des trachéo-bronchites. Le danger toxicologique principal en relation avec le soufre résulte de sa combustion, qui génère du dioxyde de soufre (SO2), substance toxique, et en moindre  mesure de l’hydrogène sulfuré (H2S), du trioxyde de soufre (SO3) et du disulfure de carbone (CS2),

également toxiques. En particulier lors de l’accident d’Afrique du Sud en décembre 1995, les gaz issus de la combustion de terrils de soufre ont provoqué des décès parmi la population.

Écotoxicité

Le  soufre est un insecticide et un fongicide largement utilisé en agriculture, en arboriculture et en viniculture. Répandu dans l’environnement en quantités raisonnables, il est pris en charge par le cycle naturel du soufre. Dans le sol, le soufre est dégradé en quelques jours par des bactéries en sulfates, ce qui en fait un élément nutritif secondaire pour les plantes. Le soufre n’est donc pas considéré comme écotoxique. INERIS DRA-AJa-03-38146 13 / 45

Par contre, rejeté dans l’eau, milieu dans lequel il n’est pas soluble, le soufre ne se dégrade pas tant qu’il reste en suspension. Dans le cas des accidents où la concentration de la suspension est élevée, les poissons peuvent être atteints. Pour le cyprin doré, 16 000 ppm durant cinq heures entraîne une mortalité de 100 %.

Toutefois, le soufre n’est pas dangereux pour l’environnement, au sens de la réglementation européenne relative aux substances dangereuses.

Enfin, il n’y a pas de risque de bio-concentration ni de bio-accumulation du soufre.

Corrosion 

Le soufre n’est pas corrosif. Toutefois, comme cité ci-dessus, l’acide sulfurique (H2SO4) produit par action de l’eau sur le soufre est susceptible d’attaquer les métaux les plus résistants, comme l’acier inoxydable.

Synthèse : modes d’exposition aux dangers possibles

Au regard des dangers du soufre développés ci-dessus, les principaux événements susceptibles de porter atteinte à la santé et à la sécurité des travailleurs et/ou à l’environnement peuvent être identifiés. Ceux-ci sont présentés dans le tableau suivant : 

• Tableau :  Modes d’exposition aux dangers possibles.

soufre purifié

(1): Une meilleure connaissance de la qualité de l’air et des émissions de polluants dans l’atmosphère est indispensable, sur le plan local, régional et national voire européen. 

Dans le domaine des émissions atmosphériques ou des odeurs, INERIS permet non seulement aux industriels de vérifier leur conformité réglementaire (contrôles périodiques, auto-surveillance) mais surtout de définir des stratégies de réduction des émissions par la fourniture et l’interprétation de données mesurées et modélisées.