Le dichlorométhane, également connu sous le nom de chlorure de méthylène ou DCM, est un liquide incolore et très volatil avec une odeur douce semblable à celle du chloroforme. Sa formule chimique est CH2Cl2 et c’est un solvant industriel largement utilisé avec une variété d’applications. Elle représente 25 % de la production totale de chlorométhanes (CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 et CCl4).
Table des matières
1. Propriétés physiques du dichlorométhane
Le dichlorométhane est un liquide incolore et volatil à l’odeur légèrement sucrée qui peut former des mélanges azéotropiques avec un certain nombre de substances.
Le dichlorométhane (DCM), malgré ses limites d’inflammabilité dans l’air, présente un comportement unique qui défie la classification conventionnelle. Bien que sa plage d’inflammabilité des vapeurs existe entre 13 et 22 % à 20 °C, l’inflammation est difficile en raison de l’énergie d’inflammation élevée (9 100 mJ pour un mélange à 18 %).
Cela contraste avec les solvants inflammables typiques, rendant le DCM résistant à l’inflammation par des sources à faible énergie comme les cigarettes ou les étincelles. Cependant, les sources à haute énergie comme les torches ou les flammes de soudage présentent un risque d’incendie.
Il lui manque un point d’éclair mesurable selon les normes de test établies, ce qui complique encore davantage son profil d’inflammabilité. De plus, il peut élever les points d’éclair d’autres liquides inflammables lorsqu’ils sont mélangés, offrant ainsi des avantages potentiels en matière de sécurité incendie dans des cas spécifiques.
Compte tenu de ces complexités, le dichlorométhane appartient à la classe de température 1 (ATEX) en raison de ses limites d’inflammabilité.
Ses principales propriétés physiques sont répertoriées dans le tableau suivant :
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Poids moléculaire (g/mol) | 84,93 |
| Point d'ébullition à 1 bar (°C) | 40,0 |
| Point de fusion (°C) | −95.1 |
| Pression de vapeur à 20 °C (mbar) | 467 |
| Enthalpie de vaporisation (kJ/mol) | 27,99 |
| Enthalpie de fusion au point de fusion (kJ/mol) | 6.2 |
| Densité du liquide à 20 °C (kg/m³) | 1326.6 |
| Densité de la vapeur au point d'ébullition (kg/m³) | 3.406 |
| Coefficient de dilatation cubique du liquide (0–40°C) (K⁻¹) | 0,00137 |
| Enthalpie de formation de vapeur à 25°C, 1 bar (kJ/mol) | −92.47 |
| Énergie libre de Gibbs de formation de vapeur à 25°C, 1 bar (kJ/mol) | −65,87 |
| Capacité thermique spécifique de la vapeur à 25°C, 1 bar (kJ kg⁻¹ K⁻¹) | 0,600 |
| Enthalpie de formation de liquide à 25°C (kJ/mol) | −121.46 |
| Énergie libre de Gibbs de formation de liquide à 25°C (kJ/mol) | −67.26 |
| Capacité thermique spécifique du liquide à 25 °C (kJ kg⁻¹ K⁻¹) | 1.177 |
| Température critique (Tc) (°C) | 245 |
| Pression critique (atm) | 60,9 |
| Volume critique (mL/mol) | 0,1815 |
| Facteur de compressibilité critique | 0,2731 |
| Conductivité thermique de la vapeur (W K⁻¹ m⁻¹) | 0,00758 |
| Conductivité thermique du liquide à 20°C (W K⁻¹ m⁻¹) | 0,156 |
| Tension superficielle à 20°C (10⁻³ N/m) | 28.2 |
| Viscosité du liquide à 20°C (cP) | 0,425 |
| Moment dipolaire | 1,59 |
| Indice de réfraction d'un liquide à 25°C | 1.4244 |
| Constante diélectrique de la vapeur à 20°C | 1.01 |
| Constante diélectrique du liquide à 20°C | 9.10 |
| Température d'inflammation (°C) | 605 |
| Limites d'inflammation dans l'air, % vol inférieur | 13 |
| Limites d'inflammation dans l'air, % vol supérieur | 22 |
| Coefficient de partage air/eau à 20°C | 0,12 |
| Coefficient de partage n-octanol/eau à 20°C en log Pow | 1,25 |
2. Propriétés chimiques du dichlorométhane
Le dichlorométhane est thermiquement stable, tolérant une exposition de courte durée à des températures supérieures à 140 °C et même à 120 °C en présence d’oxygène. Cependant, sa décomposition dépend de divers autres facteurs :
- Durée d’exposition : un chauffage prolongé accélère la décomposition.
- Humidité et autres produits chimiques : la présence d’humidité, de rouille ou ou de produits chimiques spécifiques peuvent favoriser la décomposition.
- Matériau du conteneur : l’acier doux, l’acier inoxydable et le verre offrent une meilleure compatibilité que des matériaux comme l’aluminium.
En présence de chaleur ou de flammes, le dichlorométhane se décompose en chlorure d’hydrogène et des traces de phosgène (avec de l’oxygène). La photooxydation du DCM conduit à la formation de dioxyde de carbone, de chlorure d’hydrogène et de petites quantités de phosgène. Les réactions avec le dioxyde d’azote produisent du monoxyde de carbone, du monoxyde d’azote et du chlorure d’hydrogène.
Bien qu’il soit stable avec la plupart des métaux de construction, le dichlorométhane réagit avec le zinc, l’aluminium, le magnésium et leurs alliages dans des réactions de type Grignard, provoquant une corrosion. Le dichlorométhane stabilisé est recommandé pour le contact avec de tels métaux.
Le dichlorométhane subit une hydrolyse négligeable lors de l’évaporation, mais s’hydrolyse lentement au fil du temps à température ambiante, générant du formaldéhyde et du chlorure d’hydrogène. Ceci explique la rouille observée sur les surfaces en acier.
Des stabilisants appropriés, agissant comme des piégeurs d’acides et de radicaux, sont cruciaux pour le stockage et l’utilisation. Le traitement à la vapeur à pression élevée hydrolyse facilement le dichlorométhane.
Les processus de chloration thermique ou photochimique peuvent introduire davantage d’atomes de chlore dans le dichlorométhane, et est utilisé pour la production de méthanes plus substitués comme le chloroforme et le tétrachlorométhane.
Le brome ou bromure d’hydrogène, avec Le chlorure d’aluminium comme catalyseurs, peut remplacer le chlore par du brome formant du chlorobromométhane ou du dibromométhane.
La réaction du DCM avec le fluorure d’hydrogène donne du difluorométhane (HFC-32).
En utilisant l’aluminium comme catalyseur à 220 °C et 90 MPa, la carbonylation du dichlorométhane produit du chlorure de chloroacétyle.
Une solution alcoolique d’ammoniaque produit de l’hexaméthylènetétramine avec du DCM à 125 °C.
Les réactions avec les phénolates imitent les réactions du formaldéhyde-phénol.
3. Production de dichlorométhane
Le dichlorométhane est produit industriellement par chloration directe du méthane et du monochlorométhane avec du chlore. Ce processus est effectué à températures élevées (400 à 500 °C) et génère un mélange de dérivés de méthane chlorés, y compris le le chlorométhane, le chloroforme, tétrachlorure de carbone, et DCM.
Le dichlorométhane est séparé du mélange et purifié par distillation.
Une description détaillée du processus industriel peut être trouvée dans les articles sur le chloroforme et le tétrachlorométhane.
a) Réacteur en boucle ; b) Refroidisseur de gaz de procédé ; c) trempe ; d) Séparateur gaz/liquide ; e) absorption de HCl ; f) Système de neutralisation ; g) Colonne de séchage d'acide sulfurique ; h) Compresseur ; i) Première étape de condensation ; j) Deuxième condenseur ; k) Réservoir tampon de condensat ; l1–l4) Colonnes de distillation pour CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 et CCl4
La photochloration apparaît comme une alternative potentielle à la production de dichlorométhane. Il utilise une voie radicalaire pour convertir sélectivement le monochlorométhane en DCM à -20 °C à l’aide de lampes UV, ce qui donne un produit avec une teneur minimale (2 à 3 %) en trichlorométhane.
Ce procédé ne peut pas être utilisé pour la chloration directe du méthane. Des études rapportent son efficacité pour purifier le dichlorométhane des impuretés des composants C2.
4. Utilisations du dichlorométhane
Le dichlorométhane est utilisé dans des applications industrielles, principalement comme solvant pour la synthèse chimique, l’extraction et la purification d’ingrédients pharmaceutiquement actifs tels que les antibiotiques, les vitamines, la caféine et les arômes.
Il est utilisé dans la fabrication de plastiques polycarbonates, offrant des propriétés semblables à celles du verre.
Le DCM agit comme un co-agent gonflant de mousse dans la production de mousses de polyuréthane souples.
La capacité du dichlorométhane à dissoudre divers composés organiques le rend précieux comme solvant pour les machines de nettoyage des métaux, pour les adhésifs et nettoyants spéciaux, ainsi que dans les laboratoires.
Le DCM est utilisé comme matière première pour produire du difluorométhane (HFC-32), un réfrigérant à basse température utilisé dans des mélanges comme le R-407C et le R-410A.
Il a été utilisé dans les décapants pour peinture, mais a été restreint ou interdit dans de nombreux pays industrialisés pour des raisons de sécurité. Sa forte volatilité et ses applications à l’air libre dans le décapage de peinture peuvent conduire à une exposition incontrôlée, posant des risques pour la santé.
L’utilisation sûre des produits basés sur DCM est mieux assurée par des professionnels qualifiés ou dans des systèmes fermés, comme autorisé dans certaines régions.
5. Toxicologie du dichlorométhane
Bien que le dichlorométhane (DCM) présente une toxicité modérée en cas d’ingestion, son principal danger réside dans ses effets sur les yeux et la peau. Il peut provoquer une douleur importante, mais son absorption est généralement limitée en raison de son évaporation rapide. L’inhalation constitue cependant la principale voie d’exposition.
Effets d’inhalation de haut niveau :
- Une exposition supérieure à 1 000 ppm entraîne une anesthésie et un manque de coordination.
- Le métabolisme du DCM en monoxyde de carbone entraîne la formation de carboxyhémoglobine (COHb), imitant un empoisonnement au monoxyde de carbone.
- À des niveaux d’exposition acceptables, les effets indésirables potentiels du COHb n’affecteront probablement que les personnes présentant des problèmes cardiovasculaires ou respiratoires préexistants.
Autres préoccupations toxicologiques :
- Le DCM présente une tératogénicité limitée (anomalies congénitales) chez les animaux et une faible activité mutagène dans les tests in vitro.
- Aucune génotoxicité in vivo (dommages génétiques) n’a été observée.
- Bien que des études animales établissent un lien entre l’exposition par inhalation et les tumeurs du poumon et du foie chez la souris (et non chez le rat ou le hamster), cette cancérogénicité ne semble pas pertinente pour l’homme en raison de voies métaboliques différentes.
- Des recherches récentes suggèrent que l’hypoxie et une altération de la signalisation circadienne sont des facteurs clés potentiels des tumeurs de souris induites par le dichlorométhane.
- Bien que le CIRC classe le DCM comme « probablement cancérigène pour l’homme » sur la base de similitudes métaboliques théoriques, les données épidémiologiques disponibles sur des expositions professionnelles allant jusqu’à 100 ppm ne montrent pas d’effets cancérigènes chez l’homme.
- Les limites d’exposition professionnelle (VLEP) au dichlorométhane se situent généralement entre 25 et 100 ppm, ce qui reflète la nécessité d’une manipulation soigneuse et d’une ventilation appropriée.
Référence
- Chloromethanes; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a06_233.pub4
