Urée : propriétés, réactions, production et utilisations

Qu’est-ce que l’urée ?

L’urée, également connue sous le nom de carbamide ou de diamide carbonique, est un composé organique de formule chimique CO(NH₂)₂. À température ambiante, c’est un solide incolore, inodore et insipide. L’urée pure cristallise sous forme de longues et fines aiguilles blanches, bien que des prismes rhomboédriques soient également observés.

L’urée participe à de nombreux processus biologiques, notamment la dégradation des protéines. Le corps humain produit 20 à 30 g d’urée par jour en tant que déchet métabolique.

Rouelle a isolé l’urée de l’urine en 1773. En 1828, Friedrich Wöhler l’a synthétisée à partir d’ammoniac et d’acide cyanique en solution aqueuse. L’urée a ensuite été obtenue en 1870 en chauffant du carbamate d’ammonium dans un tube scellé. La recherche sur sa préparation a progressé de manière constante depuis ces premières études.

La production industrielle moderne repose sur la synthèse de Basaroff, dans laquelle le carbamate d’ammonium est déshydraté à température et pression élevées :

NH₂COONH₄ ⇌ CO(NH₂)₂ + H₂O

Au début du XX^e siècle, l’urée était fabriquée par hydratation de la cyanamide, elle-même dérivée de la cyanamide de calcium :

CaCN₂ + H₂O + CO₂ → CaCO₃ + CNNH₂
CNNH₂ + H₂O → CO(NH₂)₂

Dans le procédé Haber–Bosch de synthèse de l’ammoniac (1913), l’ammoniac et le dioxyde de carbone étaient tous deux générés lors de la synthèse de l’ammoniac, de sorte que la production d’urée à partir de ces deux composés s’est développée rapidement :

2 NH₃ + CO₂ ⇌ NH₂COONH₄
NH₂COONH₄ ⇌ CO(NH₂)₂ + H₂O

Aujourd’hui, l’ensemble de l’urée industrielle est préparé selon des réactions qui suivent ce mécanisme. Le carbamate d’ammonium est formé par réaction directe de l’ammoniac avec le dioxyde de carbone, puis déshydraté en urée à température et pression élevées. Carl Bosch a développé la méthode chimique haute pression tout en mettant en place la nouvelle industrie de l’ammoniac, ce qui lui a valu le prix Nobel en 1932.

L’urée est fabriquée dans le monde entier à très grande échelle, et la production annuelle a dépassé 150 × 10⁶ t en 2010. Sa principale application est sous forme d’engrais. En tant que plus important engrais azoté, l’urée apporte une contribution majeure à l’approvisionnement alimentaire mondial. D’autres applications incluent les compléments alimentaires pour le bétail et la fabrication de résines, de colles, de mélamine, de solvants et de certains produits médicinaux. L’urée réduit également les émissions de NO_x par réduction catalytique. Elle est classée comme un composé non toxique.

1. Propriétés physiques de l’urée

L’urée pure forme des cristaux blancs et inodores sous forme de longues et fines aiguilles ou de prismes rhomboédriques. Le réseau cristallin est tétragonal-scalénoédrique avec un rapport d’axes a : c = 1 : 0,833. Le cristal est anisotrope (non cubique) et présente donc une biréfringence. Ses indices de réfraction à 20 °C sont de 1,484 et 1,602.

Le point de fusion de l’urée est de 132,6 °C, et des valeurs de 133 à 134 °C sont également rapportées. La chaleur de fusion est de 13,61 kJ/mol. Les propriétés générales de l’urée sont répertoriées dans le tableau 1.

Tableau 1 : Propriétés physiques de l’urée

Propriété	Valeur
Numéro CAS	57-13-6
Formule chimique	CO(NH2)2
Masse moléculaire	60,056 g/mol
Point de fusion	133–134 °C
Indice de réfraction, nD20	1,484 ; 1,602
Masse volumique, d420	1,3230 g/cm3
Système et habitus cristallins	Tétragonal ; aiguilles ou prismes
Énergie libre de formation à 25 °C	−197,15 kJ/mol
Chaleur de fusion (endothermique)	251 J/g
Chaleur de dissolution dans l’eau (endothermique)	243 J/g
Chaleur de cristallisation, solution aqueuse d’urée à 70 % (exothermique)	460 J/g
Masse volumique apparente	0,74 g/cm3
Chaleur massique à 0 °C	1,439 kJ·kg−1·K−1
Chaleur massique à 50 °C	1,661 kJ·kg−1·K−1
Chaleur massique à 100 °C	1,887 kJ·kg−1·K−1
Chaleur massique à 150 °C	2,109 kJ·kg−1·K−1

Les propriétés physiques de l’urée fondue à 135 °C sont données dans le tableau 2.

Tableau 2 : Propriétés physiques de l’urée fondue à 135 °C

Propriété	Valeur
Masse volumique, ρ	1 247 kg/m3
Volume moléculaire	48,16 × 10−3 m3/kmol
Viscosité dynamique, η	3,018 mPa·s
Viscosité cinématique, ν	2,42 × 10−6 m2/s
Capacité thermique molaire, Cp	135,2 J·mol−1·K−1
Capacité thermique massique, cp	2,25 kJ·kg−1·K−1
Tension superficielle, γ	66,3 × 10−3 N/m

Entre 133 et 150 °C, la masse volumique et la viscosité dynamique d’un bain d’urée fondue suivent ces équations, où T est la température absolue en kelvin :

ρ = 1638,5 − 0,96T
ln η = 6700/T − 15,311

La masse volumique de l’urée solide à 20 °C est de 1 335 kg/m³, et sa dépendance à la température est de 0,208 kg·m⁻³·K⁻¹.

Entre 240 et 400 K, la capacité thermique molaire de l’urée solide est décrite par :

C_p = 38,43 + 4,98 × 10⁻²T + 7,05 × 10⁻⁴T² − 8,61 × 10⁻⁷T³

La pression de vapeur de l’urée solide entre 56 et 130 °C est donnée par :

ln P_v = 32,472 − 11 755/T

L’urée est hygroscopique. Entre 10 et 80 °C, la pression de vapeur d’eau au-dessus d’une solution aqueuse saturée d’urée dépend de la température comme suit :

ln P_H2O°(s) = 175,766 − 11 552/T − 22,679 ln T

L’humidité relative critique (HRC) est calculée à partir de cette valeur et de la pression de vapeur de l’eau pure, P_H2O° :

HRC = (P_H2O°(s)/P_H2O°) × 100

L’HRC est le seuil au-delà duquel l’urée commence à absorber l’humidité de l’air ambiant. Elle diminue lorsque la température augmente : 76,5 % à 25 °C, 74,3 % à 30 °C et 69,2 % à 40 °C.

À 25 °C et pour des concentrations de 0 à 20 mol d’urée par kilogramme d’eau, la chaleur intégrale de dissolution des cristaux d’urée dans l’eau (ΔH_s) dépend de la molalité m selon :

ΔH_s = 15,351 − 0,3523m + 2,327 × 10⁻²m² − 1,0106 × 10⁻³m³ + 1,8853 × 10⁻⁵m⁴

L’urée et l’eau forment un mélange eutectique contenant 67,5 % en poids d’eau. Le point eutectique est de −11,5 °C.

La solubilité de l’urée dans l’eau, l’ammoniac, le méthanol et l’éthanol augmente avec la température, comme le montre le tableau 3.

Tableau 3 : Solubilité de l’urée dans divers solvants (% en poids d’urée)

Solvant	0 °C	20 °C	40 °C	60 °C	80 °C	100 °C
Eau	39,5	51,8	62,3	71,7	80,2	88,1
Ammoniac	34,9	48,6	67,2	78,7	84,5	90,4
Méthanol	13,0	18,0	26,1	38,6	–	–
Éthanol	2,5	5,1	8,5	13,1	–	–

Le tableau 4 donne les propriétés des solutions aqueuses saturées d’urée.

Tableau 4 : Propriétés des solutions aqueuses saturées d’urée

Température (°C)	Solubilité (g/100 g de solution)	Masse volumique (g/cm3)	Viscosité (mPa·s)	Pression de vapeur d’H2O (kPa)
0	41,0	1,120	2,63	0,53
20	51,6	1,147	1,96	1,73
40	62,2	1,167	1,72	5,33
60	72,2	1,184	1,72	12,00
80	80,6	1,198	1,93	21,33
100	88,3	1,210	2,35	29,33
120	95,5	1,221	2,93	18,00
130	99,2	1,226	3,25	0,93

Le tableau 5 répertorie les propriétés des solutions saturées d’urée dans l’ammoniac liquide.

Tableau 5 : Propriétés des solutions saturées d’urée dans l’ammoniac

Température (°C)	Urée en solution (% en poids)	Pression de vapeur de la solution (kPa)
0	36	405
20	49	709
40	68	952
60	79	1094
80	84	1348
100	90	1267
120	96	507

Le tableau 6 présente la composition et la masse volumique des solutions saturées d’urée dans le méthanol et l’éthanol.

Tableau 6 : Propriétés des solutions saturées d’urée dans le méthanol et l’éthanol

Température (°C)	Méthanol		Éthanol
	Urée (% en poids)	Masse volumique (g/cm3)	Urée (% en poids)	Masse volumique (g/cm3)
20	22	0,869	5,4	0,804
40	35	0,890	9,3	0,804
60	63	0,930	15,0	0,805

2. Réactions chimiques de l’urée

L’urée s’hydrolyse très lentement dans l’eau. Le premier produit formé est le carbamate d’ammonium, qui se décompose finalement en ammoniac et en dioxyde de carbone.

L’urée solide est stable à température ambiante et sous pression atmosphérique. À la pression atmosphérique et à son point de fusion, elle se décompose en ammoniac, biuret, acide cyanurique, ammelide et triuret. Le biuret est le principal sous-produit de l’urée commerciale et le moins désirable. Un excès de biuret dans l’urée à usage d’engrais est réputé nuire à la croissance des plantes.

Lors du chauffage, l’urée se décompose principalement en ammoniac et en acide isocyanique (HNCO). La phase gazeuse au-dessus d’une solution d’urée contient donc une quantité considérable de HNCO une fois l’équilibre d’isomérisation dans la phase liquide atteint :

CO(NH₂)₂ ⇌ NH₄NCO ⇌ NH₃ + HNCO

En solution aqueuse diluée, le HNCO s’hydrolyse principalement en NH₃ et CO₂. En solution concentrée ou dans de l’urée fondue, il réagit à nouveau avec l’urée à température relativement basse. Les produits sont le biuret (NH₂–CO–NH–CO–NH₂), le triuret (NH₂–CO–NH–CO–NH–CO–NH₂) et l’acide cyanurique (HNCO)₃. À température plus élevée, la guanidine [CNH(NH₂)₂], l’ammelide [C₃N₃(OH)₂NH₂], l’ammeline [C₃N₃OH(NH₂)₂] et la mélamine [C₃N₃(NH₂)₃] se forment également.

La mélamine peut également être fabriquée à partir d’urée par une réaction catalytique en phase gazeuse. L’urée est d’abord décomposée sous faible pression en ammoniac et acide isocyanique, qui sont ensuite convertis par voie catalytique en mélamine.

Chauffer l’urée sous vide à son point de fusion la fait sublimer sans altération. À 180–190 °C sous vide, l’urée sublime et se transforme en cyanate d’ammonium (NH₄OCN). Lorsque l’urée solide est chauffée rapidement dans un courant d’ammoniac gazeux à température élevée et sous une pression de plusieurs centaines de kPa (plusieurs atm), elle sublime complètement. Une partie se décompose en acide cyanique et cyanate d’ammonium.

L’urée solide se dissout dans l’ammoniac liquide et forme le composé instable urée–ammoniac, CO(NH₂)₂·NH₃, qui se décompose au-dessus de 45 °C.

L’urée–ammoniac forme des sels avec les métaux alcalins, par exemple NH₂CONHM ou CO(NHM)₂.

Une faible pression partielle d’ammoniac, une température élevée et un chauffage prolongé favorisent la conversion de l’urée en biuret. À 10–20 MPa (100–200 atm), le chauffage du biuret avec de l’ammoniac donne de l’urée.

L’urée se comporte comme une substance monobasique et forme des sels avec les acides. Avec l’acide nitrique, elle donne le nitrate d’urée, CO(NH₂)₂·HNO₃, qui se décompose de manière explosive sous l’action de la chaleur.

En présence d’hydroxyde de sodium, l’urée réagit avec le nitrate d’argent pour former un dérivé diargentique jaune pâle. Le NaOH transforme d’abord l’urée en sa forme imidole, qui réagit ensuite avec AgNO₃. Les agents oxydants en présence de NaOH convertissent l’urée en azote et en dioxyde de carbone. Le CO₂ réagit avec le NaOH pour donner du carbonate de sodium :

NH₂CONH₂ + 2 NaOH + 3 NaOBr → N₂ + 3 NaBr + Na₂CO₃ + 3 H₂O

L’urée réagit avec les alcools pour donner des esters de l’acide carbamique, communément appelés uréthanes :

NH₂CONH₂ + ROH → NH₂COOR + NH₃

L’urée et le peroxyde d’hydrogène forment le peroxyde d’urée, CO(NH₂)₂·H₂O₂. Cette poudre cristalline blanche est un agent oxydant vendu sous le nom commercial de Hypersol.

L’urée et l’acide malonique donnent l’acide barbiturique, un composé clé en chimie thérapeutique.

L’urée réagit également avec les oxydes d’azote (NO_x) pour former du N₂, du CO₂ et de l’H₂O. La réaction se déroule en phase gazeuse entre 800 et 1 150 °C, et en phase liquide à une température plus basse. Elle est utilisée industriellement pour éliminer les NO_x des gaz de combustion.

Les produits issus de la réaction entre l’urée et le formaldéhyde dépendent du pH de la solution et du rapport molaire des deux réactifs. En milieu acide, l’urée donne de la méthylène-urée, de la diméthylène-urée, de la triméthylène-urée, de la tétraméthylène-urée et des polyméthylène-urées. La méthylène-urée réagit avec d’autres molécules de formaldéhyde pour donner de la diméthylène-urée et d’autres homologues. Ces produits sont utilisés comme engrais à libération lente sous la dénomination générique d’urée-formol (ou ureaform).

En milieu basique, la méthylolurée (NH₂CONHCH₂OH) se forme à la place de la méthylène-urée. Elle réagit avec du formaldéhyde supplémentaire pour donner de la diméthylolurée, CO(NHCH₂OH)₂ (HOCH₂NHCONHCH₂OH), ainsi que des produits de polymérisation supérieure. Cette chimie est largement exploitée pour la production de résines synthétiques. L’urée constitue également la matière première de la mélamine, nécessaire à la fabrication des résines mélamine-formaldéhyde. Elle représente ainsi le bloc de construction le plus important des résines aminoplastes.

Lorsque l’urée est appliquée sur le sol comme engrais, l’enzyme uréase l’hydrolyse en NH₃ et CO₂. Les bactéries convertissent ensuite le NH₃ en nitrate, qui est directement assimilé par les cultures.

3. Production industrielle de l’urée

À l’échelle industrielle, l’urée est produite selon le procédé en deux étapes de Bazarov, en faisant réagir l’ammoniac avec le dioxyde de carbone à des températures (170–220 °C) et des pressions élevées (125–250 bar) :

1. Formation du carbamate d’ammonium : Cette étape est rapide, fortement exothermique (ΔH ≈ −159 kJ/mol dans les conditions standards) et s’effectue de manière quasi complète sous la pression de synthèse. La chaleur dégagée est récupérée pour la production de vapeur.
2. Déshydratation du carbamate : Cette étape endothermique (ΔH ≈ +31,4 kJ/mol) se déroule exclusivement en phase liquide et est limitée par l’équilibre chimique, ce qui nécessite un temps de séjour adéquat à des températures élevées.

Puisque la formation du carbamate génère nettement plus de chaleur que la déshydratation n’en absorbe, le procédé global de synthèse de l’urée est exothermique. Les pressions opératoires sont maintenues au-dessus du seuil de dissociation du carbamate d’ammonium afin d’éviter sa décomposition sous forme gazeuse.

Le maintien d’un rapport molaire d’ammoniac par rapport au CO₂ en excès (généralement compris entre 2,9 et 4,5) proche du point azéotropique positif permet de minimiser la pression de vapeur totale, de maximiser le taux de conversion de l’urée par passe et de limiter la formation secondaire de biuret et d’acide isocyanique. La présence d’eau dans le réacteur inhibe fortement la déshydratation du carbamate, ce qui rend essentielle la réduction du recyclage de l’eau dans la boucle de synthèse.

3.1. Technologies de synthèse de l’urée à haute pression

Plus de 90 % des installations industrielles modernes utilisent la technologie de stripage à haute pression, dans laquelle le carbamate non converti est décomposé et recyclé directement à la pression de synthèse, évitant ainsi les pertes d’énergie associées à la dépressurisation et au recyclage aqueux :

1. Le stripage thermique Saipem (Snamprogetti) utilise la seule énergie thermique entre 200 et 210 °C au sein d’un strippeur à film tombant pour décomposer le carbamate sans gaz de stripage auxiliaire. Fonctionnant à environ 15 MPa avec un rapport molaire d’alimentation NH₃/CO₂ de 3,5, le procédé recourt à des étapes de récupération à moyenne pression (1,8 MPa) et basse pression (0,4 MPa), ainsi qu’à une colonne d’absorption MP qui récupère l’ammoniac liquide pur en vue de son recyclage. La corrosion à haute température est palliée par l’emploi de tubes bimétalliques (zirconium et acier inoxydable 25-22-2) ou OmegaBond.

2. Le stripage au CO₂ Stamicarbon fonctionne à environ 14 MPa avec un rapport d’alimentation NH₃/CO₂ de 2,95:1, en introduisant du gaz CO₂ frais comme agent de stripage. Les gaz n’ayant pas réagi se condensent dans un condenseur de carbamate à haute pression, générant de la vapeur à basse pression pour les opérations en aval et éliminant ainsi la nécessité d’une section de récupération à moyenne pression. Les conceptions avancées de ce procédé intègrent des condenseurs à piscine (pool condensers), des réacteurs à piscine ou des agencements à bas niveau AVANCORE fabriqués en acier inoxydable duplex Safurex.

3. Toyo Engineering Corporation (ACES21) combine le stripage au CO₂ avec un condenseur de carbamate submergé vertical (VSCC) et un éjecteur haute pression entraîné par de l’NH₃ liquide pour la circulation des fluides. Les équipements sont construits en acier inoxydable duplex DP28W résistant à la corrosion, permettant une disposition d’usine à bas niveau.

3.2. Opérations de finition du produit

La solution d’urée synthétisée (solution aqueuse de 70 à 85 % en masse d’urée) est concentrée et solidifiée sous formes commerciales via trois méthodes principales de finition :

• Prillage : évapore la solution jusqu’à obtenir une fonde d’urée à 99,6 % en masse, qui est atomisée du haut d’une tour de 60 à 110 m à contre-courant d’un flux d’air de refroidissement. Les granulés de prillage (prills) présentent une résistance mécanique à l’écrasement inférieure à celle des granulés issus de granulation, nécessitant souvent des additifs de formaldéhyde ou des agents d’ensemencement pour éviter la dégradation et la prise en masse lors du transport.
• Granulation : agglomère la fonde d’urée liquide sur des particules germes dans des granulateurs à lit fluidisé ou à tambour. Les granulés possèdent une résistance mécanique supérieure, un diamètre de particule plus élevé et des émissions de poussière réduites, faisant de la granulation la méthode privilégiée pour les usines d’exportation à grande échelle.
• Pastillage (Rotoform) : dépose des gouttelettes d’urée fondue sur une bande d’acier refroidie. Ce procédé fonctionne avec une faible consommation d’énergie et des émissions environnementales minimales, ce qui le rend idéal pour l’urée de qualité technique, les applications pharmaceutiques ou les mélanges d’engrais spécialisés contenant du soufre ou du sulfate d’ammonium.

4. Utilisations de l’urée

L’urée est un composé chimique organique largement utilisé dans les secteurs agricole, chimique et industriel. Plus de 90 % de la production mondiale est appliquée comme engrais agricole. Les autres applications principales comprennent la production de résines thermodurcissables, la synthèse de la mélamine, la réduction catalytique sélective des oxydes d’azote, l’apport d’azote non protéique dans l’alimentation du bétail ruminant, la séparation des hydrocarbures par complexes d’inclusion et diverses formulations chimiques spécialisées.

4.1. Engrais et applications agronomiques

L’urée est l’engrais azoté solide prédominant à l’échelle mondiale en raison de sa forte concentration en azote de 46 % en masse de N. L’azote constitue un composant majeur des acides aminés, des protéines, des acides nucléiques et des structures cellulaires végétales. Un apport adéquat en azote favorise l’élongation racinaire, la profusion des pousses, l’accumulation de biomasse et l’assimilation des autres éléments nutritifs par la plante.

La forte densité nutritionnelle de l’urée réduit les coûts de transport, de stockage et de manutention par unité de masse d’azote par rapport aux autres engrais azotés solides. Cette efficacité économique fait de l’urée un intrant essentiel au maintien de la production alimentaire mondiale.

4.1.1. Efficacité d’utilisation de l’azote et impact environnemental

L’efficacité d’assimilation par les plantes de l’urée appliquée varie entre 30 % et 60 %. La fraction non absorbée est perdue par lessivage des nitrates (NO₃⁻) vers les couches profondes du sol ou par volatilisation de l’ammoniac gazeux dans l’atmosphère. Ces pertes d’azote réduisent l’efficacité agricole et induisent l’eutrophisation des milieux aquatiques, entraînant un épuisement de l’oxygène et une prolifération algale excessive dans les rivières, les lacs et les écosystèmes marins.

Les stratégies visant à minimiser les pertes d’azote dans l’environnement comprennent :

• L’optimisation des pratiques agronomiques et la formation technique des exploitants agricoles. Le transfert de technologies agricoles efficaces vers les régions en développement est critique, là où l’agriculture est principalement sous forme de petites exploitations décentralisées.
• L’utilisation de formulations d’urée à libération lente et contrôlée.
• Le recours aux techniques de placement en profondeur, telles que les supergranules d’urée.

4.1.2. Types de formulation et procédés de transformation

L’urée commerciale destinée à l’épandage agricole est fournie sous forme de granulés de prillage ou de granulation contenant de 0,8 à 2,0 % en masse de biuret. Les qualités à faible teneur en biuret (maximum 0,3 % en masse de biuret) sont dissoutes dans l’eau pour la pulvérisation foliaire liquide afin d’éviter la nécrose des feuilles.

L’urée sert de source d’azote dans la fabrication d’engrais complexes. La production implique le mélange de fondes d’urée ou de solutions aqueuses avant la granulation, ou le mélange à sec (bulk blending) d’urée solide en prills ou en granulés avec d’autres engrais solides. Le mélange à sec nécessite un ajustement des granulométries pour éviter toute ségrégation physique durant le transport. La compatibilité chimique doit être contrôlée ; les mélanges d’urée et de nitrate d’ammonium sont extrêmement hygroscopiques et sujets à une prise en masse sévère.

Les formulations complexes courantes incluent l’urée-phosphate d’ammonium, l’urée-sulfate d’ammonium et l’urée-phosphate. Les solutions liquides concentrées de nitrate d’ammonium et d’urée (80 à 85 % en masse) présentent une forte teneur en azote et de basses températures de cristallisation, permettant un acheminement efficace par pipeline, un transport en vrac et une application liquide directe au champ.

4.2. Production de polymères et de résines synthétiques

4.2.1. Résines urée-formaldéhyde

Les réactions de condensation entre l’urée et le formaldéhyde produisent des résines aminoplastes urée-formaldéhyde thermodurcissables. Ces matériaux servent d’adhésifs et de liants dans les panneaux de bois d’ingénierie (panneaux de particules, contreplaqué), les poudres à mouler, les vernis de surface et les mousses isolantes. Ils sont également appliqués comme traitements de surface et agents d’imprégnation pour le papier, le textile et le cuir.

4.2.2. Synthèse de la mélamine

L’urée est la principale matière première chimique pour la production industrielle de mélamine par pyrolyse thermique à haute température et haute pression. L’ammoniac généré comme sous-produit est directement recyclé dans la boucle de synthèse de l’urée afin d’optimiser l’efficacité du procédé. La mélamine réagit avec le formaldéhyde pour former des résines mélamine-formaldéhyde, utilisées dans les stratifiés décoratifs, les revêtements haute durabilité, les composés de moulage, les adhésifs et le traitement du papier ou du textile.

4.3. Contrôle des émissions de NO_x (réduction catalytique sélective)

Les solutions aqueuses d’urée sont utilisées comme agents réducteurs chimiques dans les systèmes de réduction catalytique sélective (SCR) afin de réduire les émissions d’oxydes d’azote (NO_x) provenant des moteurs diesel et des sources de combustion fixes. Injectée dans le flux de gaz d’échappement chauds, l’urée subit une décomposition thermique et une hydrolyse pour générer de l’ammoniac. L’ammoniac produit réagit sélectivement sur un catalyseur pour convertir les NO_x en azote moléculaire et en vapeur d’eau.

4.4. Nutrition des animaux ruminants

Le bétail ruminant (bovins, ovins) utilise l’urée comme source d’azote non protéique. Les micro-organismes du rumen expriment des enzymes uréases qui hydrolysent l’urée en ammoniac, lequel est ensuite incorporé dans les protéines microbiennes. La supplémentation en urée dans l’alimentation du bétail est largement pratiquée en Amérique du Nord, tandis que son utilisation reste limitée en Europe occidentale. L’urée est également employée comme source d’azote dans la fermentation industrielle de la L-lysine, un acide aminé essentiel utilisé dans la formulation des aliments pour volailles.

4.5. Séparation des hydrocarbures par clathrates d’inclusion

L’urée de pureté pour analyse forme des complexes d’inclusion cristallins hôte-invité (clathrates) avec les molécules organiques à chaîne droite non ramifiée (n-alcanes). Lors de la cristallisation, les molécules d’urée s’assemblent en un réseau structural hélicoïdal doté de canaux cylindriques qui encapsulent les hydrocarbures linéaires. Le diamètre des canaux varie en fonction de la température de cristallisation, permettant une séparation sélective basée sur la longueur de la chaîne carbonée.

Cette propriété d’inclusion est appliquée dans le raffinage du pétrole pour fabriquer des carburants pour l’aviation à bas point d’écoulement et effectuer le déparaffinage des huiles lubrifiantes. La structure hôte du clathrate est dissociée par dissolution de la matrice d’urée dans l’eau ou dans des alcools.

4.6. Utilisations médicales de l’urée

En médecine, l’urée est utilisée comme agent osmotique pour diminuer la pression intraoculaire élevée associée au glaucome. Elle est également administrée comme diurétique osmotique pour augmenter le débit urinaire.

Appliquée localement, l’urée traite le psoriasis et d’autres affections caractérisées par une peau sèche et squameuse. Des crèmes à forte concentration (45 % d’urée) sont formulées pour débrider les lésions hyperkératosiques de surface et favoriser une cicatrisation cutanée normale, en particulier lorsque la guérison est retardée par une infection localisée, des tissus nécrotiques, des débris fibrineux ou purulents, ou une escarre. L’urée agit en décomposant la matrice intercellulaire, ce qui détache la couche cornée et favorise l’élimination progressive des tissus squameux, assouplissant ainsi les zones épaissies.

Un mécanisme similaire s’applique à la tablette unguéale : l’urée hydrate et décompose la matrice intercellulaire, assouplissant la structure de l’ongle pour faciliter le débridement non chirurgical au fil du temps.

4.7. Utilisations industrielles diverses

L’urée est utilisée dans diverses formulations et procédés industriels spécialisés :

• Agent solubilisant pour la dénaturation des protéines et de l’amidon en biochimie industrielle.
• Principe actif et stabilisant dans les préparations pharmaceutiques, dermatologiques, cosmétiques et les dentifrices.
• Modificateur de viscosité dans le traitement du pétrole, ainsi que dans les couchages de papier à base de caséine et d’amidon.
• Composant d’encres d’imprimerie, de pesticides, d’adoucissants textiles et de matériaux ignifuges.
• Supplément nutritif azoté dans les bioprocédés commerciaux, la fermentation et la brasserie.
• Agent de dégivrage non corrosif pour les pistes d’atterrissage des aéroports.

Références

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