La solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène est l’eau oxygénée, utilisée dans de nombreux domaines, du blanchiment de la pâte à papier à son action d’antiseptique pharmaceutique.
Formule | Masse molaire | Distances interatomiques, en phase gazeuse |
Angles, en phase gazeuse |
Moment dipolaire |
H2O2 | 34,01 g.mol-1 | O-O : 147 pm O-H : 95 pm |
OO-H : 94,8° les H étant situés dans 2 plans faisant un angle de 115,5° | 1,573 D |
Masse volumique | Température de fusion | Température d’ébullition | Solubilité dans l’eau |
1,442 g.L-1 | -0,41°C | 150,2°C | infinie |
pKa : H2O2/HO2– | E° : O2(g) + 2H+ + 2e = H2O2 | E° : H2O2 + 2H+ + 2e = 2H2O |
11,65 | 0,69 V | 1,77 V |
Peroxyde d’hydrogène liquide :
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Peroxyde d’hydrogène gazeux :
Peroxyde d’hydrogène en solution aqueuse :
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La solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène est l’eau oxygénée.
Le dioxygène de l’air et le dihydrogène.
Le dihydrogène utilisé pour fabriquer le peroxyde d’hydrogène et sa solution aqueuse, l’eau oxygénée, doit être d’une grande pureté. Souvent celui employé est coproduit lors de l’électrolyse du chlorure de sodium afin d’obtenir le dichlore, l’hypochlorite de sodium ou le chlorate de sodium. Par exemple, l’usine de Jarrie (38) exploitée par Arkema en France, utilise du dihydrogène coproduit lors de la fabrication de chlorate de sodium.
Elle est réalisée, quasi exclusivement, selon le procédé d’auto-oxydation basé sur la réduction d’une alkylanthraquinone en anthraquinol suivie de son oxydation. Lors de cette réaction, l’anthraquinone est régénérée et le peroxyde d’hydrogène se forme.
La solution d’alkylanthraquinone, en général l’éthyl-2 anthraquinone, dans un solvant organique non miscible dans l’eau est hydrogénée en présence de catalyseur (palladium sur alumine) en hydroquinone qui est oxydée par le dioxygène de l’air en un mélange d’hydroxyhydroperoxydes qui sont décomposés en H2O2 et quinone de départ qui est recyclée. H2O2 est séparé de la phase organique par extraction à l’eau (à ce niveau la concentration en H2O2 peut atteindre 47 % en masse), puis concentré par distillation afin d’obtenir les diverses solutions commerciales, en général à 70 % en masse soit 900 g de H2O2/L de solution.
Les pressions sont proches de la pression atmosphérique et les températures d’hydrogénation et d’oxydation comprises entre 60 et 80°C. Le rendement par rapport au dihydrogène est supérieur à 95 %. Des réactions secondaires entraînent une faible consommation d’anthraquinone qui peut être notablement réduite par l’utilisation d’un traitement catalytique annexe de reconversion. Les réactions de production de H2O2 étant exothermiques, les réacteurs, en aluminium ou acier inoxydable, sont refroidis par de l’eau.
Capacités des unités de production : on distingue 3 types d’usines.
Conditionnement :
Il est réalisé dans des citernes ou des fûts en aluminium, acier inoxydable austénitique (par exemple 304 L) ou polyéthylène haute densité. Les concentrations les plus couramment commercialisées par les producteurs sont de 35 et 70 % de H2O2 (des concentrations de 85 % peuvent être livrées).
Définition de la concentration des solutions de H2O2, exprimée en volume : c’est le nombre de litres de dioxygène gazeux mesuré à 0°C et 1 atm donné par un litre de solution de H2O2 à 20°C selon l’équation chimique :
2 H2O2 = 2 H2O + O2
Teneur en H2O2 en g pour 100 g de solution | 3 | 30 | 70 |
Concentration en volume | 10 | 110 | 298 |
Masse volumique à 25°C en g.cm-3 | 1,007 | 1,108 | 1,284 |
La propriété la plus utilisée des solutions de H2O2 est le pouvoir oxydant qui permet d’oxyder de nombreux composés organiques (colorants…) et minéraux. H2O2 est également réducteur vis à vis d’agents oxydants forts. Il peut former, par transfert du groupement peroxyde, d’autres peroxydes organiques ou inorganiques. Il peut également former des composés d’addition (perborates et percarbonates) et donner du dioxygène et de l’eau par décomposition.
Ces propriétés en font un agent de blanchiment « écologique », les produits formés, dioxygène et eau, étant non polluants.
Stabilité : les solutions commerciales de H2O2 sont stables tant qu’elles restent pures, mais de nombreux facteurs agissent sur leur stabilité.
Elles sont, en général, exprimées en H2O2 à 100 %, sauf pour les données sur le commerce international collectées par l’ITC.
En 2015, les capacités de production mondiales sont estimées à 5,5 millions de t/an.
En 2023, la production de l’Union européenne a été de 1,078 million de t dans les pays suivants :
Belgique | 196 986 | Pays Bas | 85 251 | |
Suède, en 2021 | 206 497 | Italie | 48 565 | |
Allemagne, en 2022 | 138 634 | Espagne | 40 167 | |
Finlande | 93 349 | Portugal | 32 434 |
Pour les autres pays de l’Union européenne, dont la France, les productions sont confidentielles ou nulles.
Corée du Sud | 212 790 | Thaïlande | 101 398 | |
Belgique | 187 767 | Allemagne | 98 138 | |
Pays Bas | 151 237 | Canada | 76 113 | |
Brésil | 122 650 | Autriche | 65 825 | |
Suède | 105 524 | France | 59 368 |
Allemagne | 269 645 | Israël | 51 150 | |
Italie | 93 274 | Chili | 50 839 | |
États-Unis | 78 983 | Belgique | 48 368 | |
Taipei chinois | 66 698 | Autriche | 47 864 | |
France | 55 916 | Pays Bas | 44 908 |
Principaux producteurs : en 2018.
Solvay (Belgique) | 1 365 | Arkema (France) | 440 | |
Evonik Industries (Allemagne) | 950 | Peroxychem (États-Unis) | 200 | |
Mitsubishi Gas Chemical (Japon) | 489 | Nouryon (Pays Bas) | 200 |
Sources : Merchant Research & Consulting et rapports des sociétés
Solvay, n°1 mondial, produit H2O2 dans 18 usines, en Belgique (Jemeppe sur Sambre et Zandvliet (Anvers) dans une joint venture avec BASF et Dow avec 230 000 t/an), aux Pays Bas (Linne Herten), au Royaume-Uni (Warrington), au Portugal (Povoa de Santa Iria), en Allemagne (Bernburg), en Italie (Rosignano), en Finlande (Voikkaa), aux États-Unis (Deer Park (LaPorte) au Texas et Longview dans l’État de Washington, avec 187 000 t/an), en Chine (à Zhenjiang, province de Shandong avec 60 000 t/an), en Australie (Banksmeadow (Sidney)), en Thaïlande (Map Ta Phut en joint venture avec Dow avec 330 000 t/an), en Arabie Saoudite (Jubail, avec 300 000 t/an), en association avec Sadara (joint venture entre Saudi Aramco et Dow). Au Brésil, à Curitiba, dans l’État de Paraná, Solvay détient 70 % d’une joint venture, Peróxidos do Brasil, en association pour 30 % avec Produtos Químicos Makay, avec une capacité de production de 230 000 t/an.
Evonik, n°2 mondial, avec une capacité de production de 950 000 t/an exploite 13 usines à travers le monde, aux États-Unis à Mobile dans l’Alabama, au Canada, à Gibbons dans l’Alberta et Maitland dans l’Ontario, en Afrique du Sud à Umbogintwini, au Brésil à Barra do Riacho, en Chine dans la province de Jilin, pour produire de l’oxyde de propylène selon le procédé HPPO, avec 230 000 t/an, en Corée du Sud à Ulsan, pour produire de l’oxyde de propylène selon le procédé HPPO, en Indonésie à Cikarang, en Nouvelle Zélande à Morrinsville, en Allemagne à Rheinfelden, en Belgique à Anvers, en Autriche à Weissenstein, aux Pays Bas à Delfzijl. En février 2020 a finalisé l’achat de Peroxychem (ex-FMC) avec des unités de production aux États-Unis, à Bayport au Texas et Saratoga Springs dans l’État de New York, en Espagne à La Zaida, dans la province de Zaragoza et dans une joint-venture, en Thaïlande à Saraburi avec Aditya Birla, avec 19 000 t/an. L’usine canadienne de Peroxychem de Prince George, en Colombie Britannique, non comprise dans l’achat, a été vendue à United Initiators.
Mitsubishi Gas Chemical produit du peroxyde d’hydrogène de pureté standard au Japon, à Yokkaichi, avec 18 000 t/an, Kashima, avec 104 000 t/an et Tomakomai, avec 33 000 t/an, en Indonésie, avec 12 000 t/an et en Chine avec 30 000 t/an. Par ailleurs, produit du peroxyde d’hydrogène ultra pur, au Japon à Yamakita, avec 30 000 t/an, Saga, avec 19 000 t/an et Yokkaichi, avec 12 000 t/an, en Corée du Sud, avec 120 000 t/an, à Singapour, avec 10 000 t/an, à Taipei chinois, avec 31 000 t/an et aux États-Unis, avec 70 000 t/an. Deux nouvelles usines de production de produit ultra pur, de 35 000 t/an chaque, ont été construites en 2019, dans l’Oregon et le Texas.
Arkema exploite 5 usines dont, en France, l’unité de production de Jarrie (38), d’une capacité de 115 000 t/an. Produit également H2O2 au Canada à Bécancour, au Québec, avec 80 000 t/an de capacité, aux États-Unis, à Memphis dans le Tennessee, avec 70 000 t/an, en Chine, à Shanghai avec 66,6 % d’une joint venture avec Shangai Coking and Chemical Corporation (SCCC) et 80 000 t/an, ainsi qu’en Allemagne à Leuna, près de Leipzig avec 80 000 t/an.
Nouryon issu en octobre 2018 de AkzoNobel produit du peroxyde d’hydrogène en Norvège, à Rjukan, en Suède, à Bohus et Alby et aux États-Unis, à Colombus dans le Mississippi, avec une capacité de production de 64 000 t/an.
Capacités de production : 115 000 t/an, par Arkema à Jarrie (38).
Commerce extérieur : en 100 % H2O2, en 2023.
Les exportations s’élevaient à 37 078 t à destination principalement à :
Les importations s’élevaient à 31 026 t en provenance principalement à :
Consommation : dans le monde, en 2020, 5,187 millions de t. Répartition de la consommation, en 2021 :
Chine | 45 % | Amérique du Nord | 10 % | |
Europe de l’ouest | 16 % | Autres pays asiatiques | 8 % |
Source : IHS Markit
En 2020, dans le monde (source : Mordor Intelligence)
Utilisations diverses :
CH2CH3CH + H2O2 = CH3C2H3O + H2O
H2O2 + H2SO4= H2SO5 + H2O.
L’acide de Caro est utilisé pour oxyder U+IV insoluble en U+VI soluble, lors des opérations d’extraction de l’uranium de son minerai, pour séparer Co2+ de solutions de Ni par formation d’hydroxyde de Co3+ insoluble, pour séparer Mn2+ de solutions de Co et Zn par formation de MnO2 insoluble…