Éthane

Éthane
Molécule d'éthane
Identification
Nom UICPA	éthane
Synonymes	diméthyle méthylméthane biméthyle
No CAS	74-84-0
No ECHA	100.000.741
No CE	200-814-8
PubChem	6324
SMILES	CC PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1S/C2H6/c1-2/h1-2H3
Apparence	gaz comprimé liquefié, incolore, inodore à l'etat pur[1].
Propriétés chimiques
Formule	C2H6  [Isomères]
Masse molaire[2]	30,069 ± 0,002 g/mol C 79,89 %, H 20,11 %,
Propriétés physiques
T° fusion	−183,3 °C[3]
T° ébullition	−88,6 °C[3]
Solubilité	60,2 mg·l-1 (eau,25 °C) 460 ml·l-1 (éthanol,4 °C) Très sol dans le benzène Sol dans l'éther[4]
Paramètre de solubilité δ	12,3 MPa1/2 (25 °C)[5]
Masse volumique	1,355 1 kg·m-3 (0 °C, 1 013 mbar, gaz) 0,544 1 kg·l-1 (−88,6 °C, 1 013 mbar, liquide)[3] équation[6] : ${\displaystyle \rho =1.9122/0.27937^{(1+(1-T/305.32)^{0.29187})}}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 90,35 à 305,32 K. Valeurs calculées : 0,31534 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 90,35 −182,8 21,64 0,65071 104,68 −168,47 21,14952 0,63597 111,85 −161,3 20,89909 0,62844 119,01 −154,14 20,64509 0,6208 126,18 −146,97 20,38729 0,61305 133,34 −139,81 20,12544 0,60517 140,51 −132,64 19,85926 0,59717 147,68 −125,47 19,58844 0,58902 154,84 −118,31 19,31263 0,58073 162,01 −111,14 19,03145 0,57228 169,17 −103,98 18,74444 0,56365 176,34 −96,81 18,4511 0,55482 183,5 −89,65 18,15086 0,5458 190,67 −82,48 17,84303 0,53654 197,84 −75,32 17,52685 0,52703 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 205 −68,15 17,20137 0,51725 212,17 −60,98 16,86551 0,50715 219,33 −53,82 16,51794 0,49669 226,5 −46,65 16,15704 0,48584 233,66 −39,49 15,78077 0,47453 240,83 −32,32 15,38658 0,46267 247,99 −25,16 14,97111 0,45018 255,16 −17,99 14,52987 0,43691 262,33 −10,82 14,05657 0,42268 269,49 −3,66 13,54202 0,40721 276,66 3,51 12,97176 0,39006 283,82 10,67 12,32078 0,37049 290,99 17,84 11,53841 0,34696 298,15 25 10,48594 0,31531 305,32 32,17 6,845 0,20583
T° d'auto-inflammation	515 °C[3]
Point d’éclair	−135 °C[3]
Limites d’explosivité dans l’air	2,4–14,3 %vol 31–182 g·m-3[3]
Pression de vapeur saturante	37,8 bar à 20 °C 46,9 bar à 30 °C[3] équation[6] : ${\displaystyle P_{vs}=exp(51.857+{\frac {-2598.7}{T}}+(-5.1283)\times ln(T)+(1.4913E-5)\times T^{2})}$ Pression en pascals et température en kelvins, de 90,35 à 305,32 K. Valeurs calculées : 4 187 438,9 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 90,35 −182,8 1,1273 104,68 −168,47 28,34 111,85 −161,3 101,32 119,01 −154,14 305,95 126,18 −146,97 804,18 133,34 −139,81 1 883,8 140,51 −132,64 4 006,82 147,68 −125,47 7 854,91 154,84 −118,31 14 365,63 162,01 −111,14 24 754,93 169,17 −103,98 40 524,18 176,34 −96,81 63 452,68 183,5 −89,65 95 578,34 190,67 −82,48 139 170,68 197,84 −75,32 196 700,37 T (K) T (°C) P (Pa) 205 −68,15 270 809,26 212,17 −60,98 364 284,24 219,33 −53,82 480 037,37 226,5 −46,65 621 093,7 233,66 −39,49 790 587,75 240,83 −32,32 991 768,68 247,99 −25,16 1 228 014,22 255,16 −17,99 1 502 852,61 262,33 −10,82 1 819 992,34 269,49 −3,66 2 183 358,94 276,66 3,51 2 597 138,51 283,82 10,67 3 065 827,71 290,99 17,84 3 594 290,05 298,15 25 4 187 818,63 305,32 32,17 4 852 200
Viscosité dynamique	63,4 mPo à −78,5 °C[4]
Point critique	32,15 °C 49 bar 0,147 l·mol-1[7]
Point triple	−182,15 °C 0,011 bar[7]
Vitesse du son	1 326 m·s-1 (liquide,−88,6 °C) 312 m·s-1 (gaz,27 °C,1 atm)[8]
Thermochimie
S0liquide, 1 bar	126,7 J·mol-1·K-1[7]
ΔfH0gaz	−84,0 kJ·mol-1[7]
ΔfusH°	0,583 kJ·mol-1 à −182,81 °C[7]
ΔvapH°	9,76 kJ·mol-1 à 25 °C 14,703 kJ·mol-1 à −89,05 °C[7]
Cp	52,49 J·mol-1·K-1 (25 °C, gaz) 68,68 J·mol-1·K-1 (−173,15 °C, liquide)[7] équation[9] : ${\displaystyle C_{P}=(28.146)+(4.3447E-2)\times T+(1.8946E-4)\times T^{2}+(-1.9082E-7)\times T^{3}+(5.3349E-11)\times T^{4}}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 100 à 1 500 K. Valeurs calculées : 53,306 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 100 −173,15 34 200 1 137 193 −80,15 42 291 1 406 240 −33,15 47 025 1 564 286 12,85 51 962 1 728 333 59,85 57 233 1 903 380 106,85 62 656 2 084 426 152,85 68 042 2 263 473 199,85 73 561 2 446 520 246,85 79 038 2 629 566 292,85 84 307 2 804 613 339,85 89 551 2 978 660 386,85 94 613 3 147 706 432,85 99 358 3 304 753 479,85 103 967 3 458 800 526,85 108 310 3 602 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 846 572,85 112 289 3 734 893 619,85 116 068 3 860 940 666,85 119 553 3 976 986 712,85 122 683 4 080 1 033 759,85 125 603 4 177 1 080 806,85 128 257 4 265 1 126 852,85 130 618 4 344 1 173 899,85 132 815 4 417 1 220 946,85 134 829 4 484 1 266 992,85 136 662 4 545 1 313 1 039,85 138 437 4 604 1 360 1 086,85 140 168 4 662 1 406 1 132,85 141 874 4 718 1 453 1 179,85 143 695 4 779 1 500 1 226,85 145 663 4 844
PCS	1 560,7 kJ·mol-1 (25 °C, gaz)[10]
PCI	1 437,11 kJ·mol-1[7]
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation	11,56 ± 0,02 eV (gaz)[11]
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace	P21/n[12]
Paramètres de maille	a = 4,226 Å b = 5,623 Å c = 8,000 Å α = 90,00 ° β = 90,41 ° γ = 90,00 ° Z = 2 [12]
Volume	190,10 Å3[12]
Précautions
SGH[13]
Danger H220 H220 : Gaz extrêmement inflammable
SIMDUT[14]
A, B1, A : Gaz comprimé température critique = 32,27 °C B1 : Gaz inflammable limite inférieure d'inflammabilité = 3,0 % Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
NFPA 704
4 1 0
Transport[3]
23    1035    Code Kemler : 23 : gaz inflammable Numéro ONU : 1035 : ÉTHANE Classe : 2.1 Étiquette : 2.1 : Gaz inflammables (correspond aux groupes désignés par un F majuscule); Emballage : - 223    1961    Code Kemler : 223 : gaz liquéfié réfrigéré, inflammable Numéro ONU : 1961 : ÉTHANE LIQUIDE RÉFRIGÉRÉ Classe : 2.1 Étiquette : 2.1 : Gaz inflammables (correspond aux groupes désignés par un F majuscule); Emballage : -
Écotoxicologie
LogP	1,81[1]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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L'éthane est un hydrocarbure de la famille des alcanes de formule brute C₂H₆. C'est un gaz combustible, incolore et inodore que l'on peut trouver dans le gaz naturel et aussi dans les gaz du pétrole.

Utilisation

L'éthane est le réactif de base pour la synthèse de l'éthylène via le vapocraquage, du monochloro-, du 1,1-dichloro-, et du 1,1,1-trichloroéthane par chloration. En combinant la chloration avec l'oxychloration, le chlorure de vinyle peut être synthétisé et la réaction de l'éthane avec l'acide nitrique en phase gazeuse permet la formation du nitrométhane et du nitroéthane^[16].

L'éthane est un constituant du gaz de pétrole liquéfié qui est un combustible utilisé comme remplaçant du gaz naturel pour des applications particulières.

Propriétés physico-chimiques

L'éthane se décompose à partir d'une température de 500 °C. Sa solubilité dans l'eau et dans l'alcool est meilleure que celle du méthane puisque, à 20 °C, celle-ci est de 4,7 cm³ pour 100 cm³ d'eau et de 150 cm³ pour 100 cm³ d'alcool.

Production et synthèse

L'éthane est principalement issu de la purification du gaz naturel ou extrait du gaz de pétrole liquéfié, une fraction du pétrole^[16].

Transport

Il est actuellement transporté liquéfié, mais pourrait aussi un jour l'être sous forme d'hydrate d'éthane (clathrate)^[17].

Écologie

L'éthane est un polluant atmosphérique classé parmi les COV (Composé organique volatil).

C'est l'un des précurseurs de la pollution photochimique, qui conduit notamment à la pollution par l'ozone troposphérique.

Il est en outre considéré comme un traceur intéressant car il est associé aux émissions de méthane géologique (gaz de schiste, gaz naturel, émanations de pétroles légers), mais non aux émissions de méthane biogénique^[18] (ce pourquoi il fait depuis quelques années l'objet d'un suivi (dont à partir de l'espace) et de modélisations).

Émissions naturelles et anthropiques

Sur Terre, on mesure des dégagements de l'ordre de quinze mégatonnes de ce gaz dans l'atmosphère par an :

• deux à quatre mégatonnes sont libérées par les volcans de boue, sources géothermales, bassins pétroliers et microfuites de gaz au fond des océans ;
• une dizaine de mégatonnes proviennent des feux de forêt, de l’activité biologique des océans, de la faune et des êtres humains^[19].
• une quantité à ce jour non mesurée provient de fuites de forages, de gazoducs et canalisation d'installations pétrogazières et en particulier de gaz de schiste basées sur la fracturation hydraulique.

Éthane et gaz de schiste

Une étude^[20] publiée en mai 2015 dans la revue Atmospheric Environment montre que l'éthane est un bon traceur des fuites de gaz liés à l'exploitation du gaz de schiste. Ces fuites peuvent être ainsi détectées à des centaines de miles sous le vent des zones d'extraction, y compris aux États-Unis dans les États qui interdisent ou contrôlent strictement le fracking^[21].

Cette étude a fait suite à des anomalies détectées dans la teneur de l'air en éthane aux États-Unis à partir de 2010 où on l'a détecté en quantité importante dans des États où il n'était pas censé être émis : Alors qu'il y avait eu une diminution globale des émissions de COV non méthaniques et une amélioration de la qualité de l'air depuis 1996, le taux d'éthane dans l'air a, de 2010 à 2013, brutalement grimpé passant de 7 à 15 % du total du carbone organique non méthanique présent dans l'air^[20], soit une augmentation « d'environ 30 pour cent de 2010 2013 »^[21]. À cette époque, les émissions de méthane n'étaient pas assez suivies dans le pays pour que l'on puisse les lier à ces anomalies du taux d'éthane de l'air. Alors que rien ne pouvait dans le Maryland expliquer l'augmentation du taux d'éthane, il a rapidement été constaté que les valeurs horaires mesurées par les stations de surveillance photochimique de Baltimore et de Washington DC étaient fortement corrélées à la direction du vent et à l'évolution des activités de fracking dans le Bassin de Marcellus (où le gaz de schiste est massivement exploité depuis quelques années), à une grande distance en amont (par rapport au vent) du point de mesure. Les modèles météorologiques (appuyés sur la rose des vents, et la vitesse des vents) ont confirmé que le Maryland était exposé aux queues de panache d'émissions distantes provenant de Pennsylvanie, de Virginie-Occidentale et l'Ohio. Dans le Maryland, les vents dominants proviennent du Bassin de Marcellus les 2/3 du temps^[21].
Les auteurs de l'étude ont pu exclure des causes toutes les sources capables d'expliquer l'apparition de ces pics d'éthane dans l'air (dont véhicules, fuites de gazoducs ou de stockage de gaz naturel dans le comté de Garrett, Md., Situé à 155 miles de la zone couverte par l'étude)^[21]. Ils ont en outre constaté que la même analyse ne révélait pas ces pics d'éthane pour Atlanta, Ga. qui est situé dans une région non concernée par l'exploitation généralisée de gaz naturel et sans nouvelles opérations pétrogazières^[22]. Cette étude confirme les travaux précédents montrant que l'on a sous-estimé la pollution par le méthane induite par l'exploitation des gaz de schiste, et elle montre que cette pollution peut avoir des effets distants (sachant que l'éthane est ici considéré comme traceur d'autres gaz plus nocifs (mercure) ou plus réactifs issus des puits, mais aussi des installations et travaux de forage, de complétion, réactivation et de mise en sécurité en fin de vie des puits (oxydes d'azote, pollution particulaire, dioxyde de soufre et vapeurs d'hydrocarbures également sources de pollution de l'air)^[21].

Pour R. Subramanian (chercheur du Carnegie Mellon, spécialisé dans l'étude des particules atmosphériques, dont les travaux ont montré que l'éthane est un excellent marqueur des émissions de méthane provenant de l'exploitation et du transport de gaz naturel), cette étude montre la contribution potentielle de l'extraction de gaz de schiste en Pennsylvanie à la qualité de l'air dans les États sous le vent, et la nécessité d'envisager le transport inter-États de cette pollution dans la formulation de règlements environnementaux concernant la pollution particulaire et le contrôle de l'ozone troposphérique^[21].

Pour Ehrman, ces résultats sont aussi des indices forts qu'on ne peut plus parler de pollution locale, mais qu'il y a un « problème régional ». Il ajoute que les auteurs ont voulu par cette publication « porter cette question à l'attention du public, et plaider en faveur d'une surveillance à long terme du méthane, et promouvoir la coopération régionale dans le suivi et la réduction des émissions provenant de la production de gaz naturel »^[21].

Biodégradabilité dans la nature

On connait depuis quelques décennies des microbes méthanotrophes, notamment trouvés dans certains sédiments marins. Bien que la réaction biochimique nécessaire soit complexe et thermodynamiquement peu probable, des chercheurs pensaient donc qu'il peut aussi exister des microbes capables de consommer l'éthane (émis à hauteur de 10 % environ des panaches de gaz naturels localement trouvés dans les grands fonds marins et qui après remontée vers la surface composent 5% environ du méthane atmosphérique)^[23].

Un premier microorganisme capable consommer de l'éthane en condition anaérobie a été découvert dans les fonds marins (publication 2019) : l'archée Argoarcheum ethanivorans ; il oxyde l’éthane grâce à une symbiose avec un autre microorganisme qui lui fournit du dioxygène, dans une action mutualiste (syntrophie), en réduisant le sulfate en sulfure^[23],[24].

Notes et références

Voir aussi

• Nitroéthane

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