Propriétés physiques

Identification

Le benzène est un liquide incolore, dont l' indice de réfraction est 1,50 (proche de celui du verre) . Sa viscosité est plus faible que celle de l'eau . Il est très soluble dans les solvantsorganiques polaires, mais sa solubilité dans l'eau est assez faible . Il possède une odeur sucrée caractéristique, avec un seuil de détection de 1,5 à 900 mg·m^-3 d'air .

Propriétés spectroscopiques

En spectroscopie infrarouge, le benzène présente une bande d'absorption entre 3 030 et 3 100 cm^-1(vibrations d'élongation des liaisons C–H), une bande fine au voisinage de 1 480 cm^-1 (vibrations d'élongation des liaisons C–C), et une bande fine au voisinage de 675 cm^-1 (vibrations de déformation hors du plan des liaisons C–H) . La position et l'amplitude de ces derniers pics donnent des informations sur les substitutionséventuelles d'atomes d'hydrogène  .

En spectroscopie RMN, la symétrie du cycle benzénique fait que les spectres RMN ¹H et ¹³C du benzène ne présentent qu'un seul pic de déplacement chimique , respectivement à δ (CDCl₃, 300 MHz) = 7,34 ppm et δ (CDCl₃, 25 MHz) = 128,4 ppm .

Dérivés du benzène

Un grand nombre de composés chimiques industriellement importants ont une structure comportant un ou plusieurs cycles benzéniques :

• les hydrocarbures aromatiques monocycliques sont des hydrocarbures (constitués uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène) dans lesquels un ou plusieurs atomes d'hydrogène du benzène est remplacé par des groupes alkyle : toluène, xylène, cumène, styrène, etc. ;
• les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont des hydrocarbures aromatiques dont la structure comporte au moins deux cycles aromatiques soudés (ou condensés) : naphtalène, anthracène,phénanthrène, etc. ;
• on obtient d'autres composés aromatiques en substituant un ou plusieurs atomes d'hydrogène du benzène par différents groupes fonctionnels : phénol, aniline, nitrobenzène, chlorobenzène, etc.

• Styrène

• Naphtalène

• Phénol

Production

Aspects économiques

Données industrielles	Tonnage (Mt)
Capacité de production mondiale en 2012	57,2
Production mondiale en 2011	41,6
Production en Chine en 2012	11,0
Production dans l'Union européenne en 2012	6,3
Production aux États-Unis en 2011	5,8
Capacité du Japon en 2010	5,5
Capacité de la Corée du Sud en 2010	5,0

Historiquement, les marchés des aromatiques sont en général très volatils et caractérisés par un surplus de production. Les prix bas du benzène sur la période 1993-2002 ont incité certains producteurs à se désengager. Depuis 2004, la situation s'est inversée, en raison de la hausse des cours du pétrole et de la faiblesse de l'offre . Les cours du benzène se sont donc envolés, passant de 200 US$ en 2002 à 1 500 US$ en 2013.

Procédés chimiques

Jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, le benzène était principalement un produit secondaire de la production de coke à partir de la houille. Depuis la croissance de la demande des années 1950, liée au développement de l'industrie des matières plastiques, le benzène est fourni par l'industrie pétrochimique, une part restant issue de la houille .

La production de 2013 met en œuvre essentiellement trois procédés chimiques : le reformage catalytique, levapocraquage et l'hydrodésalkylation du toluène  :

1. dans le reformage catalytique, un mélange d' hydrocarbures, issu de la distillation du pétrole, est porté à haute température (entre 450 °C et 550 °C), sous pression (15 à 70 bar), en présence d'un catalyseur à base de platine, pour provoquer des réactions d' isomérisation, de cyclisation et d'aromatisation pardéshydrogénation. Les composés aromatiques produits sont extraits en utilisant des solvants comme le sulfolane ou le diéthylène glycol. Le benzène est ensuite séparé par distillation  ;
2. le vapocraquage permet de produire de l' éthylène et d'autres alcènes à partir d'hydrocarburesaliphatiques. Dans le cas de certains hydrocarbures, le vapocraquage donne un liquide riche en benzène et utilisé joint à d'autres hydrocarbures en tant qu'additif pour l' essence, ou distillé pour le séparer en différents composés dont le benzène  ;
3. l'hydrodésalkylation ôte au toluène son groupe alkyle, le méthyle

Le mélange de toluène et de dihydrogène passe sur un catalyseur (oxyde de chrome, de molybdène ou de platine) à une température comprise entre 500 °C et 600 °C et une pression comprise entre 40 et 60 atm. Une alternative consiste à se passer de catalyseur en élevant la température. Le rendement de la réaction est supérieur à 95 %. Des composés aromatiques plus lourds comme le xylène sont parfois utilisés à la place du toluène avec des rendements similaires .

Utilisations

Au XIX^e siècle et au début du XX^e siècle, le benzène était fréquemment utilisé comme solvant, dans les colles,vernis, peintures, encres, pour le nettoyage à sec, le dégraissage des métaux ou la décaféination du café . La mise en évidence de sa toxicité a conduit à son remplacement progressif, souvent par le toluène, à partir des années 1950 dans la plupart de ces usages, mais il est encore employé pour quelques applications spécifiques, comme le dégraissage et le nettoyage des circuits électroniques ou l'extraction en parfumerie, ainsi que dans les pays asiatiques .

En tant qu'additif à l'essence, le benzène permet d'augmenter l' indice d'octane, agissant donc commeantidétonant. De ce fait, jusque dans les années 1950, l'essence contenait fréquemment quelques pour cent de benzène, puis il fut remplacé par le tétraéthylplomb dans les additifs antidétonants les plus utilisés ; la haute toxicité et l'interdiction progressive du tétraéthylplomb (depuis la fin des années 1970 aux États-Unis) ont conduit à un retour du benzène, mais réglementée dans la plupart des pays occidentaux : aux États-Unis, la limite est de 1 % . En Europe, cette limite a été abaissée de 5  %vol à 1,0 %vol le 1^er janvier 2000 . En France, son taux dans l’essence sans plomb et le gazole a été réduit en 2000 (de 5 % à 1 % en volume) .

Au XXI^e siècle, le benzène est encore utilisé en parfumerie (comme solvant) et par les laboratoires d’analyse et de recherche (comme solvant et réactif), mais il est surtout utilisé comme intermédiaire dans la synthèsed'autres composés de la chimie organique  . L'éthylbenzène (précurseur du styrène et du polystyrène) représente à lui seul 51 % (en 2010) de la consommation de benzène, le cumène (précurseur de l'acétone et de différentes résines), 20 %, et le cyclohexane (précurseur du nylon), 11 % . Dans de moindres proportions, il est également utilisé pour la synthèse de l' anhydride maléique, de nitrophénols, d' alkylbenzènes et de chlorobenzènes . Ces intermédiaires de synthèse sont utilisés pour la production d'une large gamme de composés chimiques ( polymères et caoutchoucs, solvants, plastifiants, détergents, parfums, colorants azoïques, additifs alimentaires, médicaments, pesticides, explosifs, etc.) .

Principaux dérivés industriels du benzène (liens sur les noms des molécules)

Toxicologie, écotoxicologie, effets sur la santé

Une bouteille de benzène. Les deux symboles à la gauche indiquent qu'il s'agit d'un produit inflammable et toxique.

Le benzène est désormais reconnu comme :

• cancérogène ; en raison de ses propriétés d' agent intercalant, sa structure parfaitement plane lui permettant de se glisser entre les bases azotées de l'ADN, provoquant des erreurs de transcription et/ou de réplication  ;
• génotoxique ; notamment en raison de l’action de ses métabolites, dont en phénol, hydroquinone et catéchol (métabolisé dans le foie par les cytochromes P4502E1 et CYP2F1). De plus, « les intermédiaires de transformation (aldéhyde muconique) après ouverture du noyau benzénique peuvent également donner de l’acide trans-transmuconique. Les métabolites du benzène jouent un rôle prépondérant dans l’apparition des effets toxiques et cancérogènes ». Chez l’Homme, Le benzène est clastogène et aneugène , source d’aneuploïdie, de polyploïdie , de production anormale de micronoyaux t de délétions, translocations et réarrangements chromosomiques et d’aberrations chromosomiques fréquentes dans la moelle osseuse des travailleurs exposés (et susceptibles d’expliquer chez ces personnes un risque accru de pluisieurs types de leucémies , dont la leucémie myéloïde aiguë et les syndromes myélodysplasiques . Le CIRC explique les mécanismes génotoxiques pour plusieurs types de leucémie (CIRC, 2012) : La leucémie aiguë myéloïde est par exemple provoquée par deux mécanismes majoritaires : 1) des cassures du centromère, causant des aberrations chromosomiques dites déséquilibrées  ; 2) l’inhibition des topisomérase II, provoquant des aberrations chromosomiques dites équilibrées par des translocations ou inversions de chromosomes non homologues (t(21q22), t(15 ; 17) et inv(16)).

Intoxication aigüe

L'ingestion provoque des troubles digestifs (douleurs abdominales, nausées, vomissements) et neurologiques (vertiges, ivresse, céphalées, somnolence, coma, convulsions). L'inhalation provoque les mêmes symptômes neurologiques, pouvant entraîner la mort (à titre indicatif, la mort intervient en cinq à quinze minutes d'exposition à une concentration de 2 %). En application cutanée, le benzène est irritant .

Intoxication chronique

L'intoxication chronique par le benzène et ses homologues (toluène, xylène et styrène essentiellement), appelée benzolisme ou benzénisme , est reconnue comme maladie professionnelle depuis 1931. Le CIRC a classé le benzène comme cancérogène depuis 1982, et l'a intégré en 1987 dans la liste des cancérogènes de catégorie 1 (cancérogènes avérés pour l'Homme) . Il est également classé cancérogène par l'Union européenne et par l'Agence américaine de protection de l'environnement .

Les principaux effets d'une exposition chronique concernent les cellules sanguines et la moelle osseuse. L'exposition prolongée au benzène provoque des hémopathies bénignes (thrombopénie, leucopénie, hyperleucocytose, anémie, polyglobulie, aplasie médullaire), puis des hémopathies malignes (syndromes myéloprolifératifs, myélomes, leucémies, lymphomes) . L'exposition chronique à de faibles doses, telles que celles qu'on peut respirer à proximité d'une station-service ou d'un garage automobile, augmenterait significativement le risque de leucémie aigüe chez l'enfant . Des études décrivent également des effets sur le système immunitaire : augmentation de la susceptibilité aux allergies, diminution des taux d' IgA et IgG,leucopénie .

Reproduction et le développement

Le benzène n'a pas d'effets reconnus sur la reproduction et le développement , même si plusieurs études montrent une corrélation entre l'exposition au benzène de femmes enceintes et des facteurs tels que le risque de fausse couche , la réduction du poids à la naissance et du périmètre crânien .

Exposition au benzène

Le benzène est produit lorsque des composés riches en carbone subissent une combustion incomplète. Par exemple, il est produit naturellement dans les volcans ou les feux de forêt . Les principales voies d'exposition de la population au benzène sont les vapeurs d'essence, les gaz d'échappement, les émanations industrielles, la fumée de cigarette ainsi que la combustion du bois .

La principale source d'exposition chronique au benzène est liée au milieu professionnel  :

• industrie pétrochimique (raffinage, transport) ;
• industrie chimique (utilisation du benzène comme réactif ou comme solvant) ;
• parfumerie (solvant) ;
• industrie électronique (dégraissant) ;
• laboratoires de chimie (solvant) ;
• garages automobiles (dégraissant et émanations de carburant) ;
• stations-service, postes de péage de parkings, d'autoroutes (émanations de carburants).

Afin de diminuer les émissions de composés organiques volatils, dont le benzène, au niveau des stations-service, la récupération des vapeurs d'essence lors du remplissage des réservoirs des véhicules et de la livraison d'essence des terminaux est obligatoire dans de nombreuses régions, dont l'Europe et la Grande-Bretagne .

En France métropolitaine, les émissions de benzène ont baissé de 60 % entre 2000 et 2011 (-17 kt, milliers de tonnes). Le principal secteur émetteur de benzène dans l'atmosphère est le résidentiel/tertiaire (48,4 % des émissions totales en 2011), en particulier du fait de la combustion du bois, suivi des transports (35,6 %) .

Catastrophe de l'usine pétrochimique de Jilin

Le 13 novembre 2005, à la suite de l'explosion d'une usine pétrochimique dans la ville de Jilin en Chine, une quantité de benzène estimée à une centaine de tonnes s'est déversée dans la rivière Songhua, un important affluent du fleuve Amour. Cet accident a entraîné de nombreuses coupures d'eau dans les villes situées en aval, notamment Harbin .

 

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2016-10-18 08:42:16 / mazoughou@magoe.gn