Trinitrotoluène

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Trinitrotoluène
structure du Trinitrotoluène
Général
Nom IUPAC	1-méthyl-2,4,6-trinitrobenzène
No CAS	118-96-7
No EINECS	204-289-6
Apparence	cristaux incolores à jaunes[1].
Propriétés chimiques
Formule brute	C7H5N3O6  [Isomères]
Masse molaire[2]	227,1311 ± 0,0084 g·mol-1 C 37,02 %, H 2,22 %, N 18,5 %, O 42,26 %,
Propriétés physiques
T° fusion	80,1 °C[1]
T° ébullition	(décomposition) : 240 °C[1]
Solubilité	dans l'eau à 20 °C : 0,19 g·l-1[1], bonne dans l'éther, l'acétone, le benzène
Masse volumique	1,65 g·cm-3[1]
Pression de vapeur saturante	0,057 hPa (81 °C)
Thermochimie
Cp	équation[3] : $C_{P} = (78.953) + (5.2187E-1) \times T + (-2.9827E-4) \times T^{2} + (6.1220E-8) \times T^{3} + (1.2576E-12) \times T^{4}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 200 à 1 500 K. Valeurs calculées : 209,667 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 200 -73,15 171 888 757 286 12,85 205 251 904 330 56,85 220 903 973 373 99,85 235 314 1 036 416 142,85 248 878 1 096 460 186,85 261 914 1 153 503 229,85 273 860 1 206 546 272,85 285 052 1 255 590 316,85 295 754 1 302 633 359,85 305 513 1 345 676 402,85 314 609 1 385 720 446,85 323 264 1 423 763 489,85 331 116 1 458 806 532,85 338 399 1 490 850 576,85 345 296 1 520 T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 893 619,85 351 524 1 548 936 662,85 357 277 1 573 980 706,85 362 707 1 597 1 023 749,85 367 597 1 618 1 066 792,85 372 109 1 638 1 110 836,85 376 366 1 657 1 153 879,85 380 207 1 674 1 196 922,85 383 766 1 690 1 240 966,85 387 149 1 705 1 283 1 009,85 390 233 1 718 1 326 1 052,85 393 132 1 731 1 370 1 096,85 395 940 1 743 1 413 1 139,85 398 563 1 755 1 456 1 182,85 401 098 1 766 1 500 1 226,85 403 635 1 777
Précautions
Directive 67/548/EEC
T E N
Numéro index : 609-008-00-4 Classification : E; R2 - T; R23/24/25 - R33 - N; R51-53 Symboles : T : Toxique E : Explosif N : Dangereux pour l’environnement Phrases R : R2 : Risque d’explosion par le choc, la friction, le feu ou d’autres sources d’ignition. R33 : Danger d’effets cumulatifs. R23/24/25 : Toxique par inhalation, par contact avec la peau et par ingestion. R51/53 : Toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l’environnement aquatique. Phrases S : S35 : Ne se débarrasser de ce produit et de son récipient qu’en prenant toutes les précautions d’usage. S45 : En cas d’accident ou de malaise, consulter immédiatement un médecin (si possible, lui montrer l’étiquette). S61 : Éviter le rejet dans l’environnement. Consulter les instructions spéciales/la fiche de données de sécurité. S1/2 : Conserver sous clef et hors de portée des enfants.
Phrases R : 2, 23/24/25, 33, 51/53,
Phrases S : 1/2, 35, 45, 61, [4]
Transport
-    0209    Code Kemler : - Numéro ONU : 0209 : TNT sec ou humidifié avec moins de 30 pour cent (masse) d’eau; TOLITE sec ou humidifié avec moins de 30 pour cent (masse) d’eau; ou TRINITROTOLUÈNE sec ou humidifié avec moins de 30 pour cent (masse) d’eau Code de classification : 1.1D : Matières et objets comportant un risque d'explosion en masse (une explosion en masse est une explosion qui affecte de façon pratiquement instantanée la quasi-totalité du chargement). Matière explosible secondaire détonante ou poudre noire ou objet contenant une matière explosible secondaire détonante, dans tous les cas sans moyens d'amorçage ni charge propulsive, ou objet contenant une matière explosible primaire et ayant au moins deux dispositifs de sécurité efficaces. Étiquette : 1 : Matières et objets explosibles 40    1356    Code Kemler : 40 : matière solide inflammable ou matière autoréactive ou matière autoéchauffante Numéro ONU : 1356 : TNT HUMIDIFIÉ avec au moins 30 pour cent (masse) d’eau; TOLITE HUMIDIFIÉ avec au moins 30 pour cent (masse) d’eau; ou TRINITROTOLUÈNE HUMIDIFIÉ avec au moins 30 pour cent (masse) d’eau Classe : 4.1 Étiquette : 4.1 : Matières solides inflammables, matières autoréactives et matières solides explosibles désensibilisées Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses;
SIMDUT[6]
D2B, F, D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques F : Matière dangereusement réactive Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients
SGH[7]
Danger H201, H301, H311, H331, H373, H411, H201 : Explosif: danger d'explosion en masse H301 : Toxique en cas d'ingestion H311 : Toxique par contact cutané H331 : Toxique par inhalation H373 : Risque présumé d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H411 : Toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme
Classification du CIRC
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[5]
Écotoxicologie
LogP	1,60[1]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le trinitrotoluène (TNT) est un explosif, utilisé dans plusieurs mélanges, notamment en proportion égale avec le nitrate d'ammonium pour former l’amatol.

Historique

Le TNT a été découvert en 1863 par le chimiste allemand Julius Wilbrand. Son potentiel explosif n'a pu être observé que plusieurs années plus tard, en raison de la difficulté à mettre au point un détonateur efficace vu son peu de sensibilité et parce qu'il était moins puissant que d'autres explosifs.

Cependant, il a plusieurs propriétés qui lui permettent d'être intégré au sein des torpilles et ainsi d'avoir un pouvoir destructeur plus important que les autres explosifs alors utilisés, comme l'acide picrique. L'armée allemande l'adopta en 1902, tandis que les Britanniques l'ont progressivement intégré à leur arsenal à partir de 1907.

C'est ainsi que, durant la Première Guerre mondiale, le pouvoir destructeur des torpilles de la marine impériale allemande était plus important que celui des britanniques car elles explosaient après avoir perforé la coque, tandis que les torpilles britanniques explosaient à son contact et donc dissipaient à l'extérieur du bateau une partie de l'énergie dégagée par l'explosion.

Chimie

Le TNT est un composé chimique de type hydrocarbure aromatique cristallin.

Il est préparé par nitration du toluène (C₆H₅CH₃). Toute la difficulté de sa synthèse vient du fait que la température nécessaire à son obtention est proche de la température d'explosion du composé binitré (dinitrotoluène) formé intermédiairement. Sa formule est C₆H₂(NO₂)₃CH₃.

Il existe trois autres isomères trinitrotoluène du TNT (2,4,6-trinitrotoluène) : le 2,3,4-, le 2,3,5- et le 2,3,6-trinitrotoluène.

Explosif

Lors de l'explosion le TNT se décompose comme suit :

2 C₇H₅N₃O₆ → 3 N₂ + 5 H₂O + 7 CO + 7 C

et surtout:

2 C₇H₅N₃O₆ → 3 N₂ + 5 H₂ + 12 CO + 2 C ^{[réf. nécessaire]}

Sous sa forme raffinée, le trinitrotoluène est relativement stable et moins sensible que la nitroglycérine aux chocs et au transport. Son action explosive doit être amorcée par un détonateur. Il n'interagit pas avec les métaux et n'absorbe pas l'eau, ce qui lui assure une stabilité pour des stockages assez longs, contrairement à la dynamite, mais il peut former des composés instables au contact de métaux alcalins.

L'énergie spécifique de combustion du TNT est de 4,6 mégajoule/kg = 4,6 MJ/kg soit 4,6 gigajoule/tonne = 4,6 GJ/t, soit 1 kilotonne TNT = 4,6 TJ (térajoule), 1 mégatonne de TNT = 4,6 PJ (pétajoule). Par convention, pour mesurer l’énergie dégagée lors d’une explosion, on utilise le facteur de conversion 1 kg de TNT = 1×10⁶ cal = 4,6 MJ.

On peut remarquer que les explosifs (non-nucléaires) produisent moins d’énergie par kilogramme que des produits alimentaires comme les matières grasses (38 mégajoule/kg) ou le sucre (17 mégajoule/kg). On peut noter trois différences essentielles entre ces chiffres :

• Les énergies spécifiques de combustion des combustibles ordinaires sont calculées sans tenir compte de la masse d'oxygène nécessaire à la combustion : si l'on en tient compte, il faut diviser le chiffre par plus de quatre pour les matières grasses, et environ deux pour les sucres ;
• La combustion des explosifs nitrés se faisant sans apport d'oxygène atmosphérique, elle est loin d'être complète : la quantité d'oxygène disponible n'est pour le TNT qu'un tiers environ de ce qui serait nécessaire pour une combustion complète ;
• Cependant, les explosifs ont des effets bien plus destructeurs, car ils libèrent leur énergie presque instantanément, n'ayant pas besoin d’oxygène externe pour leur combustion.

Unité de puissance explosive

La puissance des bombes, en particulier des bombes atomiques, est souvent désignée par un équivalent en TNT. On utilise alors la « kilotonne » (1 000 tonnes de TNT) ou la « mégatonne » (1 000 000 tonnes de TNT).

La bombe larguée sur Hiroshima en 1945 avait par exemple une puissance d'environ 15 kilotonnes, soit 15 000 tonnes de TNT, ou 69 TJ (un cube de TNT de 21 mètres de côté). La bombe H la plus puissante jamais testée (record détenu par l'Union soviétique avec la Tsar Bomba, ou la Reine des bombes) était équivalente à 50 mégatonnes, 50 millions de tonnes de TNT, soit 230 PJ (ou un cube de TNT d'à peu près 315 mètres de côté).

Production

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Répartition de la production de TNT par branche de l'armée allemande entre 1941 et le premier trimestre 1944 par milliers de tonnes et par mois.

Le complexe militaro-industriel allemand a produit 5 590 tonnes de trinitrotoluène par mois en moyenne en 1939, 7 250 tonnes par mois en moyenne en 1940, 10 560 tonnes par mois en moyenne en 1941, 11 000 tonnes par mois en moyenne en 1942, 16 180 tonnes par mois en moyenne en 1943, 17 280 tonnes par mois en moyenne en 1944, avec un fort déclin à partir de mi-juin dû aux bombardement stratégique alliés puis s'effondre début 1945^[8].

La production de ce produit par le complexe militaro-industriel des États-Unis d'Amérique avait cessé en 1986^[9] et a repris en 2005 à la Radford Army Ammunition Plant dans le comté de Pulaski (Virginie)^[10] de façon plus écologique^[11]. La capacité de production de cette usine qui est la seule produisant actuellement du TNT aux États-Unis est de 15 millions de livres par an (~ 6 800 tonnes).

Toxicité

Beaucoup de terrains militaires sont contaminés par le TNT. Une exposition à de fortes doses peut provoquer des anémies et des maladies du foie. On a également observé des hypertrophies de la rate et des effets négatifs pour le système immunitaire chez des animaux qui avaient ingéré et respiré du trinitrotoluène, ainsi que des irritations cutanées. Les autres effets délétères sont une baisse de la fertilité masculine et un risque cancérigène (c'est un hydrocarbure aromatique, dont beaucoup de propriétés sont communes avec le benzène, de nature cancérigène). La consommation de TNT noircit l’urine.

Notes et références

1. ↑ ^{a, b, c, d, e et f} 2, 4, 6 - TRINITROTOLUENE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
2. ↑ Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. ↑ (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 2, Huston, Texas, Gulf Pub. Co. (ISBN 0-88415-858-6) 
4. ↑ « 2,4,6-trinitrotoluène » sur ESIS, consulté le 20 février 2009
5. ↑ IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme » sur http://monographs.iarc.fr, CIRC, 16 janvier 2009. Consulté le 22 août 2009
6. ↑ « Trinitro-2,4,6 toluène » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
7. ↑ Numéro index 609-008-00-4 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
8. ↑ (en) Appendix D. Strategic Air Attack on the Powder and Explosives Industries
9. ↑ (en) The munitions industrial base: what can we do about it? The Air Force must change its contracting strategy - Agile Combat Support - Industry Overview, Air Force Journal of Logistics, été 2003, Charles Webb, III
10. ↑ (en) Radford Army Ammunition Plant, Alliant Techsystems
11. ↑ (en) Toxic Red Water Eliminated from TNT Production at Radford, Deborah Elliott, U.S. Army Environmental Command

Voir aussi

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• « Trinitrotoluène », sur le Wiktionnaire (dictionnaire universel)

Articles connexes

• Toluène, benzène avec un groupement méthyle
• Nitrotoluène, toluène substitué par un groupement nitro
• Dinitrotoluène, toluène substitué par deux groupements nitro
• Trinitrobenzène
• Dynamite
• Liste de composés explosifs