Tétraéthylplomb

La formule développée du plomb tétraéthyle, PTE, montre un ion plomb(IV) lié à quatre groupements éthyle C₂H₅ avec des liaisons Pb—C relativement faibles. C’est un liquide huileux à température ordinaire, à l’odeur caractéristique, insoluble dans l’eau, mais très lipophile, ce qui le rend très soluble dans les hydrocarbures. Il se décompose avant 200 °C

Sa synthèse se fait par réaction du chlorure d’éthyle sur un alliage de plomb :

4 NaPb + 4 C₂H₅Cl ———> Pb(C₂H₅)₄ + 3 Pb + 4 NaCl

Du fait de son caractère lipophile il est très assimilable en milieu biologique, via les aliments ou la peau par passage transcutané : c’est pourquoi il est très toxique.

C’est en 1921 qu’un ingénieur du laboratoire de recherches de la General Motors découvre ses propriétés antidétonantes lorsqu’il est ajouté à l’essence. Le produit ayant été breveté pour son application, Standard Oil (Esso) et General Motors créent la société Ethyl Gasoline Corporation qui pendant plus de 60 ans va fabriquer et commercialiser le plomb tétraéthyle avec d’excellentes marges commerciales.

Pour comprendre cette application réussie, il faut faire un petit retour sur la thermodynamique des gaz sous pression.

Dans un moteur à combustion interne (à explosion), lorsque l’on comprime des vapeurs d’essence en présence d’air, l’allumage peut se produire dans le cylindre par la simple élévation de température, avant que la bougie ne déclenche l’étincelle. Cette explosion produit une onde de choc dans le cylindre et sur le piston, qui peuvent être endommagés, et déclenche un bruit caractéristique qui s’appelle « le cliquetis ». Avec le n-heptane l’auto-allumage est facile, avec l’iso-octane il est difficile. C’est pourquoi leur mélange sert de référence pour déterminer l’indice d’octane d’un carburant. Si par exemple le cliquetis apparaît pour un mélange d’air et de carburant de la même façon que pour un mélange comportant 95 % d’iso-octane et 5 % de n-heptane, on dit que ce carburant a un indice d’octane égal à 95. L’augmentation des taux de compression, en augmentant la température de la source chaude, améliore le rendement d’un moteur : c’est pourquoi on a besoin d’une essence avec des indices d’octane élevés (95-98).

A température élevée, mais inférieure à 200 °C, le plomb tétraéthyle se décompose en formant (CH₂CH₃)₃Pb et des radicaux éthyl•. Ces radicaux réagissent avec les autres radicaux engendrés par la compression du mélange air-essence qui, seuls, déclencheraient la combustion avant qu’elle ne soit amorcée par la bougie. Ainsi bloqués, l’apparition du « cliquetis » et l’auto allumage est de ce fait empêchée. L’usage voulait que l’on gagnait 10 points d’indice d’octane par gramme de PTE par litre de carburant. Il faut ajouter que le plomb avait aussi un rôle de lubrification et de protection de soupapes du moteur.

Cependant la toxicité du PTE et l’impact sur l’environnement du plomb libéré par la combustion de millions de tonnes de carburant plombé a progressivement conduit à l’abandon, d’abord aux États-Unis, de l’essence au plomb dans les années 1980 par peur du saturnisme. Cependant il est parfois remplacé dans certains états d’Amérique et en Chine par un composé organométallique du manganèse, le méthylcymantrène (cf. {Ferrocène) qui a d’autres inconvénients pour les automobiles modernes. En Europe et donc en France, les super sans plomb firent leur apparition dans les années 90 et les anciennes formulations au plomb devaient disparaître en 2001.

Ce sont des géochimistes américains qui, voulant dater les sols au moyen de radioéléments (U, Th, Pb), se sont aperçu dans les années 70 que l’environnement était pollué par le plomb. Ces mesures, d’abord en Californie, puis dans tous les états des États-Unis, dans les océans, puis dans les glaces de l’Arctique, ont montré la présence d’espèces moléculaires contenant du plomb, avec toutes les conséquences toxicologiques liées à leur absorption par les organismes vivants. Depuis les années 80, les analyses des carottes glaciaires en Arctique et Antarctique ont été généralisées et on observe une diminution très nette du plomb depuis une dizaine d’années… mais une augmentation du platine originaire de nos chers et coûteux pots catalytiques (cf. {Platine).

Dans les carburants super 95 et 98, le PTE est remplacé par l’éthanol et des dérivés aromatiques qui ont le même pouvoir antidétonant, mais libèrent des radicaux aromatiques toxiques et cancérigènes, qui ne sont pas très bons à respirer, d’où la

Pensée du jour
« {Du plomb aux aromatiques, de Charybde en Scylla, arrêtez donc la voiture, prenez le vélo ! »

Sources
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Tétraéthylplomb
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Essence_(hydrocarbure)
– http://en.wikipedia.org/wiki/Tetraethyllead
– http://en.wikipedia.org/wiki/Ethyl_Corporation
– http://en.wikipedia.org/wiki/Antiknock_agent

Pour en savoir plus
– Ferrocène
– Platine