Trinitrotoluène

TNT

Trinitrotoluène
Structure du trinitrotoluène.
Identification
Nom UICPA	1-méthyl-2,4,6-trinitrobenzène
No CAS	118-96-7
No ECHA	100.003.900
No CE	204-289-6
Apparence	cristaux incolores à jaunes
Propriétés chimiques
Formule	C7H5N3O6  [Isomères]
Masse molaire	227,131 1 ± 0,008 4 g/mol C 37,02 %, H 2,22 %, N 18,5 %, O 42,26 %,
Propriétés physiques
T° fusion	80,1 °C
T° ébullition	(décomposition) : 240 °C
Solubilité	dans l'eau à 20 °C : 0,19 g L−1, soluble dans l'éther, l'acétone, le benzène
Masse volumique	1,65 g cm−3
Pression de vapeur saturante	0,057 hPa (81 °C)[réf. souhaitée]
Thermochimie
Cp	équation : $C_{P}=(78.953)+(5.2187E-1)\times T+(-2.9827E-4)\times T^{2}+(6.1220E-8)\times T^{3}+(1.2576E-12)\times T^{4}$ 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
SGH
Danger H201, H301, H311, H331, H373 et 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
SIMDUT
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
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, matières solides explosibles désensibilisées et matières qui polymérisent Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses ;
Classification du CIRC
Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme
Écotoxicologie
LogP	1,60
Unités du SI et 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. Il fut d'abord utilisé comme pigment jaune pour les textiles, ce qui causera plusieurs milliers de morts du fait de sa toxicité alors inconnue. Son potentiel explosif n'a pu être observé qu'une trentaine d'années après sa découverte, en raison de la difficulté à mettre au point un détonateur efficace, du fait de sa faible sensibilité et de sa puissance modeste en comparaison d'autres explosifs.

Cependant, plusieurs de ses propriétés 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'adopte en 1902, tandis que les Britanniques l'intègrent progressivement 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 est plus important que celui des britanniques car elles explosent après avoir perforé la coque, tandis que les torpilles britanniques explosent à son contact et donc dissipent à l'extérieur du bateau une partie de l'énergie dégagée par l'explosion^{[réf. nécessaire]}

Chimie

Le TNT est un composé chimique de type aromatique cristallin.

Il est préparé par nitration du toluène (C₇H₈). 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 peut se décomposer selon différentes réactions - voir article en bas de page pour plus de détails - :

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

et surtout :

2 C₇H₅N₃O₆ → 3 N₂ + 5 H₂ + 12 CO + 2 C

ou encore :

2 C₇H₅N₃O₆ → 3 N₂ + H₂ + 4 H₂C₂ + 6 CO₂

C₇H₅N₃O₆ → 3 HCN + H₂O + 3 CO + CO₂

C₇H₅N₃O₆ → HCN + (CN)₂ + 2 H₂O + 4 CO

2 C₇H₅N₃O₆ → 6 NO + 5 H₂C₂ + 2 CO + 2 CO₂

2 C₇H₅N₃O₆ → 6 HCNO + 2 H₂C₂ + 2 CO + 2 CO₂.

Un mélange de ces équations est plus probable.^{[réf. nécessaire]}

Sous sa forme raffinée, le trinitrotoluène est extrêmement stable et considérablement moins sensible que la nitroglycérine aux chocs et au transport (d'où son utilisation exclusive en tant qu'explosif militaire, capable de subir des impacts de balles de petit calibre sans détoner). 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 14,5 MJ/kg, la combustion nécessitant que des atomes de carbone du TNT réagissent avec l'oxygène de l'air. L'énergie de détonation est de 4,184 MJ/kg. Le facteur d'efficacité relative, une mesure de puissance d'un explosif destiné à des démolitions militaires, est utilisé pour comparer l'efficacité massique d'un explosif par rapport au TNT.

On peut remarquer que les explosifs (non-nucléaires) produisent moins d’énergie par kilogramme que des produits alimentaires comme les matières grasses (38 MJ/kg) ou le sucre (17 MJ/kg). De même, la tonne d'équivalent pétrole vaut 41,868 GJ à comparer à une tonne de TNT qui équivaut à 4,184 GJ. 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 d'énergie d'une explosion

L'énergie dégagée lors de l'explosion des bombes, en particulier celles des bombes atomiques, est souvent désignée par un équivalent en TNT. On utilise alors la « tonne de TNT » et ses multiples la « kilotonne » (1 kt de TNT, souvent abrégée simplement par 1 kT, vaut 1 000 t de TNT, soit 4,184 × 10¹² J = 4,184 TJ), ou la « mégatonne » (1 Mt TNT, ou 1 MT, vaut 1 000 000 t de TNT, soit 4,184 × 10¹⁵ J = 4,184 PJ).

La bombe larguée sur Hiroshima en 1945 avait une énergie d'environ 15 kt, soit 15 000 t de TNT (un cube de TNT de 21 m de côté), ou 62,76 TJ. La bombe H la plus puissante jamais testée — la Tsar Bomba soviétique, le 30 octobre 1961 — était équivalente à 57 Mt (un cube de TNT de 325 m de côté), soit 238,488 PJ.

Production

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 t de trinitrotoluène par mois en moyenne en 1939, 7 250 t/mois en moyenne en 1940, 10 560 t/mois en moyenne en 1941, 11 000 t/mois en moyenne en 1942, 16 180 t/mois en moyenne en 1943, 17 280 t/mois en moyenne en 1944, avec un fort déclin à partir de mi-juin dû aux bombardements stratégiques alliés, puis s'effondre début 1945.

La production de ce produit par le complexe militaro-industriel des États-Unis avait cessé en 1986 et a repris en 2005 à la Radford Army Ammunition Plant (en) dans le comté de Pulaski (Virginie) de façon plus écologique. La capacité de production de cette usine, qui est la seule produisant actuellement^[Quand ?] du TNT aux États-Unis, est de quinze millions de livres par an (environ 6 800 t).

Toxicité (voir notes 12 et 13 pour la toxicologie )

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 dérivé d'un hydrocarbure aromatique, dont beaucoup de propriétés sont communes avec le benzène, de nature cancérigène). La consommation de TNT noircit l’urine.

Durant la Seconde Guerre mondiale, la production de TNT pour les besoins de la Wehrmacht fut souvent confiée à des ouvriers étrangers du Service du travail obligatoire, des prisonniers de guerre et des Arbeitsmaid du Kriegshilfdienst dont des malgré-elles. L'un des gros ateliers de production fut l'usine Werk Tanne de Clausthal-Zellerfeld en Basse-Saxe, qui produisait, en 1943-44, 28 000 tonnes de TNT. Les conditions sanitaires y étaient déplorables. Du fait de sa dangerosité, le produit était manipulé manuellement et pénétrait dans l'organisme par la peau ou par les voies respiratoires. Les premiers signes d'empoisonnement étaient la « galle de la poudre » (Pulverkrätze), très douloureuse, suivie par une décoloration en jaune ou roux des cheveux, puis une pigmentation orange de la peau, suivie d'une anémie et d'une leucémie mortelle. Les ouvriers en contact direct avec le TNT étaient surnommés « Canaris », signe qu'ils étaient contaminés par le produit. Les soins donnés aux malades étaient alors rudimentaires. Les médecins des camps de travail leur servaient du lait comme contre-poison et on badigeonnait quotidiennement le malade d'huile de mitigal.

Voir aussi

Articles connexes

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