Le nitrate d'ammonium est un composé ionique du cation ammonium et de l'anion nitrate, de formule . Il correspond au corps minéral anhydre naturel, de maille orthorhombique, nommé par les minéralogistes « nitrammite »Le chimiste Hans Rudolf Glauber le catalogue en 1659 comme un « nitrum flammans », c'est-à-dire un nitre inflammable..
Il s'agit aussi de l'ancien nitrate d'ammoniaque, obtenu industriellement depuis le par un mélange d'ammoniaque et d'acide nitrique, deux dérivés potentiels de la chimie de synthèse du gaz ammoniac. Il se présente sous la forme d'une poudre très soluble dans l'eau.
Il est surtout utilisé comme ingrédient d'engrais azotés simples (principalement les « ammonitrates ») ou composés (connus sous la dénomination d'engrais NP, NK ou NPK). C'est aussi un agent explosif puissant.
Propriétés physico-chimiques gauche|vignette|Solubilité aqueuse. C'est une substance cristalline, assez hygroscopique et inodore qui tend à s'agglomérer en grumeaux. Il peut être vendu en solution à 50 % et 95 % en masse.
Sa dissolution dans l'eau, dont la solubilité augmente avec la température, est un processus endothermique :
NH4NO3 (s) → NH4+ (aq) + NO3− (aq).
Comme la chaleur perdue lors de la dissolution avoisine (), il est communément utilisé dans les mélanges réfrigérants permettant au dispositif frigorifiant une température de fonctionnement basse de .
Cinq formes allotropiques ont été observées. : une forme orthorhombique à huit motifs par maille existe en dessous de à pression atmosphérique ; la forme α, de système cristallin tétragonal ou orthorhombique à quatre motifs, de densité 1,61 (déterminée à ) est attestée entre et . Pour d'eau pure, sa solubilité est mesurée à à , environ à et à à . La transition structurale à est corrélée à une variation de volume faible d'environ 3 %, mais dont l'effet est de déstructurer l'ancien maillage cristallin : la réorganisation, même si elle privilégie la formation de multiples macles, ne peut que fragmenter les grains fragiles, d'où la formation de poussières qui favorisent encore le transport naturel du minéral par voie aérienne ou fluviale. La maille orthorhombique à plusieurs motifs, attestée dans le corps naturel qu'est la mascagnite, paraît ainsi la plus stable ; la morphologie cristalline β est attestée entre et . La maille est monoclinique ou orthorhombique à quatre motifs. Le corps est plus dense, la masse volumique est . Pour d'eau pure, sa solubilité plus élevée est mesurée à , à à ; une morphologie quadratique à deux motifs par maille est observée entre et ; une forme cubique est observée à partir de et reste stable jusqu'à la fusion du réseau cristallin qui s'opère à . Le corps chimique correspondant se décompose à partir de , température considérée comme sa température d'ébullition.
Cette poudre solide compacte et relativement instable se décompose à haute température en libérant de la chaleur et en formant des produits gazeux, d'où le caractère explosif de cette décomposition. En dessous de , la décomposition produit principalement de l'oxyde nitreux et de l'eau : NH4NO3 → N2O + 2.
À plus haute température, la réaction ci-dessous prédomine. : NH4NO3 → N2 + + 2.
Dans certaines conditions, le fait que les deux réactions sont exothermiques et ont des produits gazeux conduit à un emballement de la réaction et le processus de décomposition devient explosif. Cela a entraîné dans le passé de nombreuses catastrophes . Pour éviter l'explosion, le nitrate d'ammonium industriel est stocké sous la forme d'un mélange avec des charges inertes, comme la craie ou calcite pulvérisée, parfois de la dolomie, des argiles, des marnes dans le cas des engrais.
Le nitrate d'ammonium est un oxydant puissant, il oxyde facilement des métaux comme le plomb et le zinc. La réaction avec le cuivre peut s'écrire : NHNOaqueux + Cumétal → Cu(NO)aqueux + 2NHaqueux + Ngaz dégagé ou dissous dans l'eau du milieu + 3.
Il peut réagir à chaud avec le formol en donnant du explosif, selon un mécanisme radicalaire :
NHNO + CHO → CH3NH3+NO3− + .
En réalité, le formol est diversement oxydé.
Il peut réagir également à chaud avec la cellulose ou l'amidon.
C'est pourquoi des impuretés métalliques comme le cuivre, le chlorure d'ammonium ou salmiac, des dérivés chlorés ou certains autres corps chimiques réducteurs ou potentiellement réducteurs comme les hydrocarbures ou les mercaptans qui peuvent le souiller, voire le mazout ou les simples emballages de bois et de papier pour éviter sa prise en motte du fait de son caractère hygroscopique, accélèrent sa décomposition déjà possible dès . Par exemple, suivant la dégradation vaporisante : NHNOsolide → NOgaz + 2vapeur d'eau.
Il est très soluble dans l'ammoniaque, soluble dans l'acétone. Il l'est moins dans les alcools. Par exemple, il ne s'en dissout à que dans de méthanol pur et dans un mélange eau/éthanol à 95 % en volume.
Fabrication On le fabrique par barbotage du gaz ammoniac (le produit de réduction du diazote par le procédé Haber-Bosch.) dans l'acide nitrique. Il existe différents procédés tels que Fauser, Krupp Uhde, UCB, Stamicarbon, Norsk hydro, Stengel, AZF Atofina selon diverses modalités dont l'obtention de la neutralisation des solutions, ensuite concentrées pour favoriser la précipitation du sel composé, le séchage et la granulation finale.
Applications Le nitrate d'ammonium sert surtout à la fabrication d'engrais chimiques dans l'agriculture conventionnelle, principalement les ammonitrates et les engrais NP, NK ou NPK. Il n'est pas autorisé dans l'agriculture biologique en Suisse. ou en Europe.. En tant qu'oxydant, il est utilisé en chimie, par exemple pour oxyder des matériaux avant de les dissoudre dans un verre (technique de la perle fondue en spectrométrie de fluorescence des rayons X). Il peut être utilisé dans la fabrication d'engins explosifs, fournissant alors un explosif peu brisant et stable.. Dans cette dernière utilisation, il est souvent mélangé avec des hydrocarbures comme le gazole et amorcé à l'aide d'un autre explosif comme le TNT ; un mélange de ce type, utilisé dans l'exploitation minière, est nommé la donarite. À cause de sa grande disponibilité, le mélange a été utilisé pour la fabrication de bombes artisanales dans certaines attaques terroristes comme l'attentat d'Oklahoma City, celui de Bali ou encore l'attentat de Marrakech en avril 2011. Au contact de l'eau, il se produit une très forte réaction endothermique. Il est ainsi utilisé dans les poches de froid instantané. Sous le nom de « propergol », il est utilisé dans l'industrie civile et militaire, en particulier dans l'industrie pétrolière pour la stimulation de puits.. Il est également utilisé en adjonction à faible dose dans le combustible de l'enfumoir des apiculteurs pour endormir les abeilles dans certains cas de déplacement de la reine ou de la colonie car s'il est chauffé, il produit du protoxyde d'azote qui est un gaz anesthésiant. Ainsi, les abeilles perdent tout sens de l'orientation et ne reviendront pas à leur précédent emplacement. Cela n'est que temporaire puisqu'elles vont refaire leur vol d'orientation, ce qui leur permettra de « redéfinir » leur domicile.
Il doit être stocké et manipulé avec les précautions de rigueur..
Sécurité, manipulation et stockage
Le Bureau réglementation et sécurité au travail du ministère de l'Agriculture et de la Pêche et l'Union des industries pour la fertilisation (UNIFA) ont élaboré une fiche technique intitulée , 8.
Le nitrate d'ammonium pur ne brûle pas, mais en tant qu'oxydant puissant, il favorise et accélère la combustion des matières organiques (et de certaines matières inorganiques). Il ne doit pas être stocké à proximité de substances combustibles..
Bien que le nitrate d'ammonium soit stable à température et pression ambiantes dans de nombreuses conditions, il peut détoner à partir d'une forte charge d'amorçage. Il ne doit pas être stocké à proximité d'explosifs puissants.
Le nitrate d'ammonium fondu est très sensible au choc et à la détonation, en particulier s'il est contaminé par des matières incompatibles telles que des combustibles, des liquides inflammables, des acides, des chlorates, des chlorures, du soufre, des métaux, du charbon et de la sciure.
Le contact avec certaines substances, telles que les chlorates, les acides minéraux et les sulfures métalliques, peut entraîner une décomposition rapide, voire violente, capable d'enflammer les matériaux combustibles voisins ou de les faire exploser.
Le nitrate d'ammonium commence à se décomposer après avoir fondu, libérant ainsi du NO, HNO, NH et . Il ne doit pas être chauffé dans un espace confiné. La chaleur et la pression résultant de la décomposition augmentent la sensibilité à la détonation et accélèrent la décomposition. La détonation peut se produire à . La contamination peut réduire cette valeur à .
Le nitrate d'ammonium a une humidité relative critique de 59,4 %, au-delà de laquelle il absorbe l'humidité de l'atmosphère. Il est donc important de stocker le nitrate d'ammonium dans un récipient hermétiquement fermé. Sinon, il risque de s'agglomérer en une grande masse solide. Le nitrate d'ammonium peut absorber suffisamment d'humidité pour se liquéfier. Le mélange du nitrate d'ammonium avec certains autres engrais peut abaisser l'humidité relative critique..
Conditions de stockage et enjeux de sécurité en France Selon une enquête menée par Le Canard enchaîné en , le ministère de la Transition écologique estime qu'un accident similaire à celui qui s'est produit à Beyrouth début est très peu probable en France car la France a adopté une réglementation parmi les plus strictes d'Europe..
Cent-huit sites classés Seveso sont répertoriés, dont 16 avec plus de .
Cependant, toujours selon Le Canard, le site georisques.gouv.fr indique par ailleurs qu'il y a contenant plus de de nitrate d'ammonium, dont détenant plus de , donc soumis à autorisation..
Par ailleurs, de très nombreux sites assurent le stockage de quantités inférieures, sans obligation de déclaration. Il s'agit en particulier de coopératives agricoles..
Le média en ligne Reporterre avait enquêté en 2018 sur la coopérative d'Ottmarsheim qui avait été signalée par un lanceur d'alerte. Ce dernier avait signalé les problèmes de stockage sur le site, par ailleurs à proximité immédiate du canal du Rhin..
En , une élue de l'opposition municipale de Melun appelle à la mobilisation des habitants pour demander plus d'informations sur les engrais stockés par la coopérative agricole Valfrance à Vaux-le-Pénil, qui stocke plus de quatre mille tonnes d'engrais azotés.. Par ailleurs, la députée Mathilde Panot demande, au nom de son groupe politique, une commission d'enquête parlementaire sur le stockage de nitrate d'ammonium..
Explosions accidentelles et pollution de l'air
Le nitrate d'ammonium est notamment directement impliqué dans les explosions : de l'usine BASF d'Oppau (Allemagne) le ; de l'usine PCT à Tessenderlo (Belgique) en 1942. ; du cargo français Grandcamp transportant de nitrate d'ammonium à Texas City en ; du cargo norvégien Ocean Liberty dans le port de Brest en ; de deux remorques routières chargées chacune de sur un chantier de Kansas City, en ; de l'usine de fabrication Terra Industries à Port Neal au sud de Sioux City dans l'Iowa en ; de l'usine AZF à Toulouse, le ; de l'usine d'ammoniac West Fertilizer près de Waco (Texas), en ; d'un entrepôt dans le port de Tianjin (Chine) en 2015 ; d'un hangar au port de Beyrouth (Liban) le ; de certains airbags de l'équipementier Takata installés dans des millions de véhicules circulant en 2025, toutes marques et modèles confondus dont en France..