Le méthanal ou formaldéhyde ou aldéhyde formique ou formol est un composé organique de la famille des aldéhydes, de formule chimique CH2O. C'est le membre le plus simple de cette famille. À température ambiante, c'est un gaz inflammable. Synthétisé pour la première fois par le Russe Alexandre Boutlerov en 1859, il fut formellement identifié par l'Allemand August Wilhelm von Hofmann en 1867.
Le formaldéhyde est un gaz ubiquitaire, principalement issu de la combustion incomplète de substances contenant du carbone. Il est donc présent dans la fumée de feux de forêt, dans les rejets de centrales électriques thermiques, d'incinérateurs, de raffineries, de chaudières industrielles et dans les gaz d'échappement de véhiculesIARC (International Agency for Research on Cancer), 2006, « Formaldehyde », , dans Formaldehyde, 2-Butoxyethanol and 1-tert-Butoxypropan-2-ol, IARC Mono- graphs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, vol. 88, Lyon, France, International Agency for Research on Cancer. automobiles, et dans la fumée du tabac. Il est aussi produit dans l'atmosphère sous l'action des rayons solaires et du dioxygène sur le méthane atmosphérique ainsi que sur d'autres hydrocarbures ; les processus de décomposition de matières organiques (végétaux ou cadavre) en produisent aussi.
Dans l'air intérieur, il est notamment émis par divers types de colles. L'air intérieur en contient généralement plus que l'air extérieur.
De faibles quantités de méthanal sont produites par le métabolisme de la plupart des organismes, dont l'organisme humain.
Le formaldéhyde fait aussi partie des molécules détectées dans le milieu interstellaire..
Nomenclature, formes et composés proches Le terme « formaldéhyde » est issu de « aldéhyde formique » (dérivant de l'acide formique, lui-même ainsi nommé car isolé pour la première fois à partir d'un distillat de fourmis). En nomenclature systématique, le terme correct est méthanal (méth- pour un squelette à un seul atome de carbone, terminaison -al pour un aldéhyde), mais l'usage de « formaldéhyde » reste prépondérant pour des raisons historiques.
Le formaldéhyde est plus compliqué que la plupart des composés carbonés simples, en ceci qu'il peut adopter plusieurs formes. Ces composés peuvent souvent être utilisés de manière interchangeable et se convertir l'un en l'autre. Le formaldéhyde moléculaire. À température ambiante, c'est un gaz incolore à l'odeur irritante caractéristique. Il est stable jusqu'à environ , mais polymérise lorsqu'il est condensé sous forme de liquide. Le 1,3,5-trioxane, de formule (CH2O)3. Trimère du formaldéhyde moléculaire, c'est un solide blanc soluble dans les solvants organiques. Le paraformaldéhyde, polymère du formaldéhyde, de formule HO(CH2O)nH. Solide blanc, il est insoluble dans la plupart des solvants. Quand le degré de polymérisation n est supérieur à 100, on parle plutôt de polyoxyméthylène. Le méthanediol, de formule CH2(OH)2. Ce composé coexiste, à l'équilibre, avec divers oligomères, en fonction de la température et de la concentration.
En raison de ces diverses formes, une faible quantité d'un stabilisant (généralement du méthanol) est souvent ajouté aux solutions de formaldéhyde commercialement disponibles, pour éviter les réactions d'oxydation et de polymérisation.
Le terme « formol » est généralement réservé aux solutions aqueuses diluées de formaldéhyde (d'une concentration typique de 3,7 % à 4 % en formaldéhyde).
La formaline est une solution aqueuse dans laquelle le méthanal est dissous à 37 % en masse.. Cette appellation tire son origine d'un produit commercial mais s'est depuis étendue par abus de langage aux autres solutions de méthanal à cette concentration..
Propriétés vignette|Model 3D avec boule du Méthanal. Le méthanal est à température ambiante un gaz, très soluble dans l'eau. Il y forme en solution : le formol.
Le méthanal polymérise dans l'eau, ce qui fait que le formol contient peu de méthanal sous forme de monomères. Le méthanal polymérise sous forme de polyoxyméthylène (appelé paraformaldéhyde ; succession de groupes -O-CH2-) ou de 1,3,5-Trioxane (trimère cyclique). La dépolymérisation est possible par distillation en présence de traces acides. Généralement, le formol vendu dans le commerce contient aussi du méthanol pour limiter la polymérisation du méthanal.
Le méthanal possède la plupart des propriétés chimiques des aldéhydes, hormis qu'il est plus réactif. Remarquablement électrophile, il peut réagir par substitution électrophile aromatique avec les composés aromatiques ou par addition électrophile sur les alcènes. En présence d'un catalyseur basique, le méthanal subit une réaction de Cannizzaro et se transforme en acide formique et en méthanol.
Enfin, le formol (méthanal) est facilement oxydé par le dioxygène de l'air pour former de l'acide formique. C'est pourquoi il faut le conserver dans des récipients étanches.
Production Le méthanal est fabriqué industriellement par l'oxydation catalytique du méthanol, et plus précisément par action de l'oxygène de l'air sur le méthanol, en phase vapeur, en présence de catalyseur.
Sur la base du rapport air-méthanol du procédé, on distingue deux types de fabrication : l'oxydation partielle de méthanol et l'oxydation totale de méthanol.
Procédés d'oxydation partielle de méthanol L'oxydation partielle de méthanol s'effectue au-dessus de la limite (haute) d'explosivité, soit 30 % en volume de méthanol. Dans ce cas, les catalyseurs sont à base d'argent ou de l'argent métallique pur ; on parle donc aussi de « procédé à l'argent ».. La catalyse à base d'argent nécessite une température élevée ( environ). On utilise un réacteur adiabatique dans lequel deux réactions produisent simultanément du méthanal : oxydation ménagée : CH3OH + ½ → H2CO + (R1) ; déshydrogénation : CH3OH → H2CO + (R2).
La première réaction est exothermique alors que la seconde est endothermique, (R1) fournit donc l'énergie nécessaire pour que la réaction (R2) puisse avoir lieu..
En sortie de réacteur, les gaz sont refroidis et le formaldéhyde est absorbé dans de l'eau. On effectue ensuite une distillation pour séparer le formaldéhyde, l'eau et le méthanol qui n'a pas réagi.
Procédés d'oxydation totale de méthanol L'oxydation totale de méthanol qui s'effectue sous la limite inférieure d'explosivité, soit 7 % en volume de méthanol. Les catalyseurs sont alors un mélange d'oxydes de fer, de molybdène et de vanadium ; on parle donc aussi de « procédé aux oxydes ». Dans ce cas, le méthanol et le dioxygène réagissent à selon l'équation (R2). La réaction étant exothermique, il est nécessaire de refroidir le réacteur catalytique. Le traitement des gaz en sortie de réacteur est similaire à celui utilisé pour le procédé à l'argent.
Autres méthodes Le méthanal peut également être produit lors de l'ozonolyse d'un alcène terminal, ou en ajoutant de l'hexaméthylènetétramine au milieu réactionnel suivant la réaction : none|400px|class=skin-invert-image
L'oxydation prolongée du méthanal conduit à la formation d'acide formique, que l'on trouve en faible concentration dans les solutions industrielles de méthanal.
Production artisanale Le méthanal se dégage avec l'ajout de permanganate de potassium (KMnO4) dans les proportions de de permanganate pour de formaline. C'est une réaction exothermique, dont la chaleur générée est importante.
Cette méthode est utilisée par certains aviculteurs pour les fumigations d'œufs.
À une échelle réduite, le formol peut être produit grâce à diverses réactions comme la conversion de l'éthanol.
Utilisation
Synthèses industrielles Le formaldéhyde est un précurseur pour la fabrication de nombreuses résines : résine urée-formaldéhyde, mélamine, résine phénol-formaldéhyde.
On emploie le méthanal pour produire de nombreux autres produits chimiques, dont la plupart sont des polyols comme le pentaérythritol, utilisé dans la fabrication de peintures et d'explosifs. On compte aussi d'autres dérivés du méthanal comme le méthylène diphényle diisocyanate, un constituant important des peintures et des mousses de polyuréthane, ainsi que l'hexaméthylènetétramine, utilisée dans les résines phénol-méthanal et pour fabriquer du RDX (un explosif).
Autres utilisations vignette|upright|gauche|Babouin conservé au Musée royal de l'Afrique centrale. Le méthanal est utilisé : comme désinfectant, notamment en médecine vétérinaire (ex : pédiluves de désinfection) ; comme fixateur et conservateur de cadavres ou de certains échantillons biologiquesPropriété découverte par Auguste Lumière et Marcel Koelher. Voir Sur un nouveau procédé d'embaumement, Société des sciences naturelles de Lyon, 12 octobre 1894. d'animaux ou d'humains (pour les dissections d'écoles de médecine par exemple) ou pour la conservation ou fixation d'échantillons ou de certains prélèvements biologiques, comme dans le cadre d'analyses IBGN, IBMR ou IOBS ; comme conservateur dans certains vaccins ; pour assécher ou tuer la peau (pour le traitement médical des verrues par exemple) ; en dentisterie, sous forme directe (formaldéhyde) ou dérivée (paraformaldéhyde, polyoxyméthylène), intégré dans un grand nombre de spécialités destinées à obturer les canaux des dents dévitalisées. Contrairement aux médicaments, les produits et matériaux employés en art dentaire ne sont pas soumis à une autorisation de mise sur le marché, ce qui explique qu'ils échappent à la réglementation évoquée au paragraphe suivant ; l'usage pour les dentifrices est encore autorisé en Union européenne, mais a été interdit aux États-Unis au début des années 1980 ; pour embaumer les corps, donc par thanatopraxie, par exemple en attente d'un enterrement ; pour produire des polymères et des produits chimiques (plus de 50 % du total des usages du méthanal) ; pour coller les tapisseries ; illégalement, pour la conservation des aliments. ; comme inhibiteur de corrosion dans l'industrie d'extraction du gaz de schiste, où le méthanal est dilué dans un mélange d'eau, associé à d'autres produits chimiques et du sable, pour l'injection dans les puits d'extraction du gaz de schiste comme liquide d'hydrofracturation ; sous forme de formol pour faire sortir les vers de terre du sol, à des fins de comptage. ; pour fabriquer des phénoplastes, en le combinant au phénol, à l'urée ou à la mélamine (fabrication d'aminoplastes). Le méthanal forme alors des résines thermodurcissables. Ces résines sont souvent utilisées dans les colles permanentes, comme celles utilisées dans la fabrication d'agglomérés, de contreplaqués, de la laine de verre, de tapis, ou bien pour former des mousses synthétiques ; comme désinfectant en remplaçant l'atmosphère de l'usine par un mélange de formaldéhyde sur certains sites de production pharmaceutique.
Réglementation Le règlement CLP de l'Union européenne classe le formaldéhyde de la manière suivante. : cancérogénicité, catégorie 1B ; mutagénicité sur les cellules germinales, catégorie 2 ; toxicité aiguë par contact avec la peau ou par ingestion, catégorie 3 ; corrosion cutanée, catégorie 1B ; sensibilisation cutanée, catégorie 1.
L'utilisation du formaldéhyde est limitée par son statut de produit cancérigène, mutagène et reprotoxique suivant le règlement UE En tant que produit biocide, il est soumis aux et suivants du code de l'environnement. L'aldéhyde formique est une substance identifiée et notifiée à l' du Règlement Délégué (UE) . pour différents types de produits biocides. Il peut être présent dans les produits suivants : produits biocides destinés à l'hygiène humaine ; désinfectants utilisés dans le domaine privé et dans le domaine de la santé publique et autres produits biocides ; produits biocides destinés à l'hygiène vétérinaire; désinfectants pour eau de boisson ; produits de protection des fibres, du cuir, du caoutchouc et des matériaux polymérisés ; produits de protection des denrées alimentaires destinés à l'alimentation humaine ou des aliments pour animaux ;