Quel gaz, de symbole N₂, constitue environ 78 % de l'atmosphère terrestre et est inerte dans les conditions normales ?

Le diazote, noté N₂, est le principal constituant de l’atmosphère terrestre : il en représente environ 78 % en volume dans l’air sec. À température et pression ordinaires, ce gaz est très peu réactif, car les deux atomes d’azote sont unis par une triple liaison particulièrement solide. Cette inertie relative explique à la fois son rôle discret dans l’atmosphère et son intérêt dans de nombreuses applications scientifiques et industrielles.

Un constituant majeur de l’air

L’atmosphère n’est pas composée uniquement de diazote : elle contient aussi environ 21 % de dioxygène, ainsi que de l’argon, du dioxyde de carbone et une quantité variable de vapeur d’eau. Le pourcentage de 78 % concerne généralement l’air sec, car la proportion de vapeur d’eau change selon le lieu et les conditions météorologiques. Bien que le N₂ soit peu réactif dans les conditions normales, l’azote qu’il contient est indispensable au vivant. Il entre notamment dans la composition des protéines et des acides nucléiques. La plupart des plantes et des animaux ne peuvent toutefois pas utiliser directement le diazote atmosphérique : il doit d’abord être transformé en composés azotés assimilables.

Une inertie relative, et non une absence totale de réaction

La forte liaison triple N≡N rend la molécule très stable à température ordinaire. Le diazote ne réagit donc pas facilement avec les substances courantes de l’environnement, ce qui permet de l’employer pour remplacer l’air et limiter l’oxydation, l’humidité ou certains risques d’incendie. Cette inertie n’est cependant pas absolue. Des températures très élevées, des décharges électriques ou des catalyseurs peuvent favoriser des réactions avec d’autres éléments. Dans l’atmosphère, par exemple, des phénomènes énergétiques peuvent contribuer à la formation d’oxydes d’azote. Il est donc plus exact de qualifier le N₂ de gaz peu réactif ou relativement inerte dans les conditions normales.

La transformation en ammoniac

La fixation de l’azote est assurée naturellement par certains microorganismes, capables de convertir le diazote en composés utilisables par les écosystèmes. L’industrie réalise une transformation comparable à une échelle considérable grâce au procédé Haber-Bosch. Celui-ci fait réagir le diazote avec le dihydrogène, sous pression et à température élevées, en présence d’un catalyseur, afin de produire de l’ammoniac selon la réaction N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃. L’ammoniac sert ensuite notamment à fabriquer des engrais azotés. Cette utilisation est l’une des principales façons dont l’azote atmosphérique devient une ressource directement exploitable par l’agriculture.

Des usages fondés sur sa stabilité

Le diazote est également utilisé comme atmosphère protectrice dans la chimie, la métallurgie, l’électronique et le conditionnement alimentaire. En remplaçant partiellement l’oxygène dans un emballage ou une installation, il peut ralentir l’oxydation et protéger des produits sensibles. Sous forme liquide, à très basse température, l’azote sert de fluide cryogénique pour refroidir ou conserver certains échantillons biologiques et matériaux. Ces applications reposent sur deux propriétés distinctes : la stabilité chimique du N₂ gazeux et la température extrêmement basse atteinte par son état liquide.