Comment le sodium est-il fabriqué ?

La production de sodium métallique : un procédé électrolytique à haute température

Le sodium métallique, élément réactif essentiel à de nombreuses applications industrielles, n’existe pas à l’état pur dans la nature. Sa production nécessite un procédé spécifique : l’électrolyse du chlorure de sodium (NaCl), plus communément appelé sel de table, à l’état fondu. Ce procédé, énergivore mais efficace, permet de séparer les ions sodium (Na⁺) et chlorure (Cl⁻) et d’obtenir du sodium métallique pur.

L’électrolyse du NaCl fondu, contrairement à l’électrolyse d’une solution aqueuse de NaCl, est essentielle pour obtenir du sodium métallique. En effet, l’eau étant plus facilement réduite que l’ion sodium, l’électrolyse d’une solution aqueuse produirait du dihydrogène (H₂) à la cathode plutôt que du sodium métallique.

Le procédé se déroule généralement dans une cellule d’électrolyse appelée cellule Downs. À l’intérieur de cette cellule, le NaCl est chauffé à une température d’environ 600°C, température suffisante pour le faire fondre et le rendre conducteur d’électricité. L’ajout de chlorure de calcium (CaCl₂) permet d’abaisser le point de fusion du mélange, réduisant ainsi la consommation d’énergie.

La cellule Downs est équipée de deux électrodes : une anode en graphite et une cathode en acier ou en fer. Lorsqu’un courant électrique continu traverse le NaCl fondu, les ions chlorure (Cl⁻) migrent vers l’anode, où ils perdent des électrons et se transforment en dichlore gazeux (Cl₂). Ce gaz est récupéré et valorisé, constituant un sous-produit important du procédé.

Simultanément, les ions sodium (Na⁺) migrent vers la cathode, où ils gagnent des électrons et se transforment en sodium métallique liquide (Na). Le sodium, étant moins dense que le NaCl fondu, remonte à la surface de la cellule et est collecté via un système de trop-plein, empêchant ainsi tout contact avec le dichlore produit à l’anode. Ce sodium liquide est ensuite refroidi et solidifié pour être stocké et transporté.

L’électrolyse du NaCl fondu est un procédé industriel complexe qui nécessite un contrôle précis de la température et de la composition du bain électrolytique. La qualité du sodium produit dépend étroitement de ces paramètres. De plus, la manipulation du sodium métallique requiert des précautions particulières en raison de sa réactivité élevée avec l’eau et l’air.

Au-delà de son utilisation dans la fabrication d’autres produits chimiques, le sodium métallique trouve des applications dans divers domaines, notamment dans l’industrie nucléaire comme fluide caloporteur, dans l’éclairage public avec les lampes à vapeur de sodium, et dans la synthèse de certains composés organiques. La maîtrise de sa production par électrolyse du NaCl fondu est donc cruciale pour de nombreux secteurs industriels.