Chlorofluorocarbure

Le chimiste français Henri Victor Regnault a le premier isolé le chlorure de méthylène en 1840. C'est le chimiste belge Frédéric Swarts qui a développé la synthèse des CFC au cours des années 1890.

Vers la fin des années 1920, Thomas Midgley Jr. a amélioré le procédé de synthèse et breveté l'usage des CFC comme réfrigérants, en substitution à l'ammoniac (NH3), au chlorométhane (CH3Cl) et au dioxyde de soufre (SO2), qui étaient alors utilisés communément malgré leur toxicité. Parmi les avantages des CFC comme agents réfrigérants, on comptait une basse température d'ébullition, un moindre degré de toxicité et plus généralement les propriétés d'un gaz inerte. En 1930, à l'assemblée du congrès de l’Association américaine de chimie, Midgley démontra le caractère non toxique et ininflammable du Fréon en inhalant le gaz et le soufflant ensuite lentement sur une bougie allumée, qu’il éteignit[1].

Contrairement à d'autres halogénoalcanes, par exemple les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), les CFC ne contiennent plus aucun atome d'hydrogène ; on dit de ces molécules qu'elles sont complètement halogénées. Seuls subsistent les atomes de carbones centraux de l'alcane, entourés par des atomes de chlore et de fluor.

Les différences entre les diverses molécules de CFC sont le nombre d'atomes de carbone, de chlore et de fluor, et la disposition des atomes dans l'espace (isomères). Pour nommer les différents CFC, on utilise une règle simple régie par la norme 34-1992 d'ANSI/ASHRAE et approuvée par l'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) à propos des halogénoalcanes, appliquée dans le cas particulier des CFC .

Les CFC se notent : CFC-ABCDE

• A : Nombre de doubles liaisons (omis si égal à zéro)
• B : Nombre d'atomes de carbone -1 (omis si égal à zéro)
• C : Nombre d'atomes d’hydrogène +1 = 1 dans le cas des CFC (nombre d'atome d'hydrogène = 0)
• D : Nombre d'atomes de fluor
• E : Lettre pour identifier les isomères, on commence par "a", puis "b", etc.

Exemple : le trichlorofluorométhane CCl₃F

• A : 0 (pas de double liaison)
• B : 1-1= 0 (dérivé du méthane)
• C : 0+1= 1 (CFC)
• D : 1
• E : pas d'isomère.

Le trichlorofluorométhane est donc le CFC-11.

Parfois on peut trouver la lettre R à la place de CFC pour indiquer que la molécule est utilisée comme réfrigérant. Ainsi R-12 et CFC-12 représentent exactement la même molécule, en l'occurrence le dichlorodifluorométhane.

Les CFC ont de très intéressantes propriétés physico-chimiques, ce qui leur a valu un grand intérêt de la part des industries et explique leur utilisation massive, jusqu'à la découverte de leur rôle dans la destruction de la couche d'ozone.

Les chlorofluorocarbones sont en effet :

• ininflammables, les CFC ne peuvent pas prendre feu contrairement à leurs précurseurs ;
• très peu coûteux à fabriquer : le prix était de quelques dollars le baril, mais a fortement augmenté après leur interdiction ;
• extrêmement stables et inertes, presque autant que des gaz nobles, grâce à la nature de leurs liaisons entre les différents atomes les composant, qui font intervenir les nuages électroniques de ces derniers ; ce sont des liaisons covalentes fortes.

Les chlorofluorocarbures sont synthétisés à partir d'alcanes, par substitution des atomes d'hydrogène par des atomes de chlore et de fluor.

• Exemple de synthèse de CFC : le Fréon 12 ou dichlorodifluorométhane

CH₄+ 4Cl₂ → CCl₄ + 4HCl

CCl₄ + 2HF → CCl₂F₂ + 2HCl.

Dans ce cas, c'est le méthane qui est substitué par deux atomes de fluor et deux de chlore.

Les CFC doivent leurs intérêts principaux à leurs propriétés : inerte, stable, ininflammable et non toxique, ainsi que dans leurs prix de fabrication. En effet ces derniers ne coûtent quasiment rien à la production, c’est pour cela notamment que les gaz nobles, très coûteux, ne sont pas utilisés à leur place.

Avant que les CFC ne soient découverts et produits de façon industrielle, d'autres gaz servaient à leur place comme : l'ammoniac anhydre (NH₃), le tétrachlorométhane (CCl₄), le chlorométhane (CH₃Cl), le dioxyde de soufre (SO₂) et le méthane (CH₄) qui étaient toxiques et/ou inflammables et/ou explosifs, provoquant ainsi de nombreux accidents domestiques : des gens mouraient asphyxiés ou brûlés vifs durant leur sommeil à cause d’une fuite de leur réfrigérateur ou lors de l’utilisation d’une bombe aérosol, le méthane propulsant le liquide pouvant former un mélange détonant avec l’air dans une pièce close.

Dans les années 1980, les CFC étaient utilisés dans plusieurs secteurs industriels :

• l'industrie du froid ;
• l'industrie des nettoyants industriels ;
• l'industrie des propulseurs ;
• l'industrie des mousses isolantes.

Un autre intérêt des CFC réside dans le fait qu'ils ont tous un point d'ébullition différent et peuvent donc convenir à des applications variées.

Industrie du froid

Industrie des nettoyants industriels

Industrie des propulseurs

Industrie des mousses

Les CFC sont pour certains de puissants gaz à effet de serre (CFC-11 par exemple) et sont en outre responsables pour une bonne part de la destruction de la couche d'ozone stratosphérique qui protège les écosystèmes des effets délétères des UV solaires et qui évite aux humains de nombreux cancers de la peau ainsi que des dégâts oculaires et immunitaires.

Un atome de chlore issu de la décomposition de ces molécules en altitude, détruirait en moyenne 100 000 molécules d'ozone[2]. Ils modifient les molécules d'ozone de l'atmosphère (O₃) en enlevant un atome d'oxygène. Comme ils se dégradent progressivement mais très lentement dans l'atmosphère, leur effet destructeur se poursuit jusqu'à plusieurs siècles après leur émission.
C'est pourquoi de nombreux États les ont interdits dans le cadre d'un accord international dit Protocole de Montréal signé en 1987.

Depuis les années 1990 le trou de la couche d'ozone a commencé à se réparer, mais l'amélioration semble moins nette depuis le début du XXI^e siècle.

En mai 2018, des experts internationaux confirment que le taux de CFC-11 dans l'atmosphère diminue moins (deux fois moins) depuis 2012, concluant que des industriels violent le Protocole de Montréal, soupçonnant l'Asie orientale (devenue l'« usine du monde ») d'être en cause alors que depuis 2010 ce produit est interdit dans tous les pays en développement et que la Chine ne l'utilise officiellement plus depuis 2007[3].

Mi-2018, un rapport[4] produit par une ONG américaine (Environmental Investigation Agency, ou EIA) pointe la responsabilité d'industriels qui en Chine continueraient à secrètement produire des CFC. Selon ce rapport, « l'utilisation du CFC-11 dans le secteur chinois de l'isolation en mousse de polyuréthane rigide, en particulier dans le sous-secteur du bâtiment et de la construction, est généralisée et omniprésente » en Chine; 18 usines situées dans dix provinces chinoises ont avoué continuer à utiliser des CFC interdits. Des membres de l'EIA se présentant comme acheteurs potentiels se sont vu expliquer dans ces entreprises que la majorité de la mousse de polyuréthane chinoise était encore fabriquée avec des CFC-11 "en raison de leur qualité et de leur coût"[3]. Selon l'EIA, plusieurs entreprises installées en Chine produisent ces CFC l'achètent à des usines travaillant hors licence et illégalement[3]. Les objets ou produits fabriqués avec ce CFC sont utilisés en ¢hine ou exportés dans d'autres pays d'Asie ou du Moyen-Orient avec des étiquettes mensongères ou omettant de préciser que des CFC ont servi à les fabriquer[3].

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